Kan lagre vind og sollys

Av forskerne Ole Edvard Kongstein, Ole S. Kjos, Ana M. Martinez og Edel Sheridan
 SINTEF Materialer og kjemi

Solstråler og vindkast har ett trekk felles. De er uforutsigbare energikilder som ikke kan slås av og på etter menneskers behov. Trengs ikke strømmen fra solceller når sola skinner, eller kraften fra vindmøller mens det blåser, må energien lagres – om vi skal få brukt den. I SINTEF har vi en ide om et batteri som kan brukes til dette. Fra Forskningsrådet har vi nylig fått penger til å gjøre løsningen virkelig.

Ideen vår går ut på å lage billige gigant-batterier som plasseres på utvalgte steder i strømforsyningen.  Batteriet vi ser for oss, klarer å svelge unna – og levere fra seg – mye energi på kort tid. Ved plutselige underskudd på energi i fornybar-baserte kraftsystemer, skal batteriet garantere brukerne tilgang på strøm. Og det enten knipa varer i dager, eller er over på sekunder.

Lykkes vi, vil vi øke verdien av sol- og vindkraft drastisk. I tillegg reduserer vi behovet for backup-kraft fra fossile kilder.

Lades lokalt

Batteriet vårt vil også minske behovet for dyre overføringsledninger mellom regioner. Det kan lades med lokalt produsert kraft når denne er billig, for eksempel om natta. Så kan innbyggerne bruke strømmen når de skrur kaffetrakteren på om morgenen, og når de lager middag.

Gjennom mobiltelefoner og el-biler har publikum i vår del av verden blitt brukere av siste skrik på batteriområdet – litium-ion-batteriene. Disse kan lades fort og mange ganger. I tillegg gjør de mobilen og el-bilen i stand til å utføre mye arbeid mellom hver gang de lades. Men som “bufferlagre” i strømnettet ville slike batterier bli altfor kostbare.

Løsningen vår er et batteri som har mange av litium-ion-batteriets styrker. Men det skal lages av langt billigere og mer miljøvennlige materialer. Ved å kombinere den flerfaglige kunnskapen vi sitter på om batterier, elektrokjemi, saltsmelter og materialer, har vi tro på at det går.

Batterier omformer kjemisk lagret energi direkte til elektrisk energi. De er bygget opp rundt to elektroder, som tradisjonelt har bestått av stoffer i fast form. I vårt batteri, derimot, er elektrodene smeltet metall, og elektrolytten er en saltsmelte.

Tyngdekraft erstatter membran

Det ene metallet vi utnytter, er lettere enn resten av stoffene og flyter på toppen av dem. Dette er ett av clouene ved vår løsning. For takket være tyngdekraften, som er helt gratis, slipper vi den fordyrende membranen som tradisjonelle batterier er avhengige av for å unngå kortslutning.

Batterier lades og produser strøm ved hjelp av kjemiske reaksjoner. Disse utvikler varme, og den må vi ta vare på i vårt batteri. Blir innmaten kald og størkner, vil ikke batteriet virke. Dette gjør størrelse til en viktig del av løsningen vår. Jo høyere volumet er i forhold til overflata, jo lettere vil det være å holde kjernen i batteriet varm. Derfor ser vi for oss batterier store som hus.

På verdensmarkedet finnes allerede ett “flytende batteri”. Dette er basert på natrium og svovel. Men lykkes vi, blir batteriet vårt både bedre og billigere.

Den billigste måten å lagre sol- og vindenergi på, er å gjøre store vannkraftverk om til såkalte pumpekraftverk. Det vil si utstyre dem med turbiner som i det ene øyeblikket er pumper, og i neste øyeblikk lager strøm. Slik går det an å se for seg et Norge som forsyner Nord-Europa med vannkraft når det er vindstille i Nordsjøen – og som etterpå bruker billig vindkraft til å pumpe vann tilbake i de norske dammene når det blåser som verst på Kontinentet.

Men dette går bare an i land med dype daler og vannreservoar på fjellet. Med andre ord; kun i Norge og et fåtall andre land. Resten av verden må sette sin lit til batterier for å få fullt utbytte av vind og sol til stasjonær strømproduksjon. I tillegg vil langt mindre energi gå tapt i batterier enn i pumpekraftverk.

Desto viktigere for oss er det å lykkes.

Artikkelen sto første gang i Dagens Næringsliv fredag 15. november 2013.