הייצור התעשייתי של פלדה, בטון או זכוכית דורש יותר מ-20% מצריכת האנרגיה הכוללת של גרמניה. עד כה, 90% מהדלקים ששימשו לתהליכים אלה היו בעלי אופי מאובנים.
חוקרים של מכון קרלסרוהה של טכנולוגיה (KIT) עובדים על מערכת אחסון החום היחידה בטמפרטורה גבוהה המבוססת על טכנולוגיית מתכת נוזלית מסוג זה, במטרה להגביר את השימוש במקורות אנרגיה מתחדשים. ניתן לחמם את המתכות הנוזליות המוליכות ביותר ליותר מ-700 מעלות צלזיוס באמצעות חשמל ירוק ויכולות לאגור חום תעשייתי בצורה גמישה.
בין התאריכים 22-26 באפריל 2024, החוקרים יציגו דגם של מערכת אגירת האנרגיה שלהם בדוכן KIT ב-Energy Solutions (אולם 13, דוכן C76) של מסה האנובר.
ברחבי העולם מפותחות מערכות אחסון חום בטמפרטורה גבוהה כדי לספק לחברות ייצור עתירות משאבים חום ללא תלות בייצור אנרגיה מתחדשת משתנה. מערכות אחסון אלו ממירות כוח חשמלי לחום, שנאגר לאחר מכן.
החום משמש במידת הצורך, למשל כאשר החשמל יקר ולא ניתן לעצור את תהליכי הייצור. ככל שהטמפרטורה המאוחסנת גבוהה יותר, כך ייטב. זה מפחית את כמות האנרגיה הנוספת שתידרש כדי להגיע לטמפרטורת הייצור הרצויה.
מפעלי פיילוט משתמשים במלחים נוזליים לאחסון טמפרטורות של סביב 550 מעלות צלזיוס. טמפרטורות גבוהות עוד יותר הושגו עם גזים עד כה. כאשר הם מחוממים חשמלית לכ-700 מעלות צלזיוס, הם מעבירים את החום שלהם לחומרי אחסון כגון פלדה, סלע געשי או סיגים. "עם זאת, העברת החום מהגז החם לחומר האחסון רחוקה מלהיות יעילה", אומרת ד"ר קלריסה נידרמאייר מהמכון לטכנולוגיה ובטיחות של אנרגיה תרמית של KIT.
העברת חום מעולה דרך מתכות נוזליות
יחד עם הצוות שלה, היא עובדת על פתרון חדשני לטווח הטמפרטורות הגבוהות: מערכת אחסון חום המבוססת על עופרת-ביסמוט. "המוליכות התרמית של תערובת זו של מתכות נוזליות גבוהה פי 100 מזו של חומרים אחרים המשמשים במערכות אחסון", אומר נידרמאייר.
מערכת אחסון החום בטמפרטורה גבוהה נבדקת בלולאה. במיכל פלדה, העופרת-ביסמוט המחוממת מחלחלת דרך חרוזי קרמיקה בגודל של כ-2 מ"מ, משחררת אליהם את החום שלו. כאשר יש צורך בחום שוב, המתכת הנוזלית ה"קרה" מוחזרת דרך החרוזים ומתחממת שוב.
הדמיות במעבדת המתכת הנוזלית של KIT KALLA אישרו כי השימוש במתכת נוזלית מגביר את יעילות אחסון החום, במיוחד כאשר נעשה שימוש באריזה קומפקטית מאוד.
אחסון יעיל של עודפי חשמל ירוק
"כאשר המתכת הנוזלית מחוממת באמצעות חשמל ממקורות אנרגיה מתחדשים, לחברות יש פתרון יעיל להפחתת תנודות אספקת החשמל ולאפשר אחסון אנרגיה פשוט, זול ומהיר בטמפרטורות הקרובות ככל האפשר לאלו המשמשות בתהליכים תעשייתיים. ", מציין נידרמאייר.
לתהליך יש פוטנציאל גדול לפורר את התעשייה. תהליכים תעשייתיים בגרמניה צורכים 400 שעות טרה-וואט של חום בשנה, ו-90% מהדלקים המשמשים בתהליכים אלו הם מאובנים.
עד כה, כמעט ולא נעשה שימוש במתכות נוזליות במערכות אחסון חום. לדברי נידרמאייר, הדבר נובע בעיקר מסיבות לוגיסטיות. יש רק כמה מערכות בלולאה סגורה בעולם, שבהן ניתן לבדוק מערכת אגירת חום כזו. ל-KALLA מחזור עופרת-ביסמוט גדול, המשמש בין היתר לפרויקטים חדשים בתחום מקורות האנרגיה המתחדשים.
ב-Hannover Messe השנה, הצוות יציג דגם של מערכת אגירת החום, שגודלה יהיה כמחצית מהמערכת האמיתית ב-KIT. המערכת ב-KIT נועדה לאגור 100 קילוואט-שעה של חום ונבדקה בקנה מידה מעבדתי בטמפרטורות של עד 400 מעלות צלזיוס עד כה.
"זוהי מערכת אחסון החום המתכת הנוזלית בעולם מסוג זה עם קיבולת כזו. אנחנו רוצים להראות שהעיקרון עובד ושיש לו פוטנציאל גדול", אומרת קלריסה נידרמאייר.