גידול Need for Grid-Scale Energy Storage

בעוד העולם מאיץ את המעבר שלה למקורות אנרגיה מתחדשים כגון השמש והרוח, ההיקף הטבוע של משאבים אלה יוצר צורך דחוף לאחסון אנרגיה אמין, בקנה מידה גדול ללא אחסון יעיל, דור עודף במהלך השמש או שעות הרוח יורד לבזבוז, בעוד תקופות של אנרגיה מתחדשת נמוכה של אנרגיה מתחדשת כוח הגנה על דלקים מאובניים.

ניהול אנרגיה ביוכימי

אחסון אנרגיה ביוכימי כולל מגוון של טכנולוגיות שממירות אנרגיה חשמלית לאנרגיה כימית באמצעות תגובות ביולוגיות, ולאחר מכן לשחרר את האנרגיה הזו כאשר יש צורך באמצעות תהליכים ביולוגיים או אנזים מבוקרים, בניגוד סוללות אלקטרו-כימיות שמסתמך על תנועות מתכת, מערכות ביוכימיות משתמשות באורגניזמים חיים (למשל, שמרים, חיידקים, אצות) או אנזימים מבודדים כדי להניע תגובות כגון תסיסה, עיכול אירובית, או אנרגטית של דלקים, או חומצה ביוזלית, או חומצה פולית, או חומצה פולית, או חומצה ביומית, או חומצה ביומית, או חומצה פולית, צריכת דלק מוצקה, או חומצה פולית, או חומצה פולית, או חומצה פולית של דלק (למשל, או חומצה ביו-דלקתית) או מינרלים).

עקרונות הליבה ואנליטיקות טבעיות

המושג מושרש עמוק בביולוגיה.תמונותynthesis, למשל, הוא השיטה העיקרית של הטבע להמיר אור השמש לאנרגיה כימית מאוחסן בפחמימות.ביוטכנולוגיה טכנולוגיות אחסון שואפת לשכפל או לרתום תהליך זה במערכות מונדסות. פרמנטציה משתמשת מיקרואורגניזמים כדי להמיר סוכרים לתוך אנמול, נושאת אנרגיה מרוכזת. Anaerobic מקלקל פסולת אורגנית לתוך טמפרטורות ביוגז (בעיקר methanely ו פחמן דו חמצני).

סוגים של Biochemical Storage Technologies

מגוון רחב של טכנולוגיות צמח, כל אחד עם עקרונות תפעוליים נפרדים, רמות בגרות, ויישומים ברשת.הסעיפים הבאים מפורטים את הגישות הבולטות ביותר.

אחסון ביותנול

אחסון ביותנול כולל שימוש בחשמל רשתי עודף למים אלקטרוליטיים, ייצור מימן כי הוא בשילוב עם פחמן דו חמצני (הצטבר ממקורות תעשייתיים או ישירות מהאוויר) ואכיל למיקרואורגניזמים כגון FLT:0Saccharomycess cerevisiaeFLT 1 (מזרח) או חיידקים מהונדסים אלה מימן ו CO2 לתוך תהליך של דלק מחסנית מים מתאימים (מ"ל) או מינרלים חמים) או מינרלים מ-ממים מסחריים (כלומר, או מינרלים) או מינרלים מ-ידיים) או מינרלים מ-cooked).

מערכות Biogas

מערכות ביוגז מעסיקות עיכול אנירובי (AD) כדי להמיר את הזין האורגני ( שאריות חקלאיות, פסולת מזון, יבולי אנרגיה) לתוך ביוגז - בעיקר מתאן (50-70%) ו- CO2. בהקשר אחסון רשת, עודף חשמל מתחדשים יכול לשמש לחשמל אלקטרוליטים המייצרים מימן, אשר מוזרק לתוך הכור AD כדי להגביר את ה-גז (הת גזי) או בשילוב עם נזילות חשמלית (מחדש) עם כוח פחמן דו-חמצני) לתוך צינורות גזים פנימיים (מאט) לתוך אטומיים חשמליים (מחדש) עם אטומיים חשמליים (ממים חשמליים) עם אטומיים חשמליים) עם אטומיים חשמליים (ממים חשמליים (ממים חשמליים) עם אטומיים חשמליים) לתוך אטומיים חשמליים) עם אטומיים חשמליים) או מינרלים חשמליים עם אטומיים חשמליים עם אטומיים חשמליים (מסוגלאורגניים חשמליים) לתוך אטומיים חשמליים) לתוך אטומיים חשמליים עם אטומיים חשמליים עם אטומיים חשמליים (מסוגריכים חשמליים) מינרלים חשמליים עם אטומיים חשמליים (מסוגלאורגניים חשמליים) לתוך אטומיים חשמליים) לתוך אטומיים חשמליים) מינרלים חשמליים) מינרלים חשמליים (מסוגלגן טבעי

