Dabartinėse baterijose naudojamos trūkstamos ir toksiškos medžiagos, tokios kaip litis, nikelis ir kobaltas, o natris yra vienas gausiausių elementų Žemėje.

Ekologiška Europos pramonės ateitis gali priklausyti nuo pagrindinio namų ūkio elemento – valgomosios druskos.

Dr. Johnas Abou-Rjeily, „Tiamat Energy“ Prancūzijoje tyrėjas, naudoja natrį įkraunamosioms baterijoms kurti. Natris yra natrio chlorido, joninio junginio, kuris techniškai vadinamas valgomąja druska, dalis.

Natrio jonų baterijų idėja – sumažinti Europos priklausomybę nuo ličio jonų baterijų, kuriomis maitinama viskas – nuo dantų šepetėlių ir mobiliųjų telefonų iki mopedų ir automobilių.

Dabartinėse baterijose naudojamos trūkstamos ir toksiškos medžiagos, tokios kaip litis, nikelis ir kobaltas, o natris yra vienas gausiausių elementų Žemėje.

„Natrio jonų baterijos gaminamos iš gausesnių ir saugesnių medžiagų nei ličio jonų baterijos, – sako Abou-Rjeily. – Ličio jonų, kobalto ir nikelio nepakanka visiems poreikiams patenkinti.“

Jis yra įmonės „Tiamat“, kuriančios ir gaminančios natrio jonų baterijas, mokslinių tyrimų ir plėtros inžinierius.

Abou-Rjeily vadovavo ES finansuojamam mokslinių tyrimų projektui, kurio tikslas – sukurti komerciškai patrauklias natrio jonų baterijas, galinčias tapti nauju Europos gamybos pagrindu.

Projektas, pavadintas NAIMA, buvo vykdomas nuo 2019 m. gruodžio mėn. iki 2023 m. gegužės mėn. Jame dalyvavo Bulgarijos, Belgijos, Prancūzijos, Vokietijos, Nyderlandų, Slovėnijos, Ispanijos ir Švedijos įmonės, mokslinių tyrimų įstaigos ir universitetai.

Baterijos įkrovimas

Baterijos yra labai svarbios Europos siekiui iškastinį kurą pakeisti atsinaujinančiąja energija, pavyzdžiui, vėjo ir saulės energija. Ekologiškesnei energijai Europoje reikia ir naujų kaupimo galimybių, kurias gali užtikrinti baterijos.

Europos baterijų rinkos vertė nuo 2025 m. gali siekti 250 mlrd. eurų per metus. Europa siekia padidinti savo pasaulinės baterijų elementų gamybos dalį nuo 3 proc. 2018 m. iki 25 proc. šį dešimtmetį ir taip sumažinti 85 proc. rinkos apimantį Azijos dominavimą.

ES finansuoja įvairius mokslinių tyrimų projektus, kuriais siekiama užtikrinti, kad Europa turėtų pramoninę bazę ir tiekimo tinklą, kurie galėtų patenkinti didėjančią baterijų paklausą.

Tyrimai apima visus tiekimo grandinės etapus – nuo prieigos prie žaliavų, reikalingų baterijoms gaminti, ir infrastruktūros, reikalingos energijai kaupti, iki išmaniųjų tinklų, kurie automatiškai įkrauna transporto priemones, kai energija yra pigiausia, ir baterijų struktūros, užtikrinančios jų perdirbimą.

Ličio jonų baterijos gali sukaupti daug energijos nedideliame plote, todėl jas galima naudoti išmaniuosiuose telefonuose ir elektromobiliuose. Natrio jonų baterijos yra šiek tiek didesnės ir gali būti pigesnės, todėl jas būtų galima naudoti energijai kaupti namuose, elektriniuose įrankiuose ir nedidelėse transporto priemonėse.

Ryšys su Prancūzija

Abou-Rjeily, chemiko išsilavinimą turintis libanietis, 2016 m. persikėlė į Prancūziją, kad galėtų gilinti savo žinias aplinkos tvarumo srityje.

Jis džiaugiasi galėdamas dirbti su „Tiamat“, kurios natrio jonų baterijose nenaudojamas litis, kobaltas ir varis, o nikelio beveik irgi nėra. Įmonė yra Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro (CNRS), kuris buvo vienas iš NAIMA dalyvių, atšaka.

Litis, kobaltas, varis ir nikelis įtraukti į ES svarbiausių žaliavų sąrašą, o tai rodo Europos susirūpinimą dėl priklausomybės nuo užsienio tiekėjų ir sumažėjusios pasiūlos.

