Klimarealisme i medierne, Ny Teknologi

CO2-baseret energilagring

Man anser jo altid CO2 som den store skurk i hele klimasagen, men her er en idé til energilagring, hvor CO2-en faktisk er tiltænkt en nyttig rolle. Man kender allerede til energilagre baseret på trykluft. Med overskydende vind- eller solenergi komprimerer man luften til højt tryk og kan så senere slippe den løs igennem en turbine, hvor luftstrømmen vil få turbinen til at snurre, og en tilkoblet generator kan producere noget strøm. Der er to problemer med trykluftslagring, det ene er energitabet, som let kan komme op på 45 %. Det andet er, at man ender med et meget stort volumen af komprimeret luft, dvs. at lageret vil fylde meget og bliver dyrt. Her kunne man i stedet køle luften ned, så den bliver flydende, hvorved den fylder meget mindre, men man skal langt ned i temperatur, og det koster også megen energi. Det stiller også større krav til opbevaringsbeholderen, den skal være godt isoleret for at holde på kulden.

Her kommer så en ny idé ind i billedet. Hvorfor ikke bruge CO2 i stedet for luft, den kan gøres flydende ved stuetemperatur og moderate tryk. Det har et italiensk firma, Energydome, nu udviklet i pilotskala, og de har beskrevet processen i brede vendinger.

Anlægget består af en beholder til CO2, en kompressor, tanke til flydende CO2 og en turbine med tilkoblet generator. Fig. 1 viser processen, når man fylder energilageret op. Her tager man CO2 fra lageret, der er en stor plastikbeholder ved atmosfærisk tryk. CO2-en komprimeres af kompressoren (drevet af solceller eller vindmøller) og der tages varme ud af den, så den kan blive flydende. Varmen opbevares i et midlertidigt varmelager. Den nu flydende CO2 lagres i trykbeholderne.

Fig. 1: Oplagring af energi i CO2-lageret. CO2 tages fra plastikbeholderen (“DOME”) og komprimeres i kompressoren, hvorved den opvarmes og afgiver varmen til varmelageret (“TES”). Derefter køles den endeligt og bliver til flydende CO2.

På fig. 2 ser man, hvordan energien tappes ud af lageret. Med den oplagrede varme får man CO2-en sat på gasform igen, hvorved den har et stort tryk og kan drive turbinen og generatoren, der derefter sender strøm ud på nettet. CO2-en sendes over til plastikbeholderen, hvor den igen opbevares ved atmosfærisk tryk.

Fig. 2: Produktion af elektricitet fra lageret. Den flydende CO2 sendes gennem varmelageret, opvarmes og kommer på gasform, hvorefter den ved stort tryk driver turbinen og generatoren. Efter turbinen sendes CO2-en til plastiklageret, der ekspanderer i takt med tilførslen af CO2.

Energydome har opstillet en sammenligning mellem deres opfindelse og et trykluftlager, se tabel 1. Man ser at 1 kg CO2, der ved atmosfæretryk fylder ca. 0,55 m3 i flydende form ved 70 bars tryk kun vil fylde 1,3 liter. 1 m3 flydende CO2 skulle derefter kunne frigøre 66,7 kWh.

Tabel 1: Sammligning af nøgletal for hhv. CO2-lagringen og et almindeligt trykluftlager (“AA-CAES”)

Man kan jo regne ud, at 1 m3 flydende CO2 vil veje ca. 770 kg, der igen ved atmosfæretryk som en gas vil fylde 423 m3. Der er således en faktor godt 400 mellem gassen på flydende form og som luft. Det må man leve med, fordi hvis man forøger trykket væsentligt i den store lagerbeholder, vil det gå ud over energieffektiviteten.

Energydome hævder at effektiviteten vil ligge på 75 %, dvs. man får mindst 75 % tilbage af den energi vindmøllerne oprindeligt tilførte lageret. Det er noget dårligere end batterier, hvor man regner med op til 90 %, men bedre end f.eks. lagre med varme sten, der ligger nede omkring 50 % og også bedre end lagring med brint eller Power to X.

Fordelen ved lageret her er, at det i modsætning til batterier ikke kræver eksotiske materialer eller metaller, det meste kan fremstilles af almindeligt stål og plastik.

Prisen er selvfølgeligt stadigvæk meget usikker. De første anlæg forventes at koste omkring 200 US$ pr. kWh kapacitet, det er så uklart, om det er før eller efter tabet på de 25 %. Energydome håber dog på, at prisen kan komme længere ned, måske 50-60 dollars pr. kWh.

Man forestiller sig at bygge anlæggene i moduler, f.eks. 25 eller 50 MW effekt og en lagerkapacitet på 100 eller 200 kWh. Hvis lageret dog skal have nogen værdi i en reel strømforsyning, skal man nok op i en større kapacitet pr. MW effekt. Ellers vil det løbe tør for hurtigt, hvis f.eks. det skal bruges som backup natten over til et solcelleanlæg. 

