Onko termokemiallinen kierto halpa, suuri ja kestävä energiavarasto?

Uusiutuvan itse tuotetun energian kustannukset laskevat jatkuvasti, mutta varastointitekniikka junnaa käytännössä paikallaan.

Isoilla, kalleilla, saastuttavilla ja kierrätyskelvottomilla litium-ioniakuilla ei näitä ongelmia voida ratkaista, ja niiden taloudellinen tuotanto on myös ironisesti riippuvainen fossiilisista polttoaineista ja epäinhimillisesti tuotetuista resursseista (ei niin paljoa kaikilla Li-ioni kemioilla).

Mutta mitä jos nämä ongelmat olisivat ratkaistavissa huomattavasti yksinkertaisimmilla tekniikoilla?

On olemassa endotermisiä, energiaa varastoivia reaktioita, ja eksotermisiä, energiaa vapauttavia reaktioita, ja aineita joilla nämä reaktiot saadaan tapahtumaan myös käänteisesti lämmön avulla: termokemiallinen kierto. Termokemiallisessa kierrossa ei varastoinnin aikana ole lainkaan lämpöhäviöitä, mutta haittapuolena sähkökin pitää varastoida lämpönä ja vapauttaa lämpövoimakoneen avulla. Se ei kuitenkaan tee termisestä sähkönkään energiavarastosta kelvotonta, kuten Gemasolar-voimalaitos Espanjassa kertoo. Jos termokemiallisen energiavaraston hyötyuhde vaikkapa aurinkosähköstä lämmöksi olisi puolet, olisi mahdollista korvata 10 neliömetrin aurinkopaneelilla 2000 neliömetrin metsän vuotuinen energiantuotanto polttopuun muodossa, olettaen että metsän hyötysuhde on 1/400 aurinkosähkön hyötysuhteesta. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610214005505

Muutama näistä reaktioista voidaan toteuttaa helposti saatavilla olevilla materiaaleilla, mutta älkää kokeilko näitä itse, en ole vastuussa tuloksista. Nämä kemikaalit ovat suhteellisen vaarallisia (tulipalo, syöpyminen ja muuta...):

Esimerkki 1: Kalsiumoksidi reagoi veden kanssa vapauttaen lämpöä. 1 kg vettä reagoi 3.1 kg kalsiumoksidia kanssa, vapauttaen lämpöä 3,54 MJ, eli 983 Wh. Kalsiumoksidi muuttuu tässä raktiossa kalsiumhydroksidiksi (ja turpoaa), mikä voidaan aurinkoenergian tai muun uusiutivan energian avulla lämmittää noin 800 °C, lämpötilaan, mikä vapauttaa veden ja muodostaa jälleen kalsiumoksidia. Aurinkoenergian keräämiseen ei tarvita aurinkopaneelia, vaan esimerkiksi auringonvalon kohdistus yhteen pisteeseen useilla peileillä riittää. Energiatiheys on siis noin 250 Wh/kg reagentteja. Tämän reaktion lämpö voidaan vapauttaa myös jopa yli 300 °C lämpötilassa, mikä mahdollistaisi kohtuullisen hyötysuhteen lämpövoimakoneen käytön sähkön tuottamiseen.

Esimerkki 2, mikä ei ole täysin termokemiallinen: Natriummetalli reagoi veden kanssa (reaktio on hyvin voimakas, varsinkin ilmassa, älä missään tapauksessa kokeile itse) muodostaen natriumhydroksidia, vetyä ja lämpöä. Lämpöenergia voidaan käyttää lämmitykseen ja vedyllä voidaan käyttää vaikkapa perinteistä polttomoottoria, kuten tällä videolla tehdään, tosin vetyä vapauttaa veden kanssa reagoiva alumiini, jonka oksidikerros ollaan poistettu natriumhydroksidiliuoksella. https://www.youtube.com/watch?v=7gWxZ2gC-Rc&t=361s

Natrium voidaan palauttaa Castnerin prosessilla takaisin natriummetalliksi uusiutuvalla energialla, tämän videon perusteella onnistuu kotonakin. https://www.youtube.com/watch?v=UlESFXZPTDg

Ongelmana on kuitenkin sähkön varastointi tällä prosessilla, ja saatavilla olevien lämpövoimakoneiden hyötysuhde, mitä tosin kompensoi se, että niitä käytetään off-grid järjestelmissä yleensä talvisin, jolloin hukkalämpö menee lämmitykseen. Lämpövoimakoneista esimerkkejä on TEG, höyrykone, stirlingmoottori ja polttomoottori, joista kolme ensimmäistä sopisivat termokemiallisen energian muuntamiseen sähköksi. Osa näistä on myös rakennettavissa kotona, ja internet on tietty täynnä vinkkejä. Ja niiden rakentaminen voi tietysti olla vaarallista ja tietyissä tapauksissa (ainakin höyrykattila) laitontakin.