تلاش برای ساخت باتری سازگار با محیط‌زیست
کمپانی ESS در حال تلاش برای حل یک مشکل بحرانی مرتبط با انرژی‌های تجدیدپذیر است: چگونه می‌توان انرژی را از باد و تاسیسات خورشیدی ذخیره کرد. راه حل پیشنهادی شرکت، ساخت باتری ذخیره‌سازی طولانی مدت از آهن، نمک و آب است. که بسیار ارزان‌تر و راحت‌تر از عناصر مورد استفاده در باتری‌های امروزی مانند لیتیوم و کبالت هستند.
آقای Eric Dresselhuys، مدیر عامل شرکت ESC، در گفتگو با CNBC گفت ESS به سرعت ۵۷میلیون دلار سرمایه‌گذاری از حامیان قدرتمند از جمله بیل گیتس و سافت بانک جذب کرد. این شرکت امیدوار است بتواند 308 میلیون دلار از طریق این قرارداد جمع‌آوری کند.
پیشینه ESS
این شرکت در سال 2011 در پورتلند، همراه با کریگ ایوانز و جولیا سانگ، که یک زوج و همچنین شرکای تجاری هستند، راه اندازی شد. قبل از گسترش به دفتر مرکزی 200،000 فوت مربعی خود، به شتابدهنده تجارت ایالتی پورتلند نقل مکان کرد.
این شرکت توسط شرکت سرمایه‌گذاری انرژی پاک گیتس، Breakthrough Energy Ventures حمایت می‌شود. SB Energy، زیرمجموعه‌ای کاملاً متعلق به SoftBank ؛ و شرکت شیمیایی چند ملیتی BASF و سایر سرمایه گذاران هستند. SPAC از طریق ادغام معکوس با ACON S2 Acquisition Corp. ، خارج از شرکت سرمایه گذاری خصوصی Acon Investments، انجام می‌شود.
مدیرعامل این شرکت گفت که شرکت محصولات خود را برای دو مشتری ارسال کرده است. چندین مورد دیگر نیز در دست تهیه است.
این شرکت در 6 ماهه اول سال 2021 245.3 میلیون دلار ضرر کرد. اما ضررهای عملیاتی تنها 18.4 میلیون دلار بود. باقیمانده ناشی از زیان‌های تجدید ارزیابی بدهی‌های حمایتی و مشتقه بود. زیان عملیاتی 17.4 میلیون دلار برای سال 2021 بود. و این شرکت انتظار دارد اولین سود خود را در سال 2023 ثبت کند.
آهن، نمک و آب: مواد ایمن و در دسترس برای ساخت باتری
کارمایکل روبرتز، رئیس کمیته سرمایه‌گذاری در Breakthrough Energy Ventures، گفت: پیشرفت بزرگ برای ESS ساخت باتری جریان آهن با ذخیره‌سازی بلند مدت است. که از مواد در دسترس ساخته شده است.
در باتری، الکترولیت ماده شیمیایی است. که دو سر یک باتری، آند و کاتد را به هم متصل می‌کند. در باتری‌های ESS، الکترولیت از آهن، نمک و آب ساخته شده است.
روبرتز می‌گوید: “باتری جریان ارزان‌تر، ایمن‌تر و عمر مفید بهتری نسبت به ذخیره‌سازی معمولی یون لیتیوم دارد.”
آقای درسلوهیس گفت: ساختن باتری از آهن، نمک و آب به این معناست که “هیچ گونه مواد سمی وجود ندارد. فناوری که ما ابداع کرده‌ایم، آتش نمی‌گیرد. یا منفجر نمی‌شود.”
همچنین، باتری‌های ESS فاقد لیتیوم یا کبالت هستند. دو عنصر رایج در باتری‌هایی که امروزه در زنجیره تامین بسیاری از شرکت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و تقاضا برای آنها بالاست.
مشکلات لیتیوم و کبالت در ساخت باتری
جسی جنکینز، استادیار دانشگاه پرینستون، متخصص در شبکه انرژی. می‌گوید: “هر دو در سطح جهانی به طور بالقوه کمبود دارند. و هیچ کدام در ایالات متحده تولید نمی‌شوند.”
جنکینز می‌گوید: “لیتیوم در بلندمدت تا زمانی که ما باتری‌های لیتیوم یونی را بازیافت می‌کنیم، کمتر مورد توجه است. اما ممکن است افزایش قیمت کوتاه مدت وجود داشته باشد. زیرا تولید با توجه به تقاضای باتری برای خودروهای الکتریکی افزایش می‌یابد.”