סוללות נזימטיות

סוללות אנזומטיות, הידועות גם כתאים ביו דלק, להשתמש אנזימים לא ממובילים כדי לזרז את חמצון של דלקים (למשל, גלוקוז, אלנול, מימן) והפחתה של חמצן, ייצור חשמל ישירות.בניגוד לתאי דלק מיקרוביאליים קונבנציונליים שעדיין מסתמכים על תאים חיים, סוללות אנזאמטיות מציעות מהירות ודנות כוח גבוהות, מה שהופך אותם לתקני אחסון קצרים (למשל, לדוגמה, ל-דלקים מתקדמים) ב-1,000 שעות אחסון.

ייצור מימן

הידרוגן יכול להיות מיוצר ביולוגית באמצעות תסיסה כהה (באמצעות חיידקים כדי לשבור חומר אורגני), פיזור תמונה (באמצעות חיידקים פוטוסינתזה), או ביופוטואליזה (באמצעות אצות למים מפוצלים) מימן ניתן לאחסן בטנקים גז דחוסים או מלידים מתכת ולאחר מכן מומר בחזרה לחשמל באמצעות תאי דלק. בעוד יעילות הם כיום נמוך (10-20% עבור תסיסה כהה), מחקר מתמשך מימן כדי לשרת micromissation מרובים עבור מינרלים אטרקטיביים עם מינרלים.

יתרונות אחסון אנרגיה ביוכימי

טכנולוגיות אחסון ביוכימי מציעות מספר יתרונות ייחודיים שמתאימים ליעדים של רשת בת קיימא.

  • (FLT:0) חידושיות וגרעין פחמן נייטרלי: ראטפל:1 תהליכים ביולוגיים משתמשים במזונות מתחדשים (ביומאס, פסולת אורגנית, פחמן שנתפס CO2) ולעתים קרובות מייצרים דלקים שהם פחמן-נוטרליים כאשר הם מולכדים, כפי שהפחמן שוחרר לאחרונה נקבע מהאווירה.
  • (FLT:0) דחיינות באנרגיה גבוהה:FLT:1hil דלק ביולוגי נוזלי כמו אלנול יש נחיתות אנרגיה בנפח של 5-10 פעמים גבוה יותר מאשר סוללות ליתיום-יון, המאפשר אחסון קומפקטי עבור יישומים לטווח ארוך.
  • (FLT:0) אחסון עונתי של קפיטות: 1FLT:1 ביודלקים וביוגז ניתן לאחסן במשך חודשים עם מטען עצמי רשלני, בניגוד סוללות לאבד תשלום במשך שבועות.
  • (FLT:0) שילוב מבניין: 1.FLT:1 תשתיות קיימות לאחסון גז טבעי וחלוקת (קווי , מערות) ניתן לתכלית עבור ביומטראן, צמצום עלויות ההון.
  • (FLT:0)Circular Economy הטבות:FLT:1ir, מערכות ביוכימיות רבות משתמשות בזרימת פסולת ( שאריות חקלאיות, פסולת עירונית) כמזון, המספק שירותי ניהול פסולת לצד אחסון אנרגיה.
  • (FLT:0) calScalability:0.Scalability: FLT:1 Technologies כגון עיכול אנירובי יכול להיות פרוס בקנה מידה קטן (צמחי ביוגז) או בקנה מידה גדול (צמחים תעשייתיים של כוח אל גז).
  • (FLT:0)Low Environmental Impactment: 1FLT תהליכים ביולוגיים פועלים בתנאים מסובכים, נמנעים מחומרים רעילים ואפקטי כרייה הקשורים סוללות המבוססות על מתכת.

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה שלהם, טכנולוגיות אחסון ביוכימיות מתמודדות עם מכשולים משמעותיים שיש לטפל בהם לאימוץ רשת נרחב.

