TYÖPAPERI
Taustatilanteesta
- Akkuteknologian kehitys on keskeistä ilmastotavoitteiden saavuttamisessa ja uusiutuvan energian varastoinnin parantamisessa. Sekä auringolla että tuulella voidaan tuottaa edullisesti sähköä; molempien tuotanto vaihtelee suuresti, joten tarvitaan teknologiaa, jolla sähkö on käytettävissä silloin kun sille on kysyntää. Pitemmän päälle tämä tekniikka johtaa siihen, että sähkön kuluttajahinnan vaihteluväli kapenee. Akkujen käyttö kulutuksen aikasiirtoon tulee kannattavaksi, milloin kilowattitunnin pörssihintojen ero päivän ja yön välillä on vähintään 0,1 euroa. (Kirjoitettaessa tällaisen 4 kWh:n perusakun hinta oli 3400 USD)
- vetyä on kannattavaa tuottaa sähkön avulla käyttöä varteen, mutta muunnossa energiasisältö vähenee 20-40 prosenttia, ja kuljetus ja varastointi saattavat pudottaa sitä lisäksi kolmasosalla
- akkutekniikassa on nähtävissä erilaisia kehityssuuntia. On selvä, että nykytekniikka on välivaihe, josta otetaan askelia eri suuntiin verrattain nopeasti. Hinta, materiaalien saatavuus ja ympäristövaikutukset ohjaavat osaltaan kehitystä. Esimerkiksi näitä on tutkimuksen kohteina:
- Kiinteän olomuodon akut (Solid State Batteries): Näiden akkujen odotetaan parantavan energiatiheyttä ja turvallisuutta, koska ne eivät sisällä syttyviä nesteitä. Tämä voi mahdollistaa esimerkiksi sähköautojen pidemmän toimintasäteen.
- Natriumioniakut: Näitä kehitetään vaihtoehdoksi litiumioniakuille, erityisesti suurten energiavarastojen tarpeisiin.
- Uudet katodimateriaalit: Kehitetään materiaaleja, jotka eivät vaadi harvinaisia metalleja, kuten kobolttia tai nikkeliä. Esimerkiksi litiumrautafosfaattiakut sisältävät rautaa katodimateriaalina. Ne ovat turvallisia, kestäviä ja kustannustehokkaita, ja niitä käytetään esimerkiksi sähköajoneuvoissa.
- Nesteioniakut: Vanadiinipentoksidiakku on eräänlainen litiumioniakku, jossa käytetään vanadiinipentoksidia (V₂O₅) katodimateriaalina. Tämä tarjoaa korkean energiatiheyden ja hyvän suorituskyvyn. Akku varastoi energiaa kemiallisessa muodossa, mikä tarjoaa hyvän laajennettavuuden.
- Alumiini-ioniakut: Nämä ovat uusi akkuteknologia, jossa alumiinia hyödynnetään elektrolyytissä tai elektrodeissa. Alumiini on halpaa, kevyttä ja ympäristöystävällistä, mikä tekee siitä lupaavan materiaalin akkujen valmistukseen.
- Hybridiratkaisut: Joissakin akkuteknologioissa tutkitaan mahdollisuuksia yhdistää alumiinia ja rautaa, sillä molemmat materiaalit ovat runsaita ja edullisia.
- Puupohjaiset akut: Suomessa tutkitaan mahdollisuuksia hyödyntää metsäteollisuuden sivutuotteita (ligniiniä) akkujen valmistuksessa, mikä voisi olla kestävä ja paikallinen ratkaisu.
- Sähköautot ovat keskeinen uusi sähkön kulutuskohde. Sähköautojen akut saatetaan pystyä lataamaan alle kymmenessä minuutissa, ja lataus voi riittää tuhannen kilometrin ajoon. Latausvirta tulee tällöin yleensä saada toisesta akustosta, koska verkon siirtokapasiteetti ei riitä. Taloyhtiöissä yön aikana tapahtuvassa latauksessa riittää hitaampi lataus; keskimääräinen päiväkulutus voidaan kattaa samalla laturilla kahdeksassa autossa (samaan laturiin voidaan yhdistää näin monta autoa)
- Sähköä voidaan varastoida myös potentiaali-, kineettisenä ja lämpöenergiana. Sähköllä voidaan nostaa kuormia, jotka laskeutuessaan generoivat sähköä. Sähköllä voidaan kiihdyttää raskasta vauhtipyörää, joka sitten pyörittää generaattoria hidastuessaan
Ennakointia
- sähköautojen akut otetaan Suomessakin osaksi jakeluverkostoa, jolloin niistä voidaan ottaa virtaa tasaamaan kulutuksen vaihtelua ja osittain aikasiirtoonkin (yöllä ladattua sähköä päivän kulutukseen) (Kaksisuuntainen lataus V2G). Omistajalle tämä tuottaa tuloa
- asuinrakennusten yhteyteen tulee akkuja tasaamaan vuorokauden kulutuseroja ja hyödyntämään halvempaa yösähköä. Nämä voidaan rakentaa painosta ja tilavuudesta välittämättä.
- laki estää päällekkäisten jakeluverkkojen rakentamisen. Ei kuitenkaan ole yleistä intressiä estää paikallisten keskinäisten tuotanto- ja jakelujärjestelyjen syntymistä; se parantaa myös resilienssiä, joten lainsäädäntöä muutetaan tältä osin
Jouni J Särkijärvi 