Portugál kutatók tanulmánya a mélyben található porózus kőzetekben történő sűrített levegős energiatárolás lehetőségeit vizsgálta. A legjobb esetben egyetlen tározó egy kisváros teljes energiaigényét fedezhetné.
Energia tárolása a föld alatt: első hallásra sci-finek tűnik, valójában azonban a geológiai kutatásban korántsem új gyakorlat. Az 1970-es évektől ismert, amikor Németországban megkezdődtek az első kísérletek sóbarlangokban; a folyamat a megújuló energia és az ehhez kapcsolódó tárolási igények terén egy egész világnyi lehetőséget nyit meg.
HIRDETÉS
HIRDETÉS
„Az energetikai átállás egyik problémája, hogy a megújuló forrásokból származó energia egyre bőségesebben áll rendelkezésre, ezt azonban nem tudjuk eltárolni” – magyarázza az Euronewsnak Ricardo Pereira, a Lisszaboni Új Egyetem Természettudományi és Technológiai Kara GeoBioTec intézetének kutatója. „Lehetőség van arra, hogy ezt a felesleges villamos energiát felhasználjuk, és ideiglenesen a felszín alatti, 500, 1000 vagy 2000 méter mélyen található kőzetekben tároljuk” – teszi hozzá a portugál kutató.
„Ha a talajt, a kőzeteket egyfajta akkumulátorként használjuk, olyan mennyiségű energiát tudunk eltárolni, amely kisebb városokat is elláthat, és ez ennek a technológiának a legnagyobb előnye.”
Porózus kőzetek esetében a folyamat lényege, hogy a megmaradó, megújuló forrásokból – például szélturbinákból vagy napelemekből – termelt villamos energiával sűrítőberendezéseket táplálnak, amelyek aztán hidrogén és CO2 hozzáadása nélkül, tehát robbanásveszély nélkül, egy kúton keresztül mélyben található porózus kőzetrétegbe préselik a levegőt.
A levegő fokozatosan kitölti a kőzet szemcséi közötti tereket, amelyek normál esetben nem iható sós vízzel vannak tele. Ezt a vizet kiszorítják, anélkül hogy bármit is elszennyeznének, amit emberi fogyasztásra használnak. A levegő ott marad nyomás alatt, mintha egy „feltöltött” akkumulátor lenne, amelyet szükség szerint lehet felhasználni.
Amikor szükség van rá, a sűrített levegő a kúton keresztül ismét a felszínre emelkedik, kitágul, és ez a nyomáskülönbség hajtja meg a felszínen lévő turbinákat, amelyek villamos energiát termelnek – hasonlóan egy hagyományos erőműhöz, csak éppen üzemanyag-égetés nélkül.
Ricardo Pereira azon portugál tudósok egyike, akik olyan tanulmányon dolgoztak, amely azt vizsgálta, hogy a különböző kőzetkörülmények függvényében mennyi energiát lehetne eltárolni.
„Ez a tanulmány azt mérlegeli, hogy a különböző mélységekben uralkodó geológiai viszonyok mellett mekkora energiamennyiséget lehetne ténylegesen tárolni különböző fizikai vagy termodinamikai változók mellett” – mondja az Euronewsnak, hozzátéve, hogy az elemzés alapján „különböző forgatókönyveket dolgoztunk ki”, amelyek célja, hogy „képet adjanak arról, mekkora maximális energia tárolható különböző mélységekben”.
Energiatárolás egy város számára
Az Európai Bizottság energiapolitikai prioritásai között szerepel az energiatároló kapacitás növelése, amelyet „elengedhetetlennek” tartanak. Európának jelenleg mintegy 55 gigawattnyi energiatároló kapacitása van. A cél, hogy 2030-ra ezt 200 gigawattra növeljék, így orvosolva a hálózati korlátokat, amelyek növelik az áramszünetek kockázatát és az importált fosszilis tüzelőanyagoktól való függőséget.
Ezekben a hiányzó gigawattokban kaphat szerepet a porózus kőzetekben alkalmazott sűrített levegős tárolás: ellentétben a jelenleg vezető lítiumion-akkumulátorokkal, ez a technológia kifejezetten a hosszú távú tárolást célozza, miközben egy nagy mennyiségben rendelkezésre álló természeti erőforrást használ ki.
A Lisszaboni Új Egyetem és a Lisszaboni Egyetem Természettudományi Karának Dom Luiz Intézete kutatóinak együttműködésében készült, a Geoenergy (forrás: portugál) folyóiratban megjelent tanulmány arra jutott, hogy az elemzett forgatókönyvek alapján „egyetlen adiabatikus–izobárikus rendszer bizonyul a legkedvezőbbnek: akár 156 kWh m−3 energiasűrűséget és legfeljebb 1 TWh tárolókapacitást is biztosítani képes, legfeljebb 3000 méteres üzemi mélységen”.
„Magától értetődik, hogy ez egy maximális forgatókönyv, amikor minden optimális feltétel teljesül” – hangsúlyozta Ricardo Pereira, ugyanakkor jelezve, hogy ezek az értékek „a folyamat lehetséges maximális nagyságrendjéről és potenciáljáról adnak képet”.
„A becsült minimális és az elméletileg szintén becsült maximális érték között egész skálája létezik a lehetőségeknek, de a tanulmány azt mutatja, hogy egyetlen tározó – és itt egyetlen esetre vonatkozó szimulációról beszélünk, a legkedvezőbb helyzetben – ez az 1 TWh nagyon közel áll néhány portugál közepes város fogyasztásához.”
„Black start”: enyhíthetők lettek volna az áramszünet következményei?
