CO₂ jako baterie: Energy Dome přináší alternativu v ukládání elektřiny

Společnost Google se v roce 2021 zavázala k dosažení uhlíkové neutrality do konce dekády. Klíčovou podmínkou pro splnění tohoto cíle je zabezpečení dostatku čisté energie pro napájení firemních datacenter. Zatím se to příliš nedaří ‒ emise Googlu za uplynulých 5 let nejen že neklesly, ale vzrostly o 65 procent. Důvodem je výrazné zvýšení spotřeby, které bude do budoucna dále umocněno vzestupem umělé inteligence.

Z tohoto důvodu Google investuje do rozvoje alternativních technologií, které by mohly pomoci dosavadní trend obrátit. Patří mezi ně například rozvoj geotermální, nebo dokonce fúzní energie. Opomíjeny nejsou ani tradiční obnovitelné zdroje energie (OZE), přičemž důraz je kladen na odstranění jejich hlavní nevýhody, kterou představuje proměnlivá výroba v čase.

Jednou z takto podpořených firem je italská společnost Energy Dome, která se zabývá ukládáním energie do oxidu uhličitého (CO₂).

Při nabíjení dochází pomocí kompresoru ke stlačení uloženého plynného CO₂ na přibližně 7 MPa (70 atmosfér), což vede k jeho ohřátí na cca 400 °C. Vzniklé teplo je následně odevzdáno v tepelném výměníku, což stačí k tomu, aby došlo ke zkapalnění pracovního média. Zkapalněný CO₂ je poté skladován v tlakových lahvích za běžné teploty po libovolně dlouhou dobu, aniž by vyžadoval intenzivní chlazení tak, jako je tomu u podobných systémů pracujících se zkapalněným vzduchem nebo dusíkem.

Vybíjení probíhá tak, že zkapalněný CO₂ je hnán zpět přes tepelný výměník, přičemž dochází k jeho ohřevu a přechodu zpátky do plynného stavu. To je spojeno s prudkým nárůstem tlaku ‒ při přechodu z kapalného do plynného stavu dochází k několikasetnásobnému zvětšení objemu CO₂. Energie získaná expanzí CO₂ je zužitkována pomocí plynové turbíny napojené na generátor. CO₂ na výstupu z turbíny je skladován za běžného tlaku ve flexibilním vaku situovaném uvnitř ochranné kupole.

Do 1 tuny CO₂ je tímto způsobem možné uložit přibližně 50 kWh energie. Deklarovaná účinnost se má díky tepelné rekuperaci v průběhu nabíjecího/vybíjecího cyklu pohybovat na úrovni kolem 75 procent.

Možných výhod této technologie je celá řada. S účinností na úrovni moderních přečerpávacích vodních elektráren má systém společnosti Energy Dome tu výhodu, že ho lze narozdíl od přečerpávacích elektráren umístit téměř kdekoliv.

V porovnání s dnes používanými bateriemi nevyžaduje cenné materiály jako je lithium, kobalt nebo prvky vzácných zemin. Systém Energy Dome je naopak postaven na kombinaci běžně dostupných materiálů a existujících technologií. Jeho výroba je tak možná prakticky ve všech průmyslově rozvinutých zemích bez rizika závislosti na dovozu strategických surovin.

Z těchto důvodů se má ukládání do CO₂ mimo jiné vyznačovat i relativně krátkou dobou výstavby. Ta by se podle údajů výrobce měla pohybovat kolem 15 měsíců. Výstavbu i přizpůsobení se požadavkům zákazníka by měla usnadňovat modulární konstrukce sestávající ze standardních výrobních bloků, které lze vzájemně kombinovat.

Uváděná životnost 30 a více let dosahuje několikanásobku životnosti současných baterií. Na rozdíl od nich navíc umožňuje téměř stoprocentní hloubku vybití, což zvyšuje jeho praktickou využitelnost. Velkou výhodou je skutečnost, že s ohledem na uspořádání využívající plynové turbíny se z principu jedná o tvrdý zdroj přispívající svojí setrvačností ke stabilitě elektrizační soustavy.

Důležitou otázkou je cena. Výrobce uvádí, že kapitálové náklady se mají pohybovat na úrovni 150–220 USD/kWh. To je sice stále o něco méně, než je současný průměr pro velká bateriová úložiště, s ohledem na vývoj a nasazení nových bateriových technologií ale ani to to nemusí do budoucna stačit pro konkurenceschopnost této technologie.

Ukládání do CO₂ má v porovnání bateriemi samozřejmě i své nevýhody. Mezi ně patří relativně velká územní stopa, kterou určuje velikost zásobníku na nestlačený CO₂. Stále zde také existuje riziko úniku pracovního média. CO₂ sice není jedovatý, ale ani dýchatelný. Jeho vysoké koncentrace způsobují únavu, ztrátu vědomí a následně smrt vlivem nedostatku kyslíku.

Vzhledem k tomu, že CO₂ je těžší než vzduch, může při nehodě zaplavit níže položená místa s tragickými následky (stačí vzpomenout havárii na jaderné elektrárně Jaslovské Bohunice A1 z ledna 1976). Toto riziko lze snížit vhodnou dispozicí úložiště tak, aby nedošlo například k ohrožení obydlených oblastí. Na druhou stranu s ohledem na vlastnosti CO₂ zde nehrozí výbuch jako v případě bioplynu nebo biometanu. Stejně tak je zde i nižší riziko požáru v porovnání s bateriovými úložišti.

První instalace společnosti Energy Dome byla realizována v roce 2022 u obce Ottana v italské Sardinii. S výkonem 2,5 MW a úložnou kapacitou 4 MWh se jedná o demonstrační jednotku, sloužící k ověření funkčnosti a provozních parametrů této technologie.

Ve stejné lokalitě pak byla zahájena výstavba úložiště s parametry 20 MW a 200 MWh, viz úvodní foto. S kapacitou postačující pro 10 hodin provozu na plný výkon posouvá toto řešení možnost nepřetržitého napájení pomocí fotovoltaiky v průběhu léta blíže realitě. V kombinaci s větrem nebo jinými OZE potom roste míra energetické autarkie v průběhu celého roku.

Pokud se toto řešení ukáže jako životaschopné lze očekávat jeho rozšíření i mimo oblast napájení datových center. Už dnes jeho dodavatel registruje zájem ze Spojených států nebo Indie a plánuje expanzi na australský trh.