Grönt batteri – tänkbar lösning för lagring av el
En tredjedel av all tysk elproduktion kommer nu från förnybara källor som vind och sol. Det innebär att behovet ökar av att kunna lagra den överskottsel som inte behövs när solen lyser eller vinden blåser. En lösning är att lagra i ett batteri i ofarlig plast.
När man idag reser runt ute på vissjan i Tyskland syns solceller på vart och vartannat hustak. Ofta på lador och mangårdsbyggnader. Men det finns ett problem. När solen gassar blir det så mycket solel på en gång att elnätet fullkomligen korkar igen. När solen inte lyser, kommer ingen el alls.
Men nu finns en lösning, eller i alla fall början på en lösning. Det handlar om gröna batterier - ett slags storskaliga batterier i vätskeform. De kan tillverkas helt utan miljöfarliga tungmetaller och saltsyra. Det enda man egentligen behöver är en särskild plast löst i vanligt saltvatten, och är så pass miljövänligt att det värsta som händer om man skulle råka dricka sitt batteri är magbesvär.
– I värsta fall får man diarré, säger batteriets uppfinnare, professor Ulrich Schubert på Friedrich Schiller-universitetet i Jena i Tyskland.
Tekniken som han varit med och utvecklat kallas för Redox Flow. Den uppfanns redan 1949 i Tyskland, men har som vanliga batterier hittills innehållit tungmetaller och syra. Men nu kan man alltså för första gången lagra energi i ett redox flow-batteri, tillverkat utan metaller och därmed betydligt miljövänligare
– Det här är viktigt eftersom man inte kan producera grön el och sedan lagra den i smutsiga batterier, säger Ulrich Schubert.
Det han syftar på är att en tredjedel av den tyska elproduktionen idag kommer från förnybara källor. I takt med att andelen ökar, så ökar också behovet av att kunna lagra överskottet.
Enligt forskarna här pratade ingen om lagring av el för 3-4 år sedan. Energi var något man tillverkade för att använda direkt. Extremt kort hållbarhetsdatum, så att säga. Men nu börjar folk tänka om. Målgruppen för den här nya tekniken är dock inte elbilar eller privathushåll.
–Det kommer främst användas av stora anläggningar som vind- och solcellsparker, säger Ulrich Schubert.
I år ska den första kommersiella anläggningen, som ett ledande energibolag i Tyskland köpt, tas i drift. 2017 ska en anläggning i megawattklassen byggas.
– Mellan 5 och 10 megawatt stora anläggningar går att bygga, menar Ulrich Schubert.
En megawatt-timme, hur mycket är det då? Ja det räcker för i alla fall till 500 timmars matlagning vid spisen, eller 1000 tvättar med tvättmaskinen.
En typisk användare kan vara en bonde i södra Tyskland, med en stor lada med solceller på taket. Bakom ladan står batteriet som till utseendet kommer att påminna om ett par stora cisterner med olika rör in och ut.
När solen lyser lagrar bonden elen han inte behöver mitt på dagen i sitt batteri. På kvällen och nästa morgon kan vår solbonde använda elen som lagrats i batteriet. På det här viset kan han själv konsumera hela 80-90 procent av den solel han tillverkar på sitt tak.
Den stora frågan nu är om det går att få ekonomi i det här. För att det ska bli billigt krävs att vi kan tillverka stora volymer av elektrolyten, alltså plastvätskan.
– Det stora frågan är om kan få till stor produktion för att ha rimliga priser, säger Ulrich Schubert.
Något färdigt batteri att titta på finns dock inte, men tillsammans med Norbert Martin, som är ansvarig för utvecklingen av elektrolyten, går vi över till en stor industrihall med flera testbänkar.
Vi står framför ett stort skåp, i det syns två plasttunnor som det kommer ut genomskinliga slangar ur.
