Atsinaujinančios energijos perteklių siūlo kaupti dujomis: mokslininkai jį paverčia metanu

Kur dingsta vėjo ir saulės perteklius?

Vėjo ir saulės elektrinės elektrą gamina nepastoviai: vienomis valandomis jos per daug, kitomis jos trūksta. Trumpalaikiams svyravimams tinka baterijos ar hidroakumuliacinės elektrinės, tačiau savaitėms ar mėnesiams reikalingas kitoks sprendimas.

Dėl to daugėja projektų, vadinamų power-to-gas, kai elektra paverčiama cheminiu kuru. Toks kelias leidžia energiją ne tik sukaupti, bet ir transportuoti esama dujų infrastruktūra, o tai aktualu didėjant atsinaujinančios energetikos daliai.

Idėja: elektra, vanduo, CO2 ir mikroorganizmai

Pensilvanijos valstijos universiteto (Penn State) komanda siūlo sprendimą, kuriame atsinaujinančios energijos perteklius paverčiamas sintetiniu metanu. Procesas prasideda vandens skaidymu elektra, kai pagaminamas vandenilis.

Toliau į darbą įsijungia metanogenais vadinami mikroorganizmai, kurie vandenilį panaudoja CO2 paversti metanu. Tokiu būdu elektros energija „supakuojama“ į dujas, kurias paprasčiau laikyti dideliais kiekiais.

„Jei kalbame apie sezoninį kaupimą, energiją reikia paversti chemine forma“, – sakė prof. Bruce’as Loganas.

Mokslininkų teigimu, svarbus šio metodo privalumas yra praktinis pritaikomumas: metaną teoriškai galima tiekti į dujotiekius, laikyti saugyklose ir naudoti dujinėse elektrinėse, kai elektros sistemoje vėl atsiranda deficitas.

Kas naujo ir kokie rezultatai?

Panašūs sprendimai jau seniau buvo bandomi, tačiau kliūtimi dažnai tapdavo mastelio didinimas: didesniuose reaktoriuose krisdavo efektyvumas, atsirasdavo dujų ir skysčių srautų, varžos ar mikroorganizmų stabilumo problemų.

Penn State komanda perprojektavo reaktorių ir pritaikė vadinamąją nulinio tarpo (zero-gap) konstrukciją, kai elektrodus skiria tik plona membrana. Tai mažina elektrinę varžą ir padeda greičiau pernešti protonus bei dujas reaktoriaus viduje.

Laboratoriniuose bandymuose įrenginys pasiekė apie 45 proc. energetinį naudingumą, o tai reiškia, kad reikšminga dalis į sistemą paduotos elektros virto metane sukaupta chemine energija. Taip pat fiksuota daugiau nei 95 proc. kuloninė išeiga, rodanti, kad dauguma elektronų panaudoti būtent metanui gaminti, o ne šalutiniams produktams.

„Imame elektronus ir CO2, o tada paverčiame juos metanu maždaug 45–47 proc. efektyvumu. Tai tikrai geras rezultatas“, – sakė prof. Bruce’as Loganas.

Rizikos: metano nuotėkiai ir kaina

Technologija turi ir aiškių iššūkių. Metanas yra stiprus šiltnamio efektą sukeliantis dujų mišinys, todėl net nedideli nuotėkiai gamybos, transportavimo ar saugojimo metu galėtų sumažinti klimatinę naudą.

Kitas veiksnys yra ekonomika: sprendimo patrauklumas tiesiogiai priklauso nuo labai pigios atsinaujinančios elektros prieinamumo. Taip pat reikės tolesnių darbų su elektrodų medžiagomis, katalizatoriais ir reaktorių ilgaamžiškumu, kad sistema būtų patikima pramoniniu mastu.

Vis dėlto tokie projektai atspindi platesnę kryptį Europoje ir JAV: didėjant vėjo ir saulės generacijai, auga poreikis sezoniniam energijos kaupimui. Dujų pavidalo kaupimas gali tapti vienu iš kelių sprendimų greta baterijų, tinklo plėtros ir vandenilio technologijų.