Kan sand vara nästa litium? (2023)

Användningen av sand, salt, värme, luft och andra element som energibanker går tillbaka århundraden. Väggarna i forntida egyptiska hem fångade solvärme under dagen och släppte ut den under svala ökennätter. Ursprungsbefolkningar över hela Amerika uppskattade adobe - en sammansättning av jord, vatten och andra organiska material som halm eller dynga - som ett föredraget konstruktionsmaterial för dess förmåga att göra detsamma.

För moderna civilisationer vars industriella utveckling har drivits av förbränning av fossila bränslen, erbjuder dessa material en revolutionerande premiss: "Ingenting bränns", säger Tommi Eronen, vd för Polar Night Energy, en finsk start-up som driver världens första reklamfilm. -sandbatteri.

Naturliga batterier är avsedda att göra det möjligt för länder att dra nytta av fantastiska leveranser som kommer från vindkraftverk och solpaneler, när solen inte skiner och vinden inte blåser. Priset på förnybar energi ligger fortfarande under kostnaden för fossila bränslen — särskilt efter en rysk bränsletillbakagång drev priserna över hela Europa till rekordhöga nivåer – men den gröna energirevolutionen står fortfarande inför en enorm hinder: brist på långsiktig, kostnadseffektiv förnybar lagring.

Vid Polar Night Energys anläggningar i staden Tammerfors och den närliggande staden Kankaanpää, rymmer stora stålkar högar av sand, uppvärmda till cirka 1 000 grader Fahrenheit. Den lagrade energin hjälper till att jämna ut spikar i elnätet och säkerhetskopiera fjärrvärmenät, vilket håller hem, kontor, bastur och simbassänger varma. Värmen fortsätter att flöda, även i avlägsna områden, även när de ryska fossila bränslena minskar.

"Sand har nästan inga gränser", sa Ville Kivioja, Polar Night Energys ledande forskare, och talade över det surrande ljudet av ämnet som cirkulerar. "Och det finns överallt."

Sensorerna och ventilerna som övervakar sandbatteriets prestanda är relativt högteknologiska, sa Kivioja, men till sin design är själva batteriet enkelt.

Sanden transporteras in var som helst i närheten – till exempel en riven byggarbetsplats eller sanddyner – och kostar mindre än en euro per ton. Det dumpas i ett gigantiskt kar, eller "batteri", som konsekvent hålls varmt eller "laddat".

Den förnybara energin från solpaneler och vindkraftverk omvandlas till värme av en motståndsvärmare, som även värmer luften som virvlar genom sanden. En fläkt cirkulerar värmeflödet kontinuerligt tills den är klar att användas. Som ett stenblock i solen förblir sanden varm även efter solnedgången - förutom till skillnad från stenblocket blir sanden aldrig kall eftersom den är isolerad av det enorma karet. Även när batterinivån är låg förblir temperaturen över 200 grader Fahrenheit; när den är full kan den överstiga 1 000 grader.

Sanden kan hålla på strömmen i veckor eller månader åt gången - en klar fördel gentemot litiumjonbatteriet, jätten på dagens batterimarknad, som vanligtvis bara kan hålla energi i ett antal timmar.

Till skillnad från fossila bränslen, som enkelt kan transporteras och lagras, fluktuerar sol- och vindförsörjningen. De flesta avförnybar kraftsom inte används omedelbart försvinner.

Lösningen är lagringsinnovation, är många branschexperter överens om. Förutom deras begränsade kapacitet, litiumjon batterier, som används för att driva allt från mobiltelefoner till bärbara datorer till elfordon, tenderar att blekna vid varje laddning och är mycket brandfarliga, vilket resulterar i ett växande antal dödligabränderöver hela världen.

Utvinningen av kobolt, det lukrativa råmaterialet som används i litiumjonbatterier, är också beroende avbarnarbete.FN-organ har uppskattat att 40 000 pojkar och flickor arbetar i branschen, med få säkerhetsåtgärder och ynka ersättningar.

Så investerare är nuhälla pengarin i ännu större batterisatsningar. Mer än 900 miljoner dollar har investerats i ren lagringsteknik sedan 2021, upp från 360 miljoner dollar året innan,enligt Long Duration Energy Storage Council, en organisation som startades efter det årets FN:s klimatkonferens för att övervaka världens avkolning. Gruppen förutspår att år 2040, storskalig, Investeringar i lagring av förnybar energi kan nå 3 biljoner dollar.

Det inkluderar ansträngningar att förvandla naturmaterial till batterier. En gång obskyra nystartade företag, som experimenterar med en gång ödmjuka råvaror, får plötsligt miljoner i statlig och privat finansiering. Där finns multimegawattenCO2 batteripå Sardinien, abergbaserat lagringssystemi Toscana och enschweiziskt företagsom flyttar massiva tegelstenar längs en 230 fot hög byggnad för att lagra och generera förnybar energi. En dansk batteristart, som lagrar energi frånsmält salt, skissar upp planer på att installera kraftverk i nedlagda kolgruvor över tre kontinenter.

"På sätt och vis är det här några av de äldsta teknikerna vi har", säger Kurt Engelbrecht, en docent som specialiserar sig på energilagring vid det danska tekniska universitetet.

Han och hans kollegor har länge förespråkat nationella avkolningsprogram för att integrera enkla, naturligt baserade lagringslösningar, han sa,men rena batterier började få verklig uppmärksamhet på marknaden först som ett resultat av de senaste årens energikriser.

Kriget i Ukraina och den efterföljande politiska krisen över rysk olje- och gasexport var den sista "vändpunkten", sa Engelbrecht.

Naturliga batterier kommer att hjälpa förnybara energikällor att förmörka fossila bränslen och befria länder från geopolitiska utmaningar, såsom Rysslands Ukraina-invasion, säger Claudio Spadacini, grundare av det italienska företaget Energy Dome. Företaget har övervägt att sälja en version av sitt CO2-baserade batteri till kunder i USA.

"Förnybar energi är demokratiskt", sa han. "Solen skiner överallt och vinden blåser överallt, och om vi kan utnyttja dessa källor lokalt, med hjälp av komponenter som redan finns, kommer det att vara den saknade pusselbiten."

Men för att lyckas måste naturliga batterier ge samma sorts jämn kraft som fossila bränslen, i stor skala. Om det kan uppnås återstår att se, säger energiexperter.

Och industrin kan vara föremål för samma fallgropar som skymtar över sektorn för förnybar energi i stort: ​​projekt kommer att behöva konstrueras från grunden, och de kanske bara antas i utvecklade länder som har råd med sådana experiment.

Lovschall-Jensen, VD för ett danskt smältsaltbaserat lagringsföretag som heter Hyme, säger att utmaningen kommer att vara att upprätthålla samma standarder som den moderna världen har vant sig vid: att ta emot ström, på begäran, med en knapptryckning . Han tror att naturliga batterier, även om de fortfarande är i sin linda, kan tjäna det målet.

"Som ett samhälle som går bort från fossila bränslen behöver vi fortfarande något som är lika flexibelt", sa han. "Det finns egentligen inget annat alternativ."