I en av dem ser vi en rödvinsfärgad vätska. I den andra en gul vätska som påminner om öl. Sedan pumpas vätskorna från de båda behållarna in i en stor fyrkantig låda, den så kallade stacken, och som är en trave tätt hopskruvade plastplattor med ett fint filter i mitten.
I den här stacken sker den kemiska reaktionen, där laddade joner från den ena vätskan vandrar genom filtret och över till den andra vätskan.
Vätskorna kan beskrivas som plus och minus. Och de får inte blandas utan måste hållas isär. Däremot måste alltså laddade joner kunna passera mellan dem. Och det är det här som är finessen. Eftersom det är stora plastmolekyler som transporterar de laddade jonerna räcker det med ett ganska grovmaskigt membran för att stoppa molekylerna men släppa igenom jonerna. Det betyder att det blir billigt att bygga.
Faktum är att alla delar till batteriet finns lätttillgängliga inom industrin. Plaströr, slangar, pumpar, styrenheter, membran - allt är standard och billigt.
I princip kan batteriet alltså byggas upp på exempelvis en bondgård. När det är klart kommer en tankbil dit och fyller på vätskan. Sedan är det bara att köra.
Den kanske främsta konkurrenten till det här kommer från en forskargrupp på Harvard-universitetet. Även de presenterade, i forskningstidskriften Nature, för ett drygt år sedan ett batteri i vätskeform med plastmolekyler som energibärare. Men i stället för koksalt med brom som vätska. Brom är ett ytterst otrevligt ämne och känt för att ha massor med orangea varningstrianglar med dödskallar och döda fiskar på. Inget man vill ha flera ton av i sin källare eller bakom sin lada.
Bättre då alltså med saltvatten och plast, men den kanske största nackdelen med den här tekniken är att den är utrymmeskrävande.
Energitätheten är nämligen inte särskilt hög. Om man skulle bygga ett sånt här batteri till en mobiltelefon eller laptop skulle det bli stort som ett mindre kylskåp eller något liknande.
Men bakom ladan hos vår solbonde så gör inte det nånting. Där, räknar Norbert Martin, med att ställa upp en anläggning, i storleksordningen 4- 5 vanliga 20-fotscontainrar, för att ladda några timmars överskottsel som solcellerna på bondens ladutak genererar.
Men om det här är så bra, varför har ingen gjort det tidigare? Vi frågar svensken Christoffer Karlsson som 2014 disputerade på just organiska batterier, där ju också plast ingår, eftersom det består av kol.
Idag forskar han på Waseda-universitetet i Japan, där kanske världens främsta grupp på organiska batterier arbetar.
Han ser flera problem. En nackdel är att pumparna som för runt de öl- och vinliknande vätskorna drar energi. Dessutom är det bara plastpartiklarna som ju bär med sig energi i form av laddade joner. Så all vätska som pumpas runt som bara är vätska blir alltså en slags dödvikt. Lösningen kunde vara att ha mer plastpartiklar i lösningen, men då blir det tjockare och segare att pumpa runt samt drar ännu mer batteri.
För att komma runt det här så forskar Christoffer Karlsson själv på ett plastbatteri helt utan vätska - alltså i princip en stor hård plastklump.
Att det här med organiska batterier fått så mycket uppmärksamhet nu, och att forskargruper på allt fler universitet börjat forska på det här, beror på att litium-jonbatterier, som vi idag använder i mobiltelefoner, laptops och elbilar, har blivit en återvändsgränd.
– Vi har nått en gräns, men det krävs mycket grundforskning för nå längre än det vi har nu, säger Christoffer Karlsson.
Och här har plast en stor potential.
– De går att göra lika bra som litium jon-batterier. Den stora frågan nu är om de går göra stabila så inte bryts ner.
Ytterligare en fråga är det här med energitätheten. För ju mer energi man stoppar in, desto större blir också risken att något kan gå snett.
– Övre gräns? Ja, ju mer energi som trycker in desto mer som en bomb blir det. Det är en avvägning kring stabilitet och säkerhet.