Pilotanlægget, der er under bygning, vil have 2,5 MW effekt og kun 4 MWh kapacitet. Man håber dog på inden udgangen af 2023 at have bygget et større anlæg, 20 MW og 200 MWh. Udstyret til det anlæg skulle efter sigende koste 11 millioner US$, men det beløb kan åbenlyst ikke dække hele investeringen.

Pilotskala-anlægget

Teknologiens to svage punkter ser umiddelbart ud til at være varmelageret og plastikbeholderen til CO2.

Varmelageret er nødvendigt for at holde en fornuftig effektivitet. Det er ikke så simpelt bare at lagre store mængder varme og trække dem ud igen, en løsning kunne være et stenlager, som man ellers har talt om til elektricitetslagring. Stenlageret kunne man varme op til høje temperaturer, så det ikke behøver at være så stort. I andre løsninger har man talt om at bruge ekstra (sol-)energi eller endda naturgas til fordampningen af CO2-en, men det vil gå hårdt ud over hele energilagerets effektivitet.

Plastikbeholderen til lagring af CO2 ved atmosfæretryk skal udformes, så volumenet passer til mængden af CO2, dvs. det skal være en slags bælg. Det er, fordi man for enhver pris ikke vil have anden luft end CO2 ind i systemet, fordi kapaciteten af tryktankene ellers vil falde drastisk. Det stiller så omvendt store krav til tætheden af hele systemet og især den store fleksible plastikbeholder. I praksis vil man nok operere med et let overtryk af CO2 i beholderen, netop for at undgå, at luft finder vej ind. Men overtrykket skal holdes lavt, for ikke at fordyre løsningen med plastikbeholderen.

Plastikbeholderen

Er CO2-lagrene så den forjættede løsning på den grønne omstilling? Med ovennævnte tal kan vi beregne, at hvis 1 m3 flydende CO2 kan lagre 66,7 kWh, så vil en MWh kræve 15 m3 tryktank. Samtidigt vil lageret til luftformig CO2 fylde 6.300 m3. Et anlæg med en lagerkapacitet på 200 MWh vil derfor skulle bruge et CO2-lager på 1.260.000 m3. Det svarer til rumfanget af 2 pænt store fodboldstadier med tilskuerpladser og det hele.

200 MWh ville dække Danmarks gennemsnitlige strømforbrug i 3 minutter. Så et lager i elforsyningen skal være meget større, og så begynder det hele måske at blive lidt urealistisk. Hvis vi f.eks. skulle oplagre tre døgns elforbrug i Danmark ville det være ca. 288 GWh. Det er 1440 gange mere end de 200 MWh, og vores CO2-lager ville da nå op på svimlende 1,8 milliarder kubikmeter eller næsten 2 kubikkilometer.

Tidligt i et projekt af denne type er der altid stor optimisme omkring de fremtidige omkostninger, her primært i investeringen. Skulle det lykkes at komme ned på f.eks. 100 US$/kWh lagerkapacitet, eller ca. 700 danske kroner, vil et fornuftigt lager til dækning af Danmarks energiforsyning, f.eks. på 3000 GWh, som vi tidligere har beregnet (de tre døgn er jo slet ikke nok), stadigvæk koste 2.100 milliarder kr., hvilket er langt uden for rækkevidde.

Der er ikke nogen hurtige og nemme løsninger på lagring af elektricitet – i hvert fald ikke nogen, vi har set indtil nu.

Please follow and like us:
Del på de sociale medier

3 Comments

  1. Peter Krogsten

    Man skal vel også hive den CO2 ud af atmosfæren, hvor den er meget sporadisk tilstede blandt resten af de gasser atmosfæren består af. Hvordan har man tænkt sig det skal ske? Det virker ret molboagtigt, hvis man vil fremstille ekstra af det ‘livsfarlige og dybt skadelige giftstof’ ad kemisk vej.

    • Søren Hansen

      Man trækker i dag CO2 ud af skorstensrøg i stor målestok, og bruger den f.eks. til at pumpe ned i oliefelter, for at få mere olie op. Så CO2 er til rådighed.

  2. Erling Petersen

    Forskning i energilagring.

    Desværre er der tradition for, at når man får en ide – som man tror er ny – så begynder man forfra med forskning og regnestykker. (Et glimrende eksempel er tidligere overingeniør Erik Somers kronik fra 2016 om kvælstofudledning. https://ing.dk/artikel/kronik-dansk-kvaelstofudledning-betyder-kun-lidt-havmiljoeet-182549 )
    I begyndelsen af 1980’erne var der noget der hed Energiministeriets Forskningsprogram, EFP. Der blev givet støtte til en masse forskningsprojekter opdelt i forskelle faggrupper. En af dem hed Energilagring. Gruppen eksisterede kun i få år. Man fandt hurtigt ud af, at hvis lagrene skulle være så store, at det havde nogen praktisk betydning, så blev det alt for dyrt, og tabene var alt for store. Måske var det en ide, at se på hvad man kom frem til dengang i 1980’er – inden man laver de samme regnestykker en gang til.

Leave a Comment

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.

*