Επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ υπολόγισαν το αποτύπωμα άνθρακα της χρήσης μπαταριών για την αποθήκευση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που έχουν τα ηλιακά και αιολικά πάρκα είναι πως λειτουργία τους είναι διαλείπουσα: παράγουν ενέργεια αναλόγως των καιρικών συνθηκών και όχι με βάση τις ανάγκες της κατανάλωσης. Ερευνητές έχουν αρχίσει να αναπτύσσουν νέες μπαταρίες και άλλες μεγάλης κλίμακας συσκευές αποθήκευσης, για να αποθηκεύουν το πλεόνασμα ενέργειας όταν αυτή παράγεται, και να το παραδώσουν τελικά όταν υπάρχει ζήτηση. Ωστόσο, τα ορυκτά καύσιμα που απαιτούνται για την κατασκευή αυτών των τεχνολογιών αναιρούν σε μεγάλο βαθμό τα όποια οφέλη από την εγκατάσταση νέων ηλιακών και αιολικών πάρκων.
"Υπολογίσαμε πόση ενέργεια χρειασθεί και πόσο τελικά θα κοστίσει στην κοινωνία να οικοδομήσουμε συσκευές αποθήκευσης για τα ενεργειακά δίκτυα που η τροφοδοσία τους θα βασίζεται σε μεγάλο βαθμό από ανανεώσιμες πηγές," εξηγεί ο Charles Barnhart, ερευνητής στο Global Climate and Energy Project του Στάνφορντ (GCEP) και κύριος συγγραφέας της μελέτης. "Αποδεικνύεται τελικά ότι η αποθήκευση της ενέργειας των ανανεώσιμων πηγών είναι ενεργειακά δαπανηρή, και ορισμένες τεχνολογίες, όπως πχ. είναι οι μπαταρίες μολύβδου, απαιτούν περισσότερη ενέργεια για κατασκευαστούν από αυτή που τελικά αποθηκεύουν."
Οι ερευνητές ανέλυσαν στο περιοδικό "Energy & Environmental Science" τα ευρήματά τους για το πόσο τελικά φιλικά προς το περιβάλλον είναι τα πάρκα αιολικής και ηλιακής ενέργειας.
"Η αιολική και η ηλιακή ενέργεια φαντάζουν ως χαμηλής εκπομπής άνθρακα πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά εξαρτώνται από τις καιρικές συνθήκες", εξηγεί ο Sally Benson, καθηγητής της μηχανικής και ενεργειακών πόρων στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και διευθυντής του GCEP. "Δεδομένου ότι το ποσοστό της ηλεκτρικής ενέργειας από αυτές τις πηγές συνεχώς αυξάνει στο ενεργειακό μας σύστημα, οι φορείς εκμετάλλευσης των δικτύων θα πρέπει να αναπτύξουν τρόπους αποθήκευσης της ενέργειας για να βοηθήσουν να εξισορροπηθεί η διαλείπουσα προσφορά ενέργειας με βάση τη πραγματική ζήτηση. Η έρευνά αυτή είναι η πρώτη πραγματικά που προσπαθεί να ποσοτικοποιήσει τα έξοδα αποθήκευσης της ενέργειας στην πάροδο του χρόνου "
Μόνο περίπου το τρία τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται στις ΗΠΑ παράγεται από την αιολική, την ηλιακή, την υδροηλεκτρική και άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Κατά τη διάρκεια της μελέτης, οι συγγραφείς προχώρησαν ακόμη παραπέρα σε ένα υποθετικό μέλλον όπου το 80 τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας θα προέρχεται από αυτές τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Η ομάδα χρησιμοποίησε την υδροηλεκτρική αποθήκευση της ενέργειας ως παράδειγμα στη μελέτη. Όταν η ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια είναι χαμηλή, το πλεόνασμα της ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται για την άντληση νερού σε μια δεξαμενή πίσω από ένα φράγμα. Όταν η ζήτηση είναι υψηλή, το νερό απελευθερώνεται μέσα από τουρμπίνες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια (αντλησιοταμίευση). Οι ερευνητές συνέκριναν την ποσότητα της ενέργειας και το κόστος που απαιτείται για την κατασκευή ενός έργου υδροηλεκτρικής αποθήκευσης με το ενεργειακό κόστος της παραγωγής πέντε πολλά υποσχόμενων τεχνολογιών: των μπαταριών μολύβδου, λιθίου , νατρίου-θείου, βαναδίου και ψευδαργύρου-βρωμίου.
