Akud, mis seovad heitmetest CO2 ja salvestavad elektrit

Teadlased töötavad välja akutehnoloogiaid, et laiendada taastuvenergia kasutust ja ühtlasi püüda kinni ka süsinikdioksiid.

Tuule- ja päikeenergia salvestamine akudes nõuab elektrokeemilist reaktsiooni. Uutes akudes kogutakse lisaks ka tööstusheidetest pärit süsinikdioksiidi ja muudetakse see lisandväärtusega toodeteks.

Oak Ridge National Laboratory teadlased lõid ja katsetasid hiljuti kahte salvestustehnoloogiat, mis muudavad süsinikdioksiidi ehk CO2 tahkeks, mida saab seejärel kasutada ka teistes toodetes.

Üks nendest uutest akutüüpidest säilitas oma võimsuse 600 tunni jooksul ja andis elektrit katkestuseta 10 tundi. Teadlased ületasid ka peamise takistuse – desaktiveerumise. 

ORNL-is väljatöötatud Na-CO2 aku, mis koosneb kahest soolase vee lahuses olevast elektroodist, eraldab õhust süsinikdioksiidi ja vabastab ainult väärtuslikke kõrvalprodukte.   Andy Sproles/ORNL, U.S. Dept. of Energy

Selle peale annab tulla …

Elektri salvestamine koos CO2 eraldamisega õhust ja viimase muutmine tulu teenivateks toodeteks on kontseptsioon, mida poleks 10 aastat tagasi ettegi kujutanud. 

Erinevalt mobiiltelefonide või auto akudest ei pea võrguenergia salvestamiseks mõeldud akud toimima kaasaskantavate suletud süsteemidena. ORNL-i teadlastel õnnestus luua ja katsetada kahte tüüpi salvesteid, mis suudaksid muundada statsionaarsetest tööstuslikest allikatest pärit CO2. 

Näiteks elektrijaama tekitatud CO2 saaks toru kaudu vedelasse elektrolüüti pumbata, tekitades gaseeritud karastusjoogiga sarnaseid mullid. Aku töö ajal muutuvad gaasimullid tahkeks pulbriks.

Kuidas see töötab

Iga aku komponent võib olla valmistatud erinevatest elementidest või ühenditest. Need valikud määravad aku tööea, kui palju energiat see suudab salvestada, kui suur või raske see on ning kui kiiresti see laeb või energiat välja annab. Uutes ORNL-i akudes kombineeritakse CO2 soolases vees naatriumiga, kasutades odavat raud-nikkelkatalüsaatorit. Teine ühendab gaasi alumiiniumiga.

Uued salvestid on olemasolevast tehnoloogiast turvalisemad, kuna nende elektroodid on vees stabiilsed, ütles juhtivteadur Ruhul Amin.

ORNL-is väljatöötatud CO2 akud süsihappegaasi ei eralda. Kõrvalsaadusi saab eraldada ilma aku tööd katkestamata. Aku disaini saab isegi häälestada, et luua rohkem selliseid kõrvalsaadusi farmaatsia- või tsemenditööstuses kasutamiseks. Ainsad eralduvad gaasid on hapnik ja vesinik, mis ei aita kaasa kliimamuutustele ja mida saab koguda energia või kütuse tootmiseks.

Plussid, miinused ja ületatud väljakutsed

Naatrium-süsinikdioksiid ehk Na-CO2 aku töötati välja esimesena ja see seisis silmitsi teatud takistustega. Pärast pikaajalist kasutamist tekib elektroodi pinnale kiht, mis lõpuks põhjustab aku deaktiveerumise. Selle kihi teket õnnestus vältida laadimis-/tühjenemistsükli töömuudatuste kaudu. Ebaühtlased impulsid laadimisel ja tühjenemisel takistasid kihi kogunemist elektroodile.

“Anname esimest korda teada, et deaktiveeritud salvesti saab uuesti aktiveerida,” ütles Amin. 

Disain pikaajaliseks elektrisalvestuseks

Järgmisena keskendusid teadlased alumiinium-süsinikdioksiidi ehk Al-CO2 aku disainile. Amin selgitas: “See on esimene Al-CO2 aku, mis suudab pikka aega stabiilselt töötada. “

Testimisel leiti, et ORNL-i aku võiks töötada rohkem kui 600 tundi ilma võimsust kaotamata, ütles Amin – palju rohkem kui ainsa varasemast teadaoleva Al-CO2 aku puhul, mida testiti vaid kaheksatunnise töö jaoks.

Alumiiniumil põhinev aku kogub peaaegu kaks korda rohkem süsihappegaasi kui Na-CO2 aku. Amin ütles, et Al-CO2 aku väljakutse on mastaabi suurendamine. Seepärast jätkab meeskond selle omaduste süstemaatilist uurimist, et pikendada tööiga ja siduda CO2 tõhusamalt. Et Na-CO2 aku oleks konkurentsivõimeline, keskendub meeskond akukambrite eraldamiseks väga peene, tiheda, mehaaniliselt stabiilse keraamilise membraani väljatöötamisele.

Reklaam

Mõnusad, stiilsed ja keskkonnahoidlikud jalanõud, seljakotid jm leiad siit!

Loe ka seda lugu tsingist ja ligniinist tehtud akust: Keskkonnasõbralik, odav ja ohutu aku Rootsist

Uuringu abstrakt on siin: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775324005950