Disse 3 energilagrings-teknologier kan hjælpe med omstillingen til 100 procent vedvarende elektricitet
Lagring bliver afgørende, når vi skal integrere enorme mængder el fra vind- og solenergi.
Energi vedvarende omstilling teknologier batterier solceller solcellefarm grøn omstilling el

Energilagring kan gøre faciliteter som dette solanlæg mere rentable ved at gøre dem i stand til at lagre strøm på overskyede dage. (Foto: Shutterstock)

Energilagring kan gøre faciliteter som dette solanlæg mere rentable ved at gøre dem i stand til at lagre strøm på overskyede dage. (Foto: Shutterstock)

Partner The Conversation

Videnskab.dk oversætter artikler fra The Conversation, hvor forskere fra hele verden selv skriver nyheder og bringer holdninger til torvs

I de seneste årtier er omkostningerne ved vind- og solenergiproduktionen faldet dramatisk.

Det er en af grundene til, at det amerikanske energiministerium har lavet en fremskrivning, der viser, at vedvarende energi vil være den hurtigst voksende amerikanske energikilde frem til 2050.

Det er dog stadig relativt dyrt at lagre energi, og fordi produktionen af vedvarende energi ikke er tilgængelig hele tiden – men kun når vinden blæser, eller Solen skinner - er lagringen afgørende.

Som forsker ved National Renewable Energy Laboratory (NREL) arbejder jeg sammen med den amerikanske regering og det private erhvervsliv for at udvikle teknologier til lagring af vedvarende energi.

I en nylig rapport vurderede forskere ved NREL, at USA's lageringskapacitet for vedvarende energi potentielt kan øges med hele 3.000 procent inden 2050.

Her er tre nye teknologier, der kan hjælpe med at gøre det til en realitet.

Teknologi nummer 1: Længere opladning

Fra alkaliske batterier, over mindre elektroniske enheder, til lithium-ion-batterier til biler og bærbare computere; de fleste af os bruger allerede batterier i mange aspekter af vores daglige liv. Men der er stadig masser af plads til udvikling og vækst.

For eksempel kan batterier med høj kapacitet med lange afladningstider - op til 10 timer - være gavnlige til opbevaring af solenergi om natten eller forøgelse af rækkevidden af ​​elbiler.

Lige nu er der meget få sådanne batterier i brug. Ifølge de seneste fremskrivninger vil der dog sandsynligvis blive installeret nok af denne type batterier til at opbevare 100 gigawatt frem mod 2050. For at sætte det tal i perspektiv er det 50 gange mere end Hoover Dam's produktionskapacitet.

Dette kan få stor effekt på den vedvarende energis bæredygtighed samt anvendelighed.

Batterier virker ved at skabe en kemisk reaktion, der producerer en tilførsel af elektrisk strøm. (Video: How batteries work - Adam Jacobson/YouTube)

Reserverne vil være opbrugt i 2050

En af de største forhindringer er de begrænsede mængder af lithium og kobolt, som i øjeblikket er afgørende for fremstillingen af lette, kraftfulde batterier.

Ifølge visse estimater vil omkring 10 procent af verdens lithium og næsten alle verdens koboltreserver være opbrugt i 2050.

Ydermere udvindes næsten 70 procent af verdens kobolt i Congo under forhold, der længe har været dokumenteret som umenneskelige.

Forskerne arbejder på at udvikle teknikker til genbrug af lithium- og koboltbatterier og på at designe batterier baseret på andre materialer.

Tesla planlægger at producere koboltfrie batterier inden for de næste par år. Andre virksomheder sigter mod at erstatte lithium med natrium, som har egenskaber, der ligner lithiums meget, men som der er langt større mængder af.

Fakta
Om Forskerzonen

Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.

Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet og Syddansk Universitet.

Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.

Teknologi nummer 2: Sikre batterier

En anden prioritet er at gøre batterierne mere sikre.

Et område, der trænger til forbedring, er elektrolytter – en elektrisk leder inde i batteriet, ofte i flydende form, der gør en elektrisk ladning i stand til at strømme fra batteriets anode eller negative terminal til katoden eller den positive terminal.

Når et batteri er i brug, bevæger de ladede partikler i elektrolytten sig rundt for at balancere ladningen af ​​den elektricitet, der strømmer ud af batteriet.

Elektrolytter indeholder ofte brandfarlige materialer. Hvis de lækker, kan batteriet overophede og bryde i brand eller smelte.

Opmuntrende laboratorieresultater

Forskerne er imidlertid i fuld gang med at udvikle solide (altså ikke flydende) elektrolytter, hvilket vil gøre batterierne mere robuste. Det skyldes, at det er meget sværere for partikler at bevæge sig rundt gennem faste stoffer end gennem væsker.

Opmuntrende laboratorieresultater tyder imidlertid på, at disse batterier muligvis vil være klar til brug i elektriske køretøjer i løbet af de kommende år med kommercialisering allerede i 2026.

Selvom solid-state-batterier vil være velegnede til forbrugerelektronik og elektriske køretøjer, stræber forskerne mod helt flydende designs kaldet flowbatterier til stor energilagring.

I disse anordninger er både elektrolytten og elektroderne væsker. Det giver mulighed for superhurtig opladning og gør det let at producere rigtig store batterier.

På nuværende tildspunkt er disse systemer meget dyre, men forskning er med til at sænke prisen.