Pavyzdžiui, kalbant apie ličio jonų baterijas visame pasaulyje, pažymėtina, kad 2021 m. Kinija jų pagamino beveik 80 proc.

Be to, tikimasi, kad daugiausia ličio jonų baterijų pasaulyje bus pagaminta automobilių pramonėje.

Pasak Abou-Rjeily, „Tiamat“ planuoja 2026 m. atidaryti gamyklą Prancūzijoje, Amjeno mieste, kurioje bus gaminamos natrio jonų baterijos, pritaikytos tokiai technikai kaip elektriniai įrankiai.

Jis teigia, kad NAIMA padėjo patobulinti bendrovės žinias apie baterijas.

Projektas taip pat padėjo partneriams pasistūmėti į priekį kuriant natrio jonų bateriją, skirtą atsinaujinančiajai energijai kaupti. Tokio tipo baterija vieną dieną galėtų būti tinkama ir kai kuriems automobiliams.

Anot Abou-Rjeily, nors ši natrio jonų baterija niekada negalėtų varžytis su ličio jonų baterijomis, kurių pajėgumas siekia 500 kilometrų, ji galėtų būti konkurencingesnė mažesnėse atkarpose.

„Jos galėtų būti pigesnės važiuojant trumpus ir vidutinius atstumus“, – sako jis.

Namuose

Dr. Magdalenos Graczyk-Zajac, Vokietijos Darmštato technikos universiteto profesorės, vizija – užtikrinti energijos ryšį tarp automobilių ir namų naudojant natrio jonų baterijas.

Ji taip pat yra elektrochemikė Vokietijos energetikos bendrovėje „EnBW“ ir dalyvauja ES finansuojamame projekte, kurio tikslas – sukurti namams skirtą natrio jonų bateriją. Projektas, pavadintas SIMBA, po trejų su puse metų bus baigtas 2024 m. birželį.

Graczyk-Zajac įsivaizduoja, kad ateityje ant namų įrengtų fotovoltinių kolektorių sugauta energija galėtų būti kaupiama įkraunamojoje buitinėje natrio jonų baterijoje. Akumuliatorius maitintų namus ir įkrautų gyventojų elektrines transporto priemones.

Graczyk-Zajac teigia, kad toks scenarijus reikštų didelį transporto išlaidų sumažėjimą.

„Aštuonis ar devynis mėnesius per metus automobiliu galėtumėte važiuoti nemokamai“, – sako ji.

Namų ūkio pelnas

Nors natrio jonų ir ličio jonų baterijos veikia panašiai, natrio jonas yra didesnis nei ličio. Tai viena iš priežasčių, kodėl natrio jonų baterijos užima šiek tiek daugiau vietos.

Pasak Graczyk-Zajac, jei tokia baterija būtų naudojama namuose, ji būtų įrengiama po žeme arba garaže, todėl šiek tiek didesnė baterija nebūtų didelė problema.

SIMBA, kuriame dalyvauja beveik 20 mokslinių tyrimų institutų, universitetų ir įmonių iš visos Europos, laboratoriniams bandymams parengė kai kuriuos esminius buitinio natrio jonų akumuliatoriaus komponentus.

Viena dalis – anodas. Jis pagamintas iš kietosios anglies, kuri gali būti gaunama iš medienos arba biologinių atliekų. Kita – katodas. Jis gali būti gaminamas iš medžiagos, vadinamos Prūsijos baltąja.

Nors ličio jonų katoduose dažnai naudojamas kobaltas, šiame Prūsijos baltosios medžiagos katode yra geležies, kuri yra gausiau paplitęs ir pigesnis metalas.

Šį katodą 2017 m. sukūrė Upsalos universiteto (Švedija) – vieno iš SIMBA dalyvių – padalinys „Altris“.

2023 m. lapkritį „Altris“ pateko į laikraščių antraštes, kai jos pramonės partnerė, Švedijoje įsikūrusi „Northvolt“, paskelbė, kad Europoje gamins baterijas su šiuo katodu.

Apskritai natrio jonų baterijos Europos namų ūkiams siūlo galimybę gauti pigesnės ir švaresnės energijos.

Baterijos taip pat kuria finansinę naudą, nes galima kaupti ir laisvą elektros energiją parduoti į tinklą, kai namuose jos pagaminama per daug, arba vėliau naudoti namuose.

Graczyk-Zajac rekomenduoja pasirinkti galimybę energiją panaudoti vėliau.

„Namų savininkas sutaupytų daugiau, jei tiesiog išsaugotų šią energiją“, – sako ji.

Straipsnis buvo publikuotas ES mokslinių tyrimų ir inovacijų žurnale „Horizon“.

Komentarai ()