Ryðmyndun í járni er lykillinn að nýrri ofurrafhlöðutækni

Höfundur: Hörður Kristjánsson

Liþíumjónarafhlöður (lithium-ion battery) sem nú er notast við til að geyma orku fyrir rafbíla, farsíma, fartölvur og ýmis tæki eru bæði mjög dýrar og óumhverfisvænar. Því hafa vísindamenn víða um heim verið að keppast við að finna upp rafhlöður sem eru umhverfisvænni, ódýrari í framleiðslu, með meiri orkugetu og um leið endingarbetri.

Eitt þeirra fyrirtækja sem hafa verið að vinna í þessum málum heitir Form Energy sem er með aðsetur í Boston í Bandaríkjunum. Forsvarsmenn þess segja að þeirra rafhlöðutækni muni hvorki meira né minna en umbylta kerfinu um allan heim. Þessar rafhlöður eru þó eins og er ekki hugsaðar til notkunar í ökutækjum, heldur eiga þær að nýtast í stórum skala við að geyma orku frá sól- og vindorkuverum og til að miðla orkunni frá þeim þegar framleiðsla er í lágmarki.

Járn-loft rafhlaða á að kosta 10% af verði liþíumjónarafhlöðu

Rafhlöðurnar sem um ræðir kallast járn-loft rafhlaða (iron-air batteries) sem sagðar eru geta geymt raforku frá raforkukerfinu í 100 klukkustundir. Aðalhráefnið í rafhlöðunni er járn sem er ein algengasta málmtegundin á jörðinni. Það sem meira er, rafhlöðurnar eru ekki sagðar kosta í framleiðslu nema einn tíunda af kostnaði við að framleiða liþíumjónarafhlöður (Lithium-ion). Er þar m.a vísað í útlistanir franska fjármálaráðgjafarfyrirtæksins Lazard, sem er leiðandi á heimsvísu. Þá er engin hætta sögð stafa af rafhlöðunum líkt og þekkist með eldfimi liþíumrafhlaðanna.

Tækni Form Energy byggir á að nýta ryðmyndun í járni til að geyma og miðla orku.

Í júlí bárust svo fréttir af því að fyrirtækið teldi sig hafa 150 klukkustunda geymslugetu í járn-loft rafhlöðum. Telur fyrirtækið að járn-loft rafhlöðurnar geti verið ódýrari leið en nýting vetnis sem orkumiðils sem kallar auk þess á viðamikla uppbyggingu innviða. Þá eru þessar járn-loft rafhlöður enn sem komið er frekar hugsaðar til notkunar í stórum skala fremur en til notkunar í bíla. Þær gætu leikið stórt hlutverk til að geyma orku í raforkuverum. Ekki er talið útilokað að járn-loft rafhlöður geti komið í stað núverandi liþíumjónarafhlaða í bílum sem eru bæði mjög dýrar og auk þess afskaplega óvistvænar. Það mun þó vart gerast fyrr en í fyrsta lagi eftir 2025. Reyndar gerði Tesla tilraunir með liþíum-járn rafhlöður árið 2017, en notaði þær aldrei.

Vetnistæknin er auk þess enn talin hafa vinninginn sem orkumiðill til að knýja vetnisrafala í stórum samgöngutækjum. Auk þeirrar staðreyndar að helstu iðnaðarþjóðir heims hafa tekið stefnuna á stórfellda vetnisvæðingu.

Afturkræf oxun járns nýtt til að geyma og miðla raforku

Sagt er að rafhlaðan virki með „afturkræfri oxun járns“, að því er fram kemur á vefriti Recharges – Global News and Intelligence for Energy Transition. Við notkun rafhlöðunnar fæst orkan með því að þúsundir örsmárra járnkúlna verða fyrir lofti sem veldur því að þær ryðga (þ.e. járnið breytist í járnoxíð). Þegar rafhlaðan er hlaðin á ný er súrefni í ryðinu umbreytt með rafstraumi og það verður aftur að járni.