کبالت کمی پیچیده‌تر است. و برای برخی از زنجیره تامین با تکیه بر معادن سنتی در آفریقا، که کار اجباری و کار کودکان در آنها متداول است استخراج می‌شود.
شرکت ESS همچنین از وانادیوم، عنصر شیمیایی که در برخی از فناوری‌های باتری استفاده می‌شود، استفاده نمی‌کند.
آقای درسلوهیس افزود: “ابداع یک چیز است و عملکرد صحیح یک چیز دیگر. و این می‌تواند بسیار دشوار باشد. اما به دلیل مقیاسی که ما در مورد آن صحبت می‌کنیم، باید به طور موثر هزینه کرد. تا به عنوان یک سیستم قابل اجرا باشد. ”
نحوه عملکرد باتری: “ظرافت در سادگی است”
هیو مک درموت، سرپرست توسعه کسب و کار ESS ، گفت: یک ساندویچ را تجسم کنید. فناوری ساخت باتری ESS مجموعه‌ای از صفحات کربنی است که دارای آب نمک با آهن در هر لایه است.
آهن از محلول آب نمک خارج می‌شود و به یک طرف صفحات می‌چسبد. هنگامی که قطبیت صفحات تغییر می‌کند، آهن دوباره در محلول آب حل می‌شود.
از طریق یک سیستم کنترل مدیریت باتری، می‌توان جریان یون‌ها را تغییر داد. و در نتیجه جریان برق را به داخل و خارج از شبکه تغییر داد.
آقای درسلوهیس گفت، ایده یک باتری جریان آهن از دهه 1970 وجود داشت. اما مسائل فنی وجود داشت که دانشمندان آنها را حل نکرده بودند.
به عنوان مثال، تکرارهای اولیه فناوری باتری جریان آهن برای مدتی کار می‌کند. اما مایع الکترولیت نامتعادل می‌شود. نتیجتا باتری به مرور زمان بی‌اثر می‌شود. برای برطرف کردن این مشکل، ESS یک پمپ پروتون ایجاد کرد. که به گفته درسلوهیس “به سیستم اجازه می‌دهد تا در تمام این بارها و تخلیه‌ها تعادل خود را حفظ کند. تا الکترولیت کاملاً تمیز شود.”
خلا مالکیت معنوی ساخت باتری از آهن
تحقیقات اولیه تا حدودی با 3 میلیون دلار کمک مالی از برنامه ARPA-E وزارت نیرو و همچنین افراد و صندوق‌های سرمایه‌گذاری محلی تأمین شد.
اما برای دستیابی به یک راه حل ساده کار و تحقیق بسیار لازم بود. ESS یک دهه است که روی تحقیق و توسعه کار می‌کند. پمپ پروتون واقعاً یک پیشرفت مهم برای شرکت بود، اما یکی از بسیاری از آنها.
هاسفلد به CNBC می.گوید: “یک خلا مالکیت معنوی در مورد فناوری اصلی وجود دارد. و این باعث می‌شود که سایر شرکت‌ها شروع به ساخت باتری مشابه ESS کنند.”
یک باتری طولانی مدت که در حال توسعه توسط Form Energy است. از آهن نیز استفاده می‌کند و همچنین توسط Breakthrough Energy Ventures پشتیبانی می‌شود. با این حال، فرم در حال توسعه این باتری آهن-هوا است. که از فناوری‌های مختلف استفاده می‌کند و هدف آن ذخیره انرژی برای چند روز است.
مقایسه هزینه‌ها
درسلوهیس گفت، باتری‌های ESS می‌توانند انرژی را برای چهار تا 12 ساعت ذخیره کنند. در حالی که این زمان برای باتری‌های لیتیوم در اتومبیل معمولاً بین دو تا چهار ساعت است.
هاسفلد به CNBC گفت که برای ذخیره بیش از چهار ساعت انرژی، با باتری‌های لیتیوم-یون نیاز به افزایش تعداد سلول‌های لیتیوم-یون است. از سوی دیگر، ESS می‌تواند آب، آهن و نمک بیشتری را به مخزن بزرگتری از ساندویچ‌های خود اضافه کند.
هوسفلد در مصاحبه با CNBC می‌گوید: ” ESS از لحاظ اقتصادی باتری آنها با لیتیوم یون در زمان برابر چهار ساعت هزینه مساوی دارند. اