De behoefte aan betrouwbare hernieuwbare energie groeit snel, nu landen over de hele wereld, waaronder Zwitserland, hun inspanningen opvoeren om klimaatverandering te bestrijden, alternatieven voor fossiele brandstoffen te vinden en de door hun regeringen vastgestelde energietransitiedoelstellingen te bereiken. Maar hernieuwbare energie kan pas efficiënt in elektriciteitsnetten worden opgenomen als er een manier is om het op grote schaal op te slaan.
"De meeste vormen van hernieuwbare energie zijn afhankelijk van weersomstandigheden, wat resulteert in grote schommelingen in de stroomvoorziening die ze leveren", zegt Danick Reynard, een Ph.D. student aan EPFL's Laboratorium voor Fysische en Analytische Elektrochemie (LEPA). "Maar elektriciteitsnetten zijn niet ontworpen om dit soort fluctuaties op te vangen." Waterstof, omdat het constant energie kan leveren, ongeacht het weer, trekt nu steeds meer aandacht.
Wetenschappers van LEPA werken al enkele jaren aan de dubbele uitdaging van schone waterstofproductie en energieopslag. Ze hebben zojuist een nieuw systeem onthuld dat een conventionele redoxflow-batterij - momenteel een van de meest veelbelovende methoden voor grootschalige stationaire energieopslag - combineert met katalytische reactoren die schone waterstof produceren uit de vloeistof die door de batterij stroomt. Het LEPA-systeem is net zo efficiënt als conventionele, maar biedt meer flexibiliteit en energieopslagcapaciteit. Het produceert ook schone waterstof tegen lagere kosten. Het onderzoek van de wetenschappers verschijnt in Celrapporten Fysische Wetenschap.
Redox flow-batterijen zijn veelbelovend voor energieopslag
Redox flow-batterijen bestaan uit twee tanks, gescheiden door een elektrochemische cel. Twee sterk geleidende elektrolytvloeistoffen - een met een positieve lading en een met een negatieve lading - circuleren door de tanks en langs de cel om een chemische reactie op gang te brengen waarbij elektronen worden uitgewisseld. Deze batterijen slaan energie op in elektrochemische vorm, net als de lithium-ionbatterijen die in smartphones worden gebruikt, maar met een veel langere levensduur en met flexibele energieopwekkings- en opslagmogelijkheden, waardoor ze snel kunnen reageren op schommelingen in vraag en aanbod van stroom.
Om hun systeem te creëren, namen de LEPA-wetenschappers een conventionele redoxflow-batterij en verbeterden deze door twee katalytische reactoren toe te voegen. Deze reactoren produceren waterstof uit de vloeistof die door de tanks circuleert. "De waterstof wordt gemaakt via een katalytisch proces waarbij energie uit de batterij wordt gebruikt om watermoleculen te splitsen in hun twee componenten, waterstof en zuurstof", zegt Reynard. "Maar deze waterstof kan alleen als schoon worden beschouwd als de energie die wordt gebruikt om de batterijen op te laden, hernieuwbaar is."
Schone, zuivere waterstof met verbeterde en flexibele opslagcapaciteit
LEPA's technologie biedt verschillende voordelen voor zowel waterstofproductie als energieopslag. Bij conventionele redoxflow-batterijen kunnen ze, zodra ze volledig zijn opgeladen, geen energie meer opslaan. “In ons systeem kan de batterij echter, zodra deze volledig is opgeladen, vloeistof naar de externe reactoren lozen. Ze genereren op hun beurt waterstof die kan worden opgeslagen en later kan worden gebruikt, waardoor opslagruimte in de batterij zelf vrijkomt”, zegt Reynard.
De waterstof geproduceerd door het LEPA-systeem is puur en hoeft alleen te worden gedroogd en gecomprimeerd voor optimale opslag. Dat systeem is ook veiliger dan conventionele, omdat het de zuurstof en waterstof afzonderlijk in plaats van gelijktijdig genereert, waardoor er minder kans op een explosie is.
De toekomst van laadpalen voor waterstofvoertuigen?
De technologie van LEPA kan bijzonder nuttig zijn in transporttoepassingen. Naarmate meer en meer chauffeurs adopteren elektrische voertuigen, zal de vraag naar elektriciteit en schone waterstof enorm stijgen. Het opladen van deze voertuigen zet de elektriciteitsnetten onder druk en zorgt voor belastingpieken die voor netbeheerders moeilijk te plannen zijn. "Volgens gegevens van het Zwitserse Federale Energiebureau voor 2020 is de transportsector goed voor ongeveer 33% van het energieverbruik in Zwitserland", zegt Reynard. “Onze batterijen kunnen, naast het produceren van waterstof, ook dienen als buffer om pieken in die vraag op te vangen.”
ELE-tijden
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsNieuwe ontwerpkit opent deur naar volgende generatie chips
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsWat zijn de voordelen en gebruiksscenario's van SiC mosfets?
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInfineon ondersteunt ecosysteemontwikkeling in groene landbouw
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsNieuwste Samsung Galaxy Z opvouwbare apparaten, nu verkrijgbaar