|tekst: dr Małgorzata Kłoskowicz|
Energia to przyszłość. Bez niej nie przetrwamy. I choć wytwarzamy jej wystarczającą ilość, nadal nie potrafimy jej skutecznie magazynować. Nad jednym z układów, który może pomóc w rozwiązaniu tego problemu, pracuje międzynarodowy zespół pod kierunkiem prof. dr. hab. inż. Jarosława Polańskiego z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Projekt realizowany jest w ramach konkursu „Zielony Horyzont” Inicjatywy Doskonałości Badawczej.
Już prawie 8 mld ludzi żyje na Ziemi. Jak zapewnić im dobrą jakość życie i przetrwanie? Wśród najważniejszych, globalnych wyzwań są zmiany klimatyczne. Jednym z najpoważniejszych źródeł tych zmian są tradycyjne metody wytwarzania energii. Tworzący się w ich wyniku dwutlenek węgla zbiera się w atmosferze, wywołując efekt gigantycznej cieplarni. Przeciwdziałając tym skutkom, z jednej strony dążymy do obniżenia zapotrzebowania na energię, z drugiej poszukujemy sposobów zarządzania nią. Ten ostatni temat stał się przedmiotem zainteresowania zespołu prof. Jarosława Polańskiego.
Efektywne zarządzanie, jak mówi naukowiec, sprowadza się dziś przede wszystkim do magazynowania nadwyżek wytwarzanej energii. Do tego celu wykorzystywane są na przykład elektrownie szczytowo-pompowe, w których energia elektryczna jest zamieniana w energię grawitacyjną wody pompowanej do zbiornika znajdującego się na określonej wysokości. Innym sposobem są baterie, dzisiaj najczęściej litowo-jonowe. Technologia baterii wciąż jednak nie jest doskonała, wymaga m.in. użycia rzadkich metali i wiąże się z problemem magazynowania odpadów. W związku z tym naukowcy ciągle pracują nad nowymi metodami. Obecnie są to przede wszystkim technologie wodorowe. I w tym przypadku pojawiają się różne wyzwania. Problemem jest m.in. wytwarzanie wodoru oraz bezpieczeństwo jego magazynowania.
Inną propozycją są technologie sprężania lub skraplania powietrza. Warto wspomnieć także o wykorzystaniu ciepła tworzenia i rozkładu par substancji chemicznych jako alternatywnego sposobu magazynowania energii.
– Ja chciałbym powiedzieć kilka słów właśnie o tej ostatniej metodzie. Problem ten jest przedmiotem realizowanego przez nas projektu naukowego. Inspiracją do podjęcia tematu był konkurs „Zielony Horyzont”. Uznałem, że nowy system magazynowania energii z wykorzystaniem chemicznych par idealnie wpisuje się w ideę konkursu. Nawiązałem więc kontakt z grupą inżynierów chemicznych z Uniwersytetu w Birmingham i rozpoczęliśmy współpracę – mówi prof. Jarosław Polański.
Stosunkowo nowym pomysłem w celu magazynowania energii jest wykorzystanie reakcji chemicznych między niektórymi solami a amoniakiem. Naukowcy jako sól wykorzystują bezwodny chlorek wapnia. Związek ten, poddany działaniu amoniaku, tworzy tzw. addukt, oddając przy tym ciepło. Ogrzewany addukt rozkłada się z kolei na amoniak i chlorek wapnia. Takie cykle można powtarzać, na zmianę pobierając i odzyskując energię. Otrzymujemy tym samym idealny układ magazynowania energii.
– My zaprojektowaliśmy innowacyjną metodę dostarczania energii, wykorzystującą bezpośrednie ogrzewanie indukcyjne. Układ, nad którym właśnie pracujemy, składa się z dwóch elementów. W pierwszym wykorzystywany jest chlorek wapnia, w drugim amoniak. Dodatkowo stosujemy odpad po produkcji aluminium. Przypomina błoto czy szlam, nie wiadomo, co z nim robić. Okazuje się, że taki odpad może znakomicie sprawdzić się w projektowanym przez nas układzie – wyjaśnia chemik z Uniwersytetu Śląskiego. Dodatek zawiera żelazo, jest więc ferroelektrykiem. To oznacza, że pod wpływem indukcji magnetycznej umożliwia ogrzewanie układu, w którym dochodzi do reakcji między amoniakiem a chlorkiem wapnia.
Ważne pytanie brzmi zatem, czy w przyszłości takie układy mogłyby być stosowane na przykład w samochodach elektrycznych? – Jeszcze za wcześnie na ten etap. Ja mam rower elektryczny. O ile latem jestem w stanie bez problemu dojechać do pracy i wrócić do domu, o tyle zimą bateria nie wystarcza nawet na taki krótki odcinek. Znamy wyzwania, z jakimi mierzą się konstruktorzy baterii do pojazdów elektrycznych. Wciąż poszukuje się coraz lepszych rozwiązań, może rozwiązaniem będą inne układy magazynowania energii chemicznej? Najpierw musimy stworzyć i udoskonalić nowe technologie pod względem technicznym. Jeśli ludzie pokochają takie rozwiązania, zainteresuje się nimi kapitał. To z kolei daje gwarancję ich rozwoju. Królową nauk jest bowiem… ekonomia – podsumowuje prof. Jarosław Polański.
fot. Małgorzata Kłoskowicz
Prof. dr hab. Jarosław Polański z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych jest liderem projektu pt. „Odpadowy wermikulit jako macierz nowego systemu magazynowania energii” dofinansowanego w ramach konkursu „Zielony Horyzont” Inicjatywy Doskonałości Badawczej. Więcej o projekcie można przeczytać na stronie: www.us.edu.pl/idb.