● אובדן עגול ו- Round-Trip

יעילות עגולה הנוכחית (חשמליות) טווח מ-20% עד 50%, נמוך יותר מסוללות ליתיום-יון (85-95%) ו הידרו (70-80%) וההפסדים מתרחשים באלקטרוליטיזה, המרה ביולוגית, ובעירה או המרת תא דלק.שיפור התשואות באמצעות הנדסה מטבולית ועיצוב הוא עדיפות מחקר מרכזי.

עלויות וכלכלה

עלויות ההון לאלקטרוליטיזה, מתקני התוססת, ותאים דלק נשארים גבוהים.בנוסף, שיעורי המרה הביולוגיים הם לעתים קרובות איטיים, הדורשים כורים גדולים.העלות המטבולית של אנרגיה מאוחסנים (LCSE) עבור מערכות ביוכימיות מוערכת כיום ב -0.15–0.40/kWh, בהשוואה ל-FLT:0.07$5/kWh ל-althalthalthalthalthalthalthalthalthalthalthalthalthal, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת ירידה של התקדמות טכנולוגית ו-R.

זמינות מזון וקרקע

אחסון ביוכימי בקנה מידה גדול באמצעות ביומסה יכול להתחרות עם ייצור מזון ומערכות אקולוגיות טבעיות.קור בר קיימא של הזנות הוא חיוני.שימוש ביומסה לא מזון (למשל, שאריות, אצות) או שנתפס CO2 נמנע בעיה זו אבל מוסיף מורכבות ועלות.

יציבות וארוכותיות

יצורים חיים דורשים תנאים ספציפיים (טמפרטורה, pH, חומרים מזינים) לתפקד, וזיהום או סחף גנטי יכול להפחית את הביצועים. מערכות אנזומטיות להתמודד עם פענוח לאורך זמן.התקדמות ב immobilization וזן חזק הנדסי מטפלות בבעיות אלה.

סקלאלה ו Maturity

טכנולוגיות רבות עדיין נמצאות בקנה מידה הפיילוט או ההדגמה.לדוגמה, סוללות נזימטיות לא משווקות עדיין עבור אחסון רשת אחסון רשתי של 1 (הדגשה על תהליכים ביולוגיים תוך שמירה על יכולת כלכלית דורשת התפתחות הנדסית ורגולציה משמעותית.

פרויקטים ומחקרי מקרים

כמה יוזמות בעולם האמיתי מראות את האפשרות של אחסון אנרגיה ביוכימי.

Power-to-Gas בדנמרק

פרויקט דנמרק (FLT:0)Biocat Roskildeph1) משתמש בכוח עודף לייצר מימן באמצעות אלקטרוליטיזה, אשר לאחר מכן ניזון לעיכול אנירובי עם מנורה ותות.תהליך התחמשות מגביר את התפוקה הביומטראן, אשר מאוחסן ברשת הגז הטבעית.

Bioethanol - Steel Mill Off-Gases

הצמח המסחרי של LanzaTech בסין ממיר גזי פסולת עשירים פחמן חד תחמוצת מפחמן פלדה לתוך אלתנול באמצעות תסיסה מיקרוביאלית.למרות שלא ישירות אחסון רשת, אתנול ניתן לאחסן ולאחר מכן בשימוש עבור הדור של כוח.

מחקר תאי דלק אנזים ב UCL

אוניברסיטת קולג 'המרכז לביולוגיה סינתטית של לונדון מפתחת סוללה אנזומטית באמצעות גלוקוז חמצון ו bilirubin oxidase. Lab בדיקות להראות FLT:0stable כוח פלט עבור מעל 100 שעות רצופות FLT:1, עם פוטנציאל לאינטגרציה עם גלוקוז שהושג מ-Lgnocellulosic biomass.

ניתוח השוואתי עם טכנולוגיות אחסון אחרות

כדי להבין היכן מתאים אחסון ביוכימי, מומלץ להשוות אותו עם חלופות מבוססות.

