Es mutet seltsam an, dass auch heute noch Öl gefördert und verbrannt wird, um Strom zu erzeugen. Ein primitives Erbe, das nicht nur verschmutzt, sondern auch teuer ist und Kriege anheizt. Es gibt eine Innovation, die sowohl aktuelle fossile Brennstoffe als auch einige zukünftige Energiequellen völlig obsolet machen könnte, wodurch Sonne und Wind viel erschwinglicher und umweltfreundlicher werden. Meine Damen und Herren: CO2-Batterien.
Erstens, was sind CO2-Batterien?
Eine CO2-Batterie ist eine Technologie, die Energie aus Kohlendioxid umwandelt, indem sie es in einem geschlossenen Kreislauf bewegt. Wenn die Batterie entladen ist, bleibt nur eine riesige Kuppel, die bei atmosphärischem Druck mit Kohlendioxid gefüllt ist. Um es aufzuladen, wird das CO2 zuerst aus der Kuppel gepumpt und komprimiert (wodurch es erhitzt wird). Die Wärme wird abgeführt und in einem Gerät gespeichert, das als bekannt ist TES (Thermische Energiespeicherung), der das CO2 in eine kalte und dichte Flüssigkeit umwandelt, die dann in Tanks gelagert wird. Energie wird nun als Wärme im TES und als Druck in flüssigen Kohlendioxidspeichern gespeichert.
Das Entladen der CO2-Batterie ist ein zweistufiger Prozess.
Erstens: Die Tanks werden geöffnet, die das flüssige CO2 unter hohem Druck freisetzen. Beim Entweichen sinkt der Druck und das CO2 kehrt in seinen gasförmigen Zustand zurück (dadurch dehnt es sich aus). Das Gas wird dann durch das TES geleitet, wo es erhitzt wird und weiter expandiert. Diese doppelte Expansion erzeugt einen enormen Druck, der durch eine Turbine geleitet wird, die einen Generator antreibt und Strom erzeugt. Das CO2, das jetzt atmosphärischen Druck hat, wird dann zurück in die Kuppel gepumpt, bereit zum Laden der Batterie.
Es scheint mir kompliziert, und angesichts der erforderlichen Dimensionen habe ich eine Idee, dass wir kaum CO2-Batterien sehen werden, die Elektrofahrzeuge antreiben.
Was macht diese CO2-Batterien einzigartig?
Wind und Sonne sind hervorragend und erzeugen viel Energie mit weitaus weniger Emissionen als andere Technologien. Der Wind weht jedoch nicht immer und die Sonne scheint nicht immer. Ich werde nicht müde, es zu wiederholen: Batterien werden benötigt, um Energie zu speichern, wenn sie überschritten wird, und sie zu entladen, wenn sie benötigt wird. Die derzeit bevorzugte Batterie für diesen Prozess ist die Lithium-Ionen-Batterie, dieselbe Technologie, die Elektrofahrzeuge, Laptops und Telefone antreibt.
Als Speicher eignen sich CO2-Batterien einfach besser als Lithium-Batterien. Aus vier Gründen: Kosten, Umweltauswirkungen, Skalierbarkeit und Lebenszyklus.
Kosten
Lithiumbatterien sind teuer, und die meisten Besitzer von Elektrofahrzeugen werden dies bestätigen können. Batterien für die Speicherung von Sonnen- und Windenergie sind noch teurer, weil sie größer sind. CO2-Batterien hingegen können mit leicht verfügbaren Materialien zu einem Bruchteil der Kosten hergestellt werden, wodurch Wind- und Solarparks viel billiger werden.
Umweltauswirkungen
Lithium-Ionen-Batterien sind nicht die „Umweltengel“, die sie zu sein scheinen. Sie zu bauen erfordert viel Energie und Logistik, daher haben sie auch einen gewissen COXNUMX-Fußabdruck (schau mal zu dieser in Nature veröffentlichten Forschung). Ganz zu schweigen vom Bergbau, der für den Zugang zu diesem Rohstoff notwendig ist, und den geopolitischen Problemen die es in den nächsten Jahren geben wird. Andererseits können CO2-Batterien aus leicht verfügbaren Recyclingmaterialien gebaut werden. Dies macht ihre Auswirkungen auf unseren Planeten viel leichter.
Skalierbarkeit
Wie Sie vielleicht wissen, stürzen wir uns kopfüber in die Tiefe in einer Batteriekrise. Die Materiallieferketten (und die Weltlage) sind nicht in der Lage, die wachsende Nachfrage nach Batterien zu bewältigen, weshalb die Preise für Materialien wie Lithium, Nickel und Mangan in die Höhe geschossen sind.
CO2-Batterien haben solche Probleme nicht. Tausende und Abertausende dieser Batterien können schnell und einfach gebaut werden – theoretisch könnte die Welt diese Technologie sehr schnell annehmen.
Lebenszyklus
Lithium-Ionen-Akkus halten nicht unbegrenzt, wie alle iPhone-Besitzer wissen. Die innere Struktur der Zelle verschlechtert sich mit jeder Ladung und die Batteriekapazität nimmt mit der Zeit ab. Moderne High-End-Lithium-Ionen-Zellen können bis zu 2.000 Ladungen aushalten, aber die günstigeren Versionen können einige hundert Ladungen überstehen. Zusammenfassend? Lithium-Ionen-Batterien müssen etwa alle 10 Jahre ausgetauscht werden.
Auch hier wären CO2-Batterien weit überlegen, da sie nicht degradieren. Theoretisch könnten diese Batterien bei regelmäßiger Wartung Hunderte von Jahren halten.
Warum setzen wir also nicht sofort CO2-Batterien ein?
Niemand ist perfekt und CO2-Batterien daher auch nicht. Beim Wirkungsgrad sind sie beispielsweise denen von Lithium-Ionen unterlegen. Letztere haben einen Wirkungsgrad von 99 %: Wenn Sie einen mit 1 kWh Strom laden, erhalten Sie 0,99 kWh. CO2-Batterien haben maximale Effizienz von "nur" 80%. Um die gleiche Energie zu erhalten, müssten wir also im Moment mehr Anlagen bauen, und gute Nacht zu einigen der Vorteile, die ich bisher aufgelistet habe.
Ein Teil bedeutet jedoch nicht alles. Es gäbe noch Einsparungen. Mit Solarparks der neuen Generation (und größer) können sie die Wind- und Sonnenenergie noch verbessern und die Umweltauswirkungen mindern. Tatsächlich wäre es der Beginn eines Dominoeffekts.
Erneuerbare Revolution
Die Umstellung auf ein CO2-Batterienetz könnte eine erneuerbare Revolution auslösen. Warum sich die Mühe machen, die Kernkraft zu erhöhen (oder wieder einzuführen) oder Gaskraftwerke am Laufen zu halten, wenn wir viel mehr Energie (und einen viel geringeren ökologischen Fußabdruck) aus einem Solar- oder Windpark gewinnen könnten, der mit CO2-Batterien betrieben wird?
Geben wir der Zeit mal nach: Die CO2-Batterietechnologie wurde erdacht erst im Februar 2020, und seitdem sind bereits die ersten funktionierenden Anlagen verfügbar. Diese Schnelligkeit der Entwicklung rechtfertigt eine gewisse Zuversicht.
Vielleicht brauchen wir keinen Fusionsreaktor oder keine Science-Fiction-Technologie, um den Planeten zu retten. Vielleicht kann eine bereits verfügbare Technologie überraschend schnell zu unglaublichen Ergebnissen führen, wenn sie richtig unterstützt wird.
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