Hugmyndin er ekki ný af nálinni og hafa menn verið að glíma við slíkt fyrirbæri í að minnsta kosti áratug. Kanadíska frumkvöðlafyrirtækið Zinc8 var fyrst til að kynna áform árið 2019 um 100 klukkustunda rafhlöðu sem byggði á sömu grunnhugmynd, en notaði zink í stað járns. Þá er fyrirtækið EES í Origon þegar komið með rafhlöðu sem notar járn sem grunnefni.

Með bakhjarla á borð við Bill Gates og Jeff Bezos

Bæði EES og Form Energy eru að hluta í eigu áhættufjárfestingarfyrirtækisins Breakthrough Energy Ventures. Að baki því standa milljarðamæringar á borð við Bill Gates og Jeff Bezos, sem er stofnandi og stjórnarformaður Amazon og geimferðafyrirtækisins Blue Origin.

Meðal núverandi fjárfesta á bak við Form Energy eru líka ítalski olíurisinn Eni og Macquarie Capital. Í lok júlí var svo tilkynnt um 25 milljóna dollara fjárfestingu stáliðnaðarrisans ArcelorMittal í Form Energy. ArcelorMittalsem er með stálframleiðslu í 17 löndum og er með um 168 þúsund starfsmenn, þar af 70.953 í Evrópu. Framleiðir fyrirtækið um 97,3 milljónir tonna af stáli á ári. Fyrirtækið hefur mótað þá stefnu að verða orðið kolefnishlutlaust árið 2050.

Stór áform í burðarliðnum

Frumkvöðlafyrirtækið Form Energy lætur ekki þar við sitja heldur hefur fyrirtækið gert fjárfestingar- og rekstraráætlun fyrir raforkunet sem byggir á að geta geymt orku m.a. frá vind- og sólorkuverum þar sem veðurfar er breytilegt. Þannig verði hægt að miðla raforku alla daga ársins á ódýran hátt.

Fyrsta járn-loft rafhlaða fyrirtækisins er sög geta geymt raforku í 100 klukkustundir og skilað orku á samkeppnishæfu verði og orku frá eldri virkjunum. Telja sérfræðingar fyrirtækisins að samkvæmt veðurfarsrannsóknum sé ekki óalgengt að sveiflur í veðri sem hafa áhrif á framleiðslu sól- og vindorkuvera geti varað í 50 til 100 klukkustundir.

Er járn-loft rafhlaðan hugsuð til að geta brúað slíkar lægðir í framleiðslugetu og geyma orku til miðlunar og að 100 klukkustunda orkuheldni rafhlöðunnar eigi að duga til þess í flestum tilvikum. Segjast forsvarsmenn Form Energy í athugunum sínum ekki hafa fundið eitt einasta tímabil þar sem framleiðslugeta hafi dottið niður vegna veðurs lengur en í 150 klukkustundir.

Þó fyrst og fremst hafi verið horft til nýtingar á tækninni í Kaliforníu náðu rannsóknir sem framkvæmdar voru af ISO-NE og DNV GL í febrúar 2001 líka til svæða eins og í norðausturhluta Bandaríkjanna.

300 megawatta rafhlöðusamstæða við orkuver í gagnið 2023

Frumverkefni á vegum fyrirtækisins var kynnt í maí á þessu ári. Það gengur út á að reisa 300 megawatta rafhlöðusamstæðu til orkumiðlunar fyrir Great River Energy í Minnesota. Áformað er að taka þessa orkustöð í notkun 2023.

Upphaflegu áformin gengu út á að setja upp 1 MW orkustöð með 150 megawattstunda orkugetu. Sem sagt rafhlöðusamstæðu sem gæti skilað frá sér einu megawatti á klukkustund samfellt í 150 klukkustundir.

Great River Energy sér 700 þúsund fjölskyldum fyrir rafmagni auk bændabýla og fyrirtækja í Minnesota.

Skylt efni: vistvænir orkugjafar | rafbílar | rafhlöður