Az óriási tárolókapacitás mellett ez a rendszer úgynevezett „black start” üzemmódban működik, vagyis képes úgy elindítani egy villamosenergia-rendszert, hogy az nincs rácsatlakoztatva a hálózatra.
„A sűrített levegő gyakorlatilag azonnal rendelkezésre áll, így a rendszer szinte azonnal ki- és bekapcsolható” – magyarázza a kutató. Ez lehetővé teszi az elektromos hálózat stabilizálását, ami különösen hasznos az ibériai áramszünethez hasonló helyzetekben. „Ha 2025-ben már működött volna, talán elkerülhettünk volna néhány ilyen problémát” – tette hozzá Ricardo Pereira.
„Nyilvánvaló, hogy az áramszünet problémája jóval kiterjedtebb volt, és ez önmagában nem jelentene varázsreceptet egy hasonló helyzet megoldására, (...) de segíthetne a hálózati teljesítmény kezelésében.”
A kutató szerint jelenleg is folyik annak feltérképezése, hogy Portugáliában mely térségekben és milyen földrajzi adottságok mellett lehetne ilyen folyamatokat megvalósítani, a tanulmány azonban már most is egyértelmű következtetéseket kínál, amelyek segítik ezt a feltérképezést.
„Ez a tanulmány egyik valóban újszerű vonása: megmutatja, hogy minél mélyebben tudjuk porózus kőzetben elhelyezni a tározónkat, annál több energia szabadítható fel” – mondta Ricardo Pereira. Hozzátette, hogy így „össze tudjuk vetni bizonyos, főként iparosodott, tengerparti települések fogyasztását azzal, milyen hatással lehetne mindez az adott térségek dekarbonizációjára, illetve arra, hogy mennyiben növelheti az energiaszuverenitást a fosszilis tüzelőanyagok fogyasztásával szemben”.
A nagy potenciállal rendelkező térségek között említik Lisszabont és Almádát, amelyek mindkettő jelentős népsűrűséggel és ipari jelenléttel bír.
A jogszabályi környezet a fő akadály
Portugáliában egyelőre csak papíron létezik ez a technológia; a kutató szerint az alkalmazás időhorizontja öt-tíz év lehet, figyelembe véve a szükséges különböző fázisokat: geológiai vizsgálat, kútfúrás, kísérleti projekt és üzembe helyezés.
„Számos vizsgálatot kell elvégezni, kezdve az adott helyszín felszín alatti geológiájának feltérképezésével. Minden projekt önmagában technikai kihívás, így már az előzetes tanulmányok is időigényesek” – fejtette ki.
Ricardo Pereira szerint pénzügyi szempontból a sűrített levegős energiatárolás „igen kedvező” megoldásként jelenik meg, különösen más technológiák, például a nagyon költséges zöld hidrogén költségeivel összevetve.
A kutató szerint Kína a hasonló projektekbe legtöbbet befektető országok egyike, ahol számos beruházás van folyamatban vagy előkészítés alatt. Európában Németország rendelkezik néhány projekttel, ám egyelőre kevés eredménnyel, részben azért, mert „ezeknek a technológiáknak évekbe telik a megtervezése, a teljes mérnöki háttér kidolgozása és az üzembe helyezés”.
Portugáliában a fő akadály nem gazdasági, hanem szabályozási jellegű.
„Tudomásom szerint egyelőre nincs olyan speciális jogszabály, amely lehetővé tenné ilyen projektek megvalósítását Portugáliában. Minden, ami a lábunk alatt van, az államé, vagyis mindannyiunké, ezért szükség van kifejezetten erre a technológiára vonatkozó szabályozásra, ahogyan már létezik a szén-dioxid-tárolás esetében” – mutatott rá a kutató.
„Még ha lenne is egy bátor, befektetési szándékkal rendelkező vállalat, amely elvégezné a vizsgálatokat egy kísérleti projekt, majd a termelési szakasz előkészítésére, törvény nélkül ezt nem lehet megtenni. (...) Jelenleg egy nagyon is valós akadály áll fenn, amely megakadályozza, hogy a portugáliai vállalatok akár csak minimálisan megalapozott tanulmányba kezdjenek.”
A kutató szerint Portugáliában még nem látjuk át kellő mélységben, milyen hatással lenne ez a technológia az ország energiafogyasztására. „Elképzelhetjük, hogy ha egy adott településen 5, 10 vagy 15 százalékkal csökkenteni tudjuk az éjszakai földgázfogyasztást, az milyen helyi, sőt akár országos hatással járna” – magyarázza, kiemelve, hogy az országnak kiterjedt, nagy potenciállal bíró geológiai területei vannak.
„Ha tisztában vagyunk a geológiával – és első körben egy olyan sávot vizsgálunk, amely Lisszabontól Aveiróig húzódik, az úgynevezett Lusitániai-medencét –, látjuk, hogy itt olyan kőzetek találhatók, amelyek alkalmasak tározónak. Óriási területről beszélünk, amely egyben az ország egyik legerősebben iparosodott régiója, ahol jelentős a szél-, a nap- és a vízenergia-termelés, vagyis adott az energiaellátás e folyamat működtetéséhez.”
A jelenleg rendelkezésre álló vizsgálatok alapján, fenntarthatósági szempontból Ricardo Pereira úgy véli, hogy a „módszernek van jövője”. Szerinte ez akár megoldást is jelenthet az energiahálózat számára, és ha sikerül teljesíteni bizonyos feltételeket, „lehet, hogy tíz év múlva – ha minden jól megy – már működni fognak a sűrített levegős projektek, segítve a hálózatirányítást és mérsékelve az energiaellátás problémáit, elérhető módon, ésszerű költségekkel”.