Domowe baterie, ładowarki EV i jadalne ogniwa: historia baterii poza autem

BBC poinformowało 29 września, że Green Mountain Power, największy zakład energetyczny w Vermoncie, wydzierżawia każdemu uczestnikowi dwie baterie za 55 dolarów miesięcznie na 10 lat. Wirtualna elektrownia spółki, czyli agregat tysięcy małych urządzeń sterowanych jak jeden generator, stała się największym źródłem mocy w stanie. W programie bierze udział ponad 5 500 domów.

To najnowszy wątek w dossier, w którym baterie pojawiają się w miejscach dalekich od salonów samochodowych.

Wtyczka na czterech kołach

RNZ podało 29 września, że nowozelandzka Energy Efficiency and Conservation Authority (EECA) sfinansuje do 100 dwukierunkowych ładowarek w domach i firmach w Auckland oraz innych miastach. Urządzenia pozwalają ładować auto jak zwykle, a następnie oddawać prąd do domu, firmy lub sieci przesyłowej w szczycie cen. Murray Bell, menedżer ds. polityki i regulacji w EECA, wyjaśnił, że naładowany samochód mógłby zasilać gospodarstwo domowe przez trzy lub cztery dni podczas awarii.

Kalkulacja ekonomiczna jest prosta: ładuj, gdy prąd jest tani, rozładowuj, gdy drogi, nadwyżkę sprzedawaj. Bell ocenił, że uniknięty koszt nowych słupów i kabli „liczy się w miliardach dolarów”, jeśli uwzględnić spodziewany wzrost zapotrzebowania. Ministerstwo Biznesu, Innowacji i Zatrudnienia prognozuje wzrost popytu na energię elektryczną w Nowej Zelandii o 35–82 procent do 2050 roku.

Na razie to nie jest rozwiązanie typu plug-and-play. EECA zaznacza, że ładowarki oddające prąd do sieci nie są w Nowej Zelandii powszechnie dostępne. Bell wymienił przeszkody: mało zgodnych zestawów aut i ładowarek, obawy producentów o wpływ sprzętu firm trzecich na wydajność baterii, kwestie bezpieczeństwa starej instalacji domowej oraz problem montażu. Counties Energy, operator sieci OpenLoop, zrekrutuje uczestników i zainstaluje sprzęt. Bell dodał, że BYD, druga po Tesli najpopularniejsza marka EV w Nowej Zelandii, brał udział w australijskich testach i mógłby zrobić to samo tutaj.

„Chcemy, żeby to było w zasadzie plug-and-play: każdy właściciel EV może przyjść, dostać ładowarkę, podłączyć ją do domu i wszystko powinno po prostu działać” – powiedział Bell.

Australia przeprowadziła już duże testy ładowania dwukierunkowego. Według RNZ technologia jest dostępna w pewnych warunkach w Nowej Południowej Walii i Australii Południowej. Mniejszy test trwa też w Queenstown.

Inna historia baterii z Delhi

IEEE Spectrum opublikowało 29 września relację profesora elektrotechniki z Jamia Millia Islamia. Opisuje ona miasto, które w 2002 roku traciło ponad połowę prądu przez przestarzały sprzęt i kradzieże. Do 2026 roku straty spadły do 5–6 procent, poziomu porównywanego w tekście z Francją i Belgią, a lepszego niż w Grecji i Serbii.

Artykuł przypomina, że to sieć, do której podłącza się bateria, decyduje o jej wartości. W Delhi rozwiązaniem był sprzęt dystrybucyjny i rozliczalność, nie magazynowanie energii.

Liczenie energii, której już nie potrzebujemy

Hannah Ritchie w swoim Substacku z 29 września przytacza liczby profesora Nicka Eyre’a z Oksfordu. W systemie po transformacji, gdzie odpowiednie sektory są zelektryfikowane, a reszta działa na wodorze, globalne końcowe zapotrzebowanie na energię spada z 416 eksadżuli do 247 EJ. Popyt na prąd rośnie ze 110 EJ do 189 EJ. Główna teza: elektryfikacja to efektywność, a świat potrzebuje około 40 procent mniej energii końcowej, nie więcej.

Szczegóły sektorowe mają znaczenie dla modelowania baterii. Samochody elektryczne zamieniają około 80 procent energii na ruch, a benzynowe około 20 procent, więc zapotrzebowanie na auta i vany po transformacji to około jedna czwarta dzisiejszego. Przyjęto, że połowa dystansu ciężarówek będzie elektryczna, a resztę pokryje wodór. Autobusy są zelektryfikowane w 80 procentach. Lotnictwo tylko w jednej trzeciej, a transport morski w 10 procentach. Budynki są niemal w pełni zelektryfikowane, a 90 procent ogrzewania pomieszczeń w modelu obsługują pompy ciepła.

