Se kuulostaa lähes liian hyvältä ollakseen totta. Jo lähitulevaisuudessa on kuitenkin mahdollista ladata auringosta ja tuulesta saatua sähköä puuakkuihin. Norrköpingissä toimiva Ligna Energy on kehittänyt ratkaisun, joka on sekä ympäristöystävällinen että skaalautuva.
Suuri osa Ruotsin metsien puista käytetään sellun raaka-aineena. Tätä puuta sanotaan kuitupuuksi, ja se koostuu noin 65-prosenttisesti selluloosasta ja lähes 30-prosenttisesti ligniinistä. Selluloosaa selluun tarvitaankin, mutta ligniini on saatava pois. Näin ollen yli jää runsaasti ligniiniä, jota voidaan käyttää biopolttoaineena. Se on kuitenkin myös yksi Ligna Energyn akkujen pääkomponenteista.
"Akkukennoissamme ainutlaatuista on itse materiaalivalinta. Olemme onnistuneet löytämään yhdistelmän, joka perustuu metsästä saatavaan ja orgaaniseen materiaaliin sekä vesipohjaiseen elektrolyyttiin", Ligna Energyn toimitusjohtaja Peter Ringstad kertoo.
Näyttää tavalliselta akulta
Itse akun kennon rakenteessa sen sijaan ei ole mitään erikoista. Sellun valmistusjäämistä tehty akku näyttää tuiki tavalliselta sylinteriakulta. Tarkoitus on pystyä hyödyntämään valmistuksessa nykyistä tuotantoinfrastruktuuria.
"Voisi sanoa, että ainesosat ja kakun resepti ovat ainutlaatuisia, mutta uuni ja kakkuvuoka eivät. Haluammehan pystyä käynnistämään suuren mittakaavan tuotannon nopeasti ja helposti", Peter Ringstad kertoo.
Lataustoimintokaan ei ole poikkeuksellinen, sillä litiumioniakkuihin voi varastoida sähköä jo nyt. Yleensä tällaiset akut eivät kuitenkaan ole ympäristöystävällisiä saati turvallisia.
"Litiumteknologian ongelmana on, että materiaali on räjähdysaltista ja palonarkaa, ja mahdollisesti syttyvä tulipalo on erittäin vaikea sammuttaa. Meidän akussamme ei ole tällaisia häiritseviä syttymisominaisuuksia, vaan periaatteessa se on kuin märkä puupalikka", Peter Ringstad selittää.
Pilottiprojekti muutaman vuoden kuluessa
Puusta valmistettujen akkukennojen ajankohtaisuudesta ei ole epäilystäkään, ottaen huomion energian kasvavan varastointitarpeen. Ligna Energyn tavoitteena on siirtyä vuonna 2021 tämänhetkisestä yksittäiskappaleiden valmistuksesta hieman suurempien akkuyksiköiden valmistukseen esittelytarkoituksessa. Peter Ringstad toivoo sen johtavan investointeihin, jotka mahdollistavat akkuyksiköiden pilottituotannon aurinkokennoilla varustettuihin vuokrakiinteistöihin.
"Haluaisimme päästä testaamaan käyttöä vuokrakiinteistöissä vuonna 2023. Sitten tarvitaan vielä ehkä kolme–neljä vuotta, jotta voimme toimittaa konttivarastointiratkaisuja suuriin aurinko- ja tuulivoimapuistoihin."
Toiminnan skaalautumisen nopeus riippuu suurimmaksi osaksi taloudellisista tekijöistä. On rakennettava täysin uusi tehdas, vaikka itse tuotantolaitteisto voidaankin perustaa jo olemassa oleviin koneisiin ja teknologiaan.
Vihreän aurinko- ja tuulisähkön osuus kasvaa Ruotsissa ja maailmalla. Kehitys on myönteinen, mutta siihen liittyy haasteita, koska moni energiamuoto tarjoaa energiaa epätasaisesti. Onnistunut siirtymä uusiutuvaan energiaan edellyttää turvallisia, edullisia, ympäristöystävällisiä ja kooltaan joustavia varastointiratkaisuja.
"Kaikkien näiden energialähteiden pienten saatavuusvaihtelujen summa luo puolestaan taajuusvaihtelua sähköverkkoon. Akkujen muodostaman energiavaraston avulla voidaan poistaa taajuushäiriöt ja tasapainottaa järjestelmä", Peter Ringstad sanoo.
Raaka-ainetta riittää
Ligniini on selluloosan jälkeen suurin uusiutuva hiilen lähde. "Näin ollen akkumateriaalista ei pitäisi tulla puutetta", Peter Ringstad arvioi.
Maltillisesti arvioituna energian varastointi lisääntyy maailmassa noin 30 GWh vuodessa. Jotta tuosta energiasta voitaisiin varastoida 10 prosenttia, elektrodimateriaalia pitäisi tuottaa noin 100 000 tonnia. Se vastaa suunnilleen yhden paperikoneen vuosituotannon sivutuotteena syntyvän ligniinin määrää. Raaka-ainetta on siis runsaasti.
Näin ”puuakut” toimivat
Akkukenno varastoi sähkövarauksen. Se ladataan tuottamalla sähköenergiaa, varausta ylläpidetään sähkökemiallisesti ja varaus puretaan sähkökuormituksella. Tämän prosessin aikana elektronit ja ionit vaihtavat paikkaa. Tietyt materiaalit pystyvät ottamaan vastaan tai luovuttamaan elektroneja, kun ne upotetaan elektrolyyttiin.
Ligna Energyn kanssa yhteistyötä tekevä tutkijaryhmä on selvittänyt, miten ligniiniä ja hiiltä voidaan yhdistää siten, että saadaan oikeat sähkökemialliset ominaisuudet positiivisessa elektrodissa. Ligniinin kemiallinen rakenne soveltuu niin sanottuihin hapetus-pelkistysprosesseihin.
Ligna Energy on myös kehittänyt vesipohjaisen elektrolyytin, joka toimii hyvin ionien kuljetuksessa. Niin saadaan maailman ensimmäinen ”puuakku”.