Technology Round-Trip Efficiency Energy Density Storage Duration Capital Cost ($/kWh) Environmental Impact
Lithium-ion Battery 85-95% 200-300 Wh/kg Minutes to hours 150-300 Mining, toxicity, recycling challenges
Pumped Hydro 70-80% 0.5-1.5 Wh/kg (water) Hours to days 60-120 Land use, ecological disruption
Green Hydrogen 30-40% 33 kWh/kg (H2) Weeks to months 400-800 Low if electrolysis is renewable
Biochemical (Bioethanol) 30-40% 8,600 Wh/L (ethanol) Months to seasons 200-500 (est.) Low if feedstocks are sustainable
Biomethane (Power-to-Gas) 30-50% 10 kWh/m³ (CH4 at STP) Months 300-600 Biogenic carbon, waste reuse

מערכות ביוכימיות מצטיינים באחסון ארוך וספורט עונתי שבו מטען עצמי נמוך וצפיפות אנרגיה גבוהה הם קריטיים.הם משלימים סוללות ליתיום-יון עבור איזון לטווח קצר ו הידרודבנים מובלים עבור מחזורים יומיים.המסחר העיקרי הוא יעילות עגולה נמוכה יותר לעומת היכולת לאחסן אנרגיה במשך חודשים ללא אובדן משמעותי.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

עתיד אחסון האנרגיה הביוכימי קשור הדוק לקידום בביוטכנולוגיה, מדעי החומרים ושילוב המערכות.

  • (FLT:0) ביולוגיה סינתטית:FLT:1Build microorganisms with Fited מסלולי חילוף חומרים יכול להגדיל באופן דרמטי את התשואות המרה ולהרחיב את טווח הזנות שניתן לספק.
  • (FLT:0)Enzyme Stabilization: FLT:1 אנזימים ממאירים על פיגומים חדשים (למשל, גרפן, פולימרים מוליכים) יכולים להרחיב את תוחלת החיים התפעולית שלהם ולשפר את דגני הכוח בסוללות אנזאומטיות.
  • (FLT:0)Hybrid Systems:FLT:1irשלב אחסון ביוכימי עם מקורות חום מתחדשים או עם אלקטרוליזה (למשל, שילוב תאים פוטו-אלקטרוניקה עם עיכול אווירובי) יכול לשפר את יעילות המערכת הכוללת מעבר ל 60%.
  • אינטגרציית גריד:0 (FLT:1 אלגוריתמים מתקדמים) יכולים לשלוח אחסון ביוכימי המבוסס על מחירים בזמן אמת ותחזיות דור מתחדשים, למקסם את הערך הכלכלי, במיוחד לאחסון עונתי.
  • (FLT:0)Policy and Incentives: ⁇ F1) תמיכה ממשלתית בלכידת פחמן, מנדטים דלק ביולוגי, ותעודות גז מתחדשות יהיה חיוני כדי להפחית את עלויות העלייה הגבוהות יותר.

על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA)FLT:1, כוח-ל-X (כולל מסלולים ביוכימיים) יכול לספק עד 20% מצרכי אחסון האנרגיה הגלובלית עד שנת 2050.

מסקנה

טכנולוגיות אחסון אנרגיה ביוכימי מציעות השלמה רבת עוצמה וקיימא של מערכות אחסון רשת קונבנציונליות.על ידי רתום תהליכים ביולוגיים לאחסון אנרגיה מתחדשת כמו דלקים כמו אלנול, ביומטן ומימן, מערכות אלה פותרות את האתגר הקריטי של התיעוב ארוך אחסון עונתי. בעוד המגבלות הנוכחיות יעילות ועלויות נשארות, התקדמות מהירה בביולוגיה סינתטית, הנדסה, והבטחות תעשייתיות לצמצום הפערים של פעילות האנרגיה והמערכות החברתיות, יהיו נמוכות יותר, אשר עלולות, אשר יפחיתו את החומרים המסחריות, ותצמצם את החומרים העלולים להיות ממריצים, ותצמצם את החומרים המסחריים, ותחליף את הפיילוטים, ותחליף את החומרים המסחריים, תוך כדי לסוללות בתחום אחסון תעשייתיים, ותצמצם את החומרים המסחריים, ותחליף את החומרים המסחריים, ותחליף את החומרים המסחריים, ותחליף את החומרים הפיילוטים, תוך כדי למערכות אחסון תעשייתיים, ותחליף את החומרים המסחריים, ותחליף את החומרים המסחריים, תוך כדי למערכות אחסון תעשייתיים, ותחליף את החומרים הפיילוטים, ותחליף את החומרים העלולים להיות בטווח הקצרים, תוך כדי למערכות אחסון תעשייתיים, ותחליף את החומרים המסחריים, תוך כדי למערכות אחסון תעשייתיים, ותחליף את החומרים