Ritchie zaznacza, że model jest uproszczony i prawdopodobnie zaniża oszczędności. Zakłada brak wzrostu efektywności poza elektryfikacją i wodorem, pomija wzrost zużycia energii wraz z rozwojem krajów i przypisuje każdy niezelektryfikowany sektor do wodoru. Czytelnicy mogą, jej zdaniem, zamienić go na biopaliwa w lotnictwie, nie zmieniając wniosku.

Niemcy ich kształcą, a potem patrzą, jak wyjeżdżają

VDE, jedna z największych organizacji technologicznych w Europie, opublikowała 21 września dane. Wynika z nich, że liczba zagranicznych studentów pierwszego semestru elektrotechniki i technologii informacyjnych na niemieckich uczelniach mniej więcej się podwoiła w ciągu 20 lat, a od 2022 roku stanowią oni ponad połowę wszystkich studentów pierwszego roku. Każde euro zainwestowane w kształcenie zagranicznego studenta generuje około 16 euro wartości dodanej, szacuje stowarzyszenie.

Potem wyjeżdżają. VDE podaje, że mniej niż połowa zagranicznych studentów jest dostępna na niemieckim rynku pracy po dyplomie, a 55,5 procent zagranicznych absolwentów studiów magisterskich, czyli nieco ponad jedna trzecia wszystkich absolwentów, opuszcza kraj. Studenci z Niemiec wypadają o około 7 punktów procentowych lepiej niż ich zagraniczni rówieśnicy.

Michael Schanz, kierujący komitetem VDE odpowiedzialnym za te obliczenia, powiedział, że liczby pokazują atrakcyjność studiowania elektrotechniki w Niemczech. Kira Kastell, przewodnicząca komitetu VDE ds. studiów, wskazała na język, kulturę i porównywalność akademicką jako przeszkody. Thomas Hegger, konsultant HR i wiceprzewodniczący komitetu, zaproponował więcej coachingu, pomocy językowej i przejrzystych stypendiów. Jako sposób finansowania wsparcia podał model Badenii-Wirtembergii, gdzie studenci spoza UE płacą czesne pokrywające około jednej trzeciej kosztów. Schanz zauważył też, że niektóre kraje celowo wysyłają stypendystów za granicę, żeby zdobyć wyniki badań i technologie.

Bateria, którą można połknąć

Chemical & Engineering News poinformowało 28 września o baterii, która działa w żołądku świni przez trzy dni, a potem się rozkłada. Papierowa katoda jest z nanofibry celulozy, trójtlenku molibdenu i węgla aktywnego; anodę tworzy stop magnezu; elektrolit to biodegradowalna ciecz jonowa powstała ze stopienia chlorku choliny i kwasu mlekowego; stos zalewa wosk pszczeli. Praca ukazała się w Nature Chemical Engineering.

Giovanni Traverso, inżynier mechanik z MIT, powiedział, że zespół zainspirował się jadalnym papierem ryżowym, w który zawija się azjatyckie cukierki. Bateria wprowadzona endoskopem zasilała tag RFID i urządzenie do stymulacji elektrycznej, które wywołało uwolnienie hormonu głodu. Napięcie spadło z 1,84 V, nieco powyżej standardowego ogniwa AA, do 1,45 V w ciągu 72 godzin. Obrazowanie pokazało, że molibdenowa antena i bateria rozpadają się na fragmenty w ciągu tygodni; niewchłanialny chip RFID przeszedł naturalnie, a urządzenie uległo degradacji w ciągu kilku miesięcy.

Yasser Khan, inżynier elektryk i informatyk z University of Southern California, który nie brał udziału w badaniu, nazwał zasilanie elektroniki wewnątrz ciała jednym z największych wyzwań tej dziedziny, a samą baterię ważnym krokiem. Postawił też poprzeczkę dla użycia u ludzi: rozległe testy biokompatybilności, jasny obraz tego, na co rozkłada się bateria, ile ciało wchłania i czy cokolwiek z tego szkodzi jelitom, zwłaszcza przy wielokrotnym połykaniu. Traverso powiedział, że grubość warstw i kapsułkowanie można tak dostroić, żeby ogniwa działały od dni do tygodni.

Co naprawdę sprzedaje przemysł samochodowy

Zestawienie czterech historii spoza motoryzacji z nagłówkami o samochodach pokazuje wzorzec. Pojazd staje się jedną z wielu baterii. Konkuruje o te same usługi sieciowe, tę samą infrastrukturę ładowania i tę samą chemię litu co dom w Vermoncie czy ładowarka w Auckland.

To zmienia pytania, które warto zadawać. Nie o to, jak duży jest pakiet, ale o to, kto kontroluje, kiedy się rozładowuje, kto płaci za instalację, co dzieje się z gwarancją i czy oprogramowanie sterujące tysiącami pakietów jest tak niezawodne jak sprzęt, który zastępuje. Odpowiedzią Vermontu, według BBC, jest dzierżawa i zakład energetyczny, który traktuje flotę jak elektrownię. Odpowiedź Auckland wciąż jest testowana. Delhi, po ćwierćwieczu, najpierw naprawiło kable.