"Το πρώτο μας βήμα ήταν να υπολογίσουμε το συνολικό ποσό της ενέργειας που απαιτείται για την κατασκευή αυτών των αποθηκευτικών πηγών" εξηγεί ο Barnhart. "Από την εξόρυξη των πρώτων υλών, όπως του λίθιου και του μόλυβδου, μέχρι την κατασκευή και την τελική εγκατάσταση της συσκευής."
Χρησιμοποίησαν τα δεδομένα που συλλέγονται από το ινστιτούτο Argonne National Laboratory για να προσδιορίσουν την ποσότητα της ενέργειας που απαιτείται για την κατασκευή καθενός από τις πέντε αυτές τεχνολογίες μπαταριών. Η ανάλυση αποκάλυψε ότι οι πέντε μπαταρίες έχουν πολύ υψηλό ενεργειακό κόστος σε σύγκριση με την μέθοδο της αντλησιοταμίευσης.
"Αυτό είναι πολύ λογικό, επειδή οι τεχνολογίες μπαταριών κατασκευάζονται από μέταλλα, μερικές φορές σπάνια μέταλλα, για τα οποία καταναλώνεται πολλή ενέργεια για να τα αποκτήσουμε και να τα επεξεργαστούμε," δήλωσε ο Barnhart. "Ενώ μια υδροηλεκτρική εγκατάσταση αντλησιοταμίευσης γίνεται μόνο από τον αέρα, το νερό και τη βρωμιά. Είναι βασικά μια τρύπα στο έδαφος κάτω από ένα φράγμα ενισχυμένου σκυροδέματος."
Μετά την ανακάλυψη αυτή, η ομάδα υπολόγισε το ενεργειακό κόστος της λειτουργίας των τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας σε βάθος χρόνου, κατά τη διάρκεια ενός 30χρονου χρονοδιαγράμματος.
"Στην ιδανική περίπτωση, μια τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας θα πρέπει να διαρκέσει αρκετές δεκαετίες", εξηγούν οι επιστήμονες. "Διαφορετικά, θα πρέπει να αποκτήσουμε και να επεξεργαστούμε ακόμη περισσότερες πρώτες ύλες, να κατασκευάσουμε και να μεταφέρουμε στους τόπους τελικής εγκατάστασης περισσότερες συσκευές. Όλα αυτά τα πράγματα κοστίζουν ενέργεια. Έτσι, όσο περισσότερο διαρκεί ένα έργο, τόσο λιγότερη ενέργεια θα καταναλώσει στην πάροδο του χρόνου και τόσο μικρότερο κόστος θα έχει τελικά για την κοινωνία."
Στην εργασία τους χρησιμοποίησαν ένα νέο μαθηματικό τύπο που ονομάζεται "Ενέργεια που αποθηκεύεται στις επενδύσεις", ή ESOI. Αυτή η φόρμουλα είναι η ποσότητα ενέργειας που μπορεί να αποθηκευτεί σε μια τεχνολογία, διαιρούμενη με το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για την κατασκευή αυτής της τεχνολογίας. Όσο υψηλότερη είναι τιμή ESOI, τόσο καλύτερη είναι η τεχνολογία αποθήκευσης, εξηγεί ο Barnhart.
Μετά την εξέταση του τύπου ESOI, η ομάδα βρήκε ότι τα πέντε είδη μπαταριών είναι πολύ χειρότερα από ό,τι το σύστημα της αντλησιοταμίευσης.
"Τα στοιχεία μας δείχνουν ότι μια συμβατική μπαταρία μολύβδου μπορεί να αποθηκεύσει μόνο δύο φορές την ενέργεια που χρειάσθηκε για να κατασκευαστεί," δήλωσε ο Barnhart. "Έτσι, χρησιμοποιώντας το είδος των μπαταριών που είναι διαθέσιμες σήμερα για να έχουμε αποθήκευση της ενέργειας των ανανεώσιμων πηγών σε παγκόσμιο επίπεδο ηλεκτρικής ενέργειας είναι αδύνατον." Ο ίδιος προτείνει πως ο καλύτερος τρόπος για τη μείωση του μακροπρόθεσμου ενεργειακού κόστος μιας μπαταρίας είναι η βελτίωση του κύκλου ζωής της, δηλαδή ο αριθμός των φορών που μια μπαταρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί πριν την απόρριψή της. "Τα αντλησιοταμιευτικά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μπορούν να επιτύχουν περισσότερους από 25.000 κύκλους,", δήλωσε ο Barnhart. Έχουν όμως μεγάλο περιβαλλοντικό κόστος και χρησιμοποιούν τελικά μεγάλες εκτάσεις γης.