Energi vedvarende omstilling teknologier batterier

Flowbatterier består i princippet blot af to tanke fyldt med væske, hvori elektriciteten lagres. (Illustration: Qi and Koenig, 2017CC BY)

Teknologi nummer 3: Lagring af sollys som varme

Andre løsninger til vedvarende energilagring koster i nogle tilfælde mindre end batterier. For eksempel koncentrerede solcelleanlæg, som bruger spejle til at koncentrere sollyset, som opvarmer hundredvis eller tusindvis af tons salt, indtil det smelter.

Det smeltede salt bruges derefter til at drive en elektrisk generator, ligesom kul eller atomkraft bruges til at opvarme damp og drive en generator i traditionelle anlæg.

De opvarmede materialer kan også opbevares for at producere elektricitet, når det er overskyet eller endda om natten. Denne tilgang gør det muligt for koncentreret solenergi at arbejde døgnet rundt.

Denne idé kan tilpasses til brug med ikke-solare energiproduktionsteknologier. For eksempel kan elektricitet fremstillet ved vindkraft bruges til at opvarme salt til senere brug, når det ikke blæser.

Energi vedvarende omstilling teknologier batterier

Salt smeltet ved høje temperaturer (op til 700 grader) kan være en af løsningerne til lagring af vedvarende energi. Her kontrolleres en ventil for korrosion ved Sandia’s Molten Salt Test Loop. (Foto: Randy Montoya, Sandia Labs/Flickr, CC BY-NC-ND)

Koncentration af solenergi er stadig en forholdsvis omkostningsfuld affære. For at konkurrere med andre former for energiproduktion og -lagring skal teknologien blive mere effektiv.

Én måde at opnå det på er at øge den temperatur, saltet bliver opvarmet til, hvilket muliggør en mere effektiv elproduktion.

Desværre er saltene, der er i brug, ikke stabile ved høje temperaturer. Forskere arbejder på at udvikle nye salte eller andre materialer, der kan modstå temperaturer helt op til 705 grader Celcius.

En førende idé til, hvordan man opnår en højere temperatur, indebærer opvarmning af sand i stedet for salt, fordi sand kan modstå den højere temperatur.

Sandet vil efterfølgende blive flyttet med transportbånd fra varmepunktet til lagring. USA's energiministerium annoncerede for nylig finansiering til et pilotkraftværk med koncentreret solenergi baseret på dette koncept.

Avancerede vedvarende brændstoffer

Batterier er nyttige til kortsigtet energilagring, og koncentrerede solenergianlæg kan hjælpe med at stabilisere elnettet, men de skal også være i stand til at lagre en masse energi på ubestemt tid.

Det er en opgave for vedvarende brændstoffer som brint og ammoniak. Forsyningsselskaberne kan lagre energi i disse brændstoffer ved at producere dem med overskydende kraft, når vindmøller og solpaneler producerer mere elektricitet, end forsyningsselskabernes kunder har brug for.

Brint og ammoniak indeholder mere energi per kg end batterier, så de fungerer, hvor batterierne ikke gør det. For eksempel kan de bruges til at transportere tung last, til at drive stort maskineri og som raketbrændstof.

Den potentielle gevinst er enorm

I dag er størstedelen af disse brændstoffer fremstillet af naturgas eller andre ikke-vedvarende fossile brændstoffer ved hjælp af ekstremt ineffektive reaktioner.

Selvom vi betragter det som et grønt brændstof, er det meste hydrogengas i dag fremstillet af naturgas.

Forskerne leder efter måder at producere brint og andre brændstoffer ved hjælp af vedvarende elektricitet. For eksempel er det muligt at lave brintbrændstof ved at splitte vandmolekyler ved hjælp af elektricitet.

Den største udfordring er at optimere processen for at gøre den effektiv og økonomisk. Den potentielle gevinst er enorm: uudtømmelig, vedvarende energi.

Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.

The Conversation

Red Verden med Videnskab.dk

I en konstruktiv serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Vi tager fat på en lang række emner – fra atomkraft og indsatser for at redde dyrene til, om det giver bedst mening bare at spise mindre kød.

Hvad siger videnskaben? Hvad kan man selv gøre hjemme fra sofaen for at gøre en forskel?

Du kan få mange gode tips og råd i vores Facebook-gruppe, hvor du også kan være med i overvejelser om artikler eller debattere måder at redde verden på.

Alle må bruge og viderebringe Forskerzonens artikler

På Forskerzonen skriver forskere selv om deres forskning. Vi mener, det er vigtigt, at alle får mulighed for at læse om forskning fra forskerens egen hånd.

Alle må derfor bruge, kopiere og viderebringe Forskerzonens artikler udfra følgende enkle krav:

  • Det skal krediteres: 'Artiklen er oprindelig bragt på Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler'. Hvis artiklen bringes på web, skal der linkes til artiklen på Forskerzonen.
  • Artiklen må ikke redigeres og skal bringes i fuld længde (medmindre andet aftales med forskeren).
  • Du skal give forskeren besked om, at du genpublicerer.
  • Artikler, som er oversat fra The Conversation, skal have indsat en HTML-kode til indsamling af statistik i bunden. HTML-koden finder du i den originale artikel på The Conversations hjemmeside ved at klikke på knappen "Republish this article" ude til højre, derefter klikke på 'Advanced' og kopiere koden. Du finder linket til artiklen på The Conversation i bunden af Forskerzonens oversatte artikel. 

Det er ikke et krav, men vi sætter pris på, at du giver os besked, hvis du publicerer vores indhold (undtaget indhold fra The Conversation). Skriv til redaktør Anders Høeg Lammers på ahl@videnskab.dk.

Læs mere om Forskerzonen i Forskerzonens redaktionelle retningslinjer.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om astronautens foto af polarlys, som du kan se herunder.