Energiantuotannossa siirrytään koko ajan enemmän uusiutuviin lähteisiin. Yksi iso ongelma yhtälössä on edelleen: energian varastointi. Nyt Massachusetts Institute of Technologyn tutkijat ovat kehittäneet ongelmaan ratkaisun, joka perustuu nestemäisen piin käyttöön.
MIT:n tutkijoiden konseptissa aurinko- tai tuulivoimalan tuottama energia varastoidaan jättimäisiin nestemäistä piitä sisältäviin säiliöihin. Tutkijoiden mukaan ratkaisu olisi merkittävästi edullisempi kuin sähköenergian varastointi litiumioniakustoihin. Ratkaisu oli myös puolta halvempi kuin vesivoiman käyttö varastointiin.
Uusiutuvien energianlähteiden ongelma tällä hetkellä on se, että sen tueksi tarvitaan fossiilisiin polttoaineisiin perustuvia turbiineja. Muuten ei voida taata jatkuvaa energiansyöttöä verkkoon. MIT:n mekaniikkasuunnittelun professori Asegun Henryn mukaan nestemäinen pii voi ratkaista tämän suurimman haasteen uusiutumattomien energianlähteiden käytössä.
Henryn tiimeineen kehittämä ratkaisu on esitelty Energy and Environmental Science -tiedelehdessä. Toisin kuin perinteisessä aurinkopaneelifarmissa, jossa valo muunnetaan suoraan sähköksi, MIT:n ratkaisussa lähdettiin liikkeelle menetelmästä, jossa valo keskitetään suurilla peileillä ja muunnetaan lämmöksi. Lämmön varastointi on paljon edullisempaa kuin sähkön varastointi.
Auringon lämpö varastoidaan suuriin sulaa suolaa sisältäviin tankkeihin, jotka lämmitetään noin tuhanteen Fahrenheitiin eli yli 500 Celsius-asteeseen. Kun tarvitaan sähköä, kuumaa suolaa pumpataan mekanismin läpi, joka muuntaa kuumuuden höyryksi. Tämä hyödy muunnetaan turbiinissa sähköksi.
Menetelmä on ollut valmis jo pidemmän aikaa, mutta aiemmin ei ajateltu että sen kustannus voisi kilpailla luonnonkaasun kanssa. Mikäli suolaa lämmitetään paljon nykylämpötiloja kuumemmaksi, suola syövyttäisi varastointiin käytetyt ruostumattomasta teräksestä valmistetut säiliöt. Siksi tutkijat etsivät ainetta, joka voitaisiin varastoida paljon kuumemmassa.
Lopulta suolan tilalle löytyi pii, joka kestää yli 2000 asteen lämpötiloja. Viime vuonna MIT:n tiimi kehitti pumpun, joka kestää näin kovia lämpötiloja ja jonka avulla nestemäistä piitä voitaisiin pumpata järjestelmän läpi. Pumpun lämmönkestävyys on itse asiassa noteerattu jopa Guinessin ennätyskirjassa.
Innovaatioiden myötä tutkijat saivat valmiiksi konseptin, jota he kutsuvat nimell TEGS-MPV (Thermal Energy Grid Storage-Multi-Junction Photovoltaics). Siinä mikä tahansa uusiutuva energia muunnetaan lämpöenergiaksi joulelämmittämisen avulla: siinä sähkövirta johdetaan lämmityselementin läpi. Järjestelmä voidaan liittää nykyisiin uusiutuvien energiamuotojen tuottojärjestelmiin. Iso muutos aiempaa on se, että esimerkiksi aurinkoenergiaa voisi käyttää asuntojen sähköntuotantoon myös silloin, kun aurinko ei paista.
Järjestelmä koostuu suuresta, vankasti eristetystä ja halkaisijaltaan 10-metrisestä grafiittitankista, joka olisi täytetty nestemäisellä piillä, jota säilytettäisiin reilun 1900 asteen lämpötilassa. Tämä ”kylmä” tankki on liitetty kuumempaan tankkiin lämmityselementteihin liitetyillä putkilla. Kun sähköä siirretään tankkiin, tämä energia muunnetaan lämmöksi lämmityselementtien avulla. Samaan aikaan nestemäistä piitä pumpataan kuumaan tankkiin lämmityselementtien läpi, jonka jälkeen lämpöenergiaa varastoidaan tankissa 4300 Fahrenheitin eli lähes 2400 asteen lämpötilassa.
Kun sähköä tarvitaan, nestemäinen valkoisena hohtama pii pumpataan valoa säteilevien putkien läpi. Tämä valo muunnetaan erikoisvalmisteisilla aurinkokennoilla sähköksi, joka voidaan syöttää kaupungin sähköverkkoon. Viilentynyt nestemäinen pii voidaan pumpata takaisiin ”kylmään” tankkiin odottamaan seuraavaa varastointijaksoa. Näin nestemäinen pii toimii ikään kuin suurena uudelleenladattavana akkuna.
MIT:n tutkijat kutsuvat konseptiaan lempinimellä ”aurinko laatikossa” (sun in a box).
Litiumioniakkujen suorituskyky ja käyttöikä eivät riipu pelkästään itse kennosta, vaan ratkaisevassa roolissa on myös laturi. Väärä lataus voi heikentää kapasiteettia, lyhentää elinikää tai pahimmillaan vaarantaa turvallisuuden. Oikein valittu laturi ja latausstrategia taas varmistavat, että akku toimii luotettavasti vuodesta toiseen – ja jopa kymmeniä prosentteja pidempään.