Ο ίδιος ο Barnhart λέει ότι ο πρωταρχικός στόχος της μελέτης ήταν να ενθαρρύνει την ανάπτυξη πρακτικών τεχνολογιών που μειώνουν τις εκπομπές του θερμοκηπίου και τον περιορισμό της υπερθέρμανσης του πλανήτη.
"Υπάρχουν πολλά οφέλη με την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας", είπε. "Επιτρέπει στους καταναλωτές να χρησιμοποιήσουν την ενέργεια, όταν θέλουν και όταν χρειάζεται να την χρησιμοποιήσουν. Αυξάνουν την ποσότητα της ενέργειας που μπορούμε τελικά να χρησιμοποιήσουμε από την αιολική και την ηλιακή ενέργεια, οι οποίες θεωρούνται και οι κύριες πηγές καθαρής ενέργειας."
Μια επιστημονική μελέτη που εκπονήθηκε από το "Ίδρυμα για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας" (Renewable Energy Foundation), διαπίστωσε ότι η οικονομική ζωή των χερσαίων ανεμογεννητριών είναι πολύ μικρότερη από εκείνη που προβλέπει και προπαγανδίζει η αιολική βιομηχανία. Η έρευνα διεξήχθη από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου και χρησιμοποίησε στοιχεία από τα δεκάδες χρόνια λειτουργίας των αιολικών πάρκων στο Ηνωμένο Βασίλειο και τη Δανία. Οι μελετητές αποκωδικοποίησαν και επεξεργάστηκαν με αυστηρή στατιστική ανάλυση τα πραγματικά δεδομένα απόδοσης δεκάδων εκατοντάδων αιολικών πάρκων, σε βάθος χρόνου.
Ο Barnhart τονίζει όμως ότι όσο περισσότερο διαρκεί μια τεχνολογία, τόσο λιγότερη ενέργεια καταναλώνεται: "Μπορείτε να αγοράσετε ένα πραγματικά καλοφτιαγμένο ζευγάρι μπότες που θα διαρκέσει πέντε χρόνια, ή ένα ζευγάρι κακής ποιότητας που θα διαρκέσει μόνο ένα", προσθέτει, "Θα ήθελα η μελέτη μας να είναι ένα κάλεσμα στα όπλα για την αύξηση του κύκλου ζωής τόσο των τρόπων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας που προέρχεται από τις ανανεώσιμες πηγές, όσο και των ίδιων των ανανεώσιμων πηγών."
Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Environmental Research Letters αποκάλυψε πως τα μεγάλης κλίμακας αιολικά πάρκα δεν μπορούν να είναι υψηλής ενεργειακής απόδοσης, όπως πιστευόταν παλαιότερα. Σύμφωνα με τη μελέτη, οι μεγάλες εγκαταστάσεις αιολικών πάρκων θα μπορούσαν να είναι σε θέση να παράγουν λιγότερο από ένα κιλοβάτ ανά τετραγωνικό μίλι. Προηγούμενες εκτιμήσεις ήθελαν οι εκμεταλλεύσεις αυτές να μπορούν να παράγουν ακόμη και επτά κιλοβάτ ανά τετραγωνικό μίλι.
"Τα δικά μας ευρήματα δεν σημαίνουν ότι δεν πρέπει να συνεχίσουμε να ερευνούμε τα οφέλη της αιολικής ενέργειας-η αιολική ενέργεια είναι πολύ καλύτερη για το περιβάλλον από τον άνθρακα, αλλά αυτά τα γεωφυσικά όρια που τίθενται έχουν ένα μεγάλο νόημα, αν θέλουμε πραγματικά να αναβαθμίσουμε την αιολική ενέργεια για την προμήθεια του ενός τρίτου, ας πούμε, της πρωτογενούς ενέργειας μας", δήλωσε ο David Keith, καθηγητής εφαρμοσμένης φυσικής του Χάρβαρντ ( SEAS ). Και υποστηρίζει ότι ελπίζει πως η έρευνα δίνει μια ρεαλιστική προσδοκία για αιολική ενέργεια ως πηγή ενέργειας.
"Η πραγματική γροθιά στο στομάχι", προσθέτει ο ίδιος, "είναι ότι δεν μπορούμε τελικά να πάρουμε πολύ περισσότερο από μισό κιλοβάτ ανά τετραγωνικό μίλι και αν αποδεχόμαστε ότι δεν μπορούμε να βάζουμε ανεμογεννήτριες παντού, τότε έχουμε φτάσει το όριο που έχει σημασία για την ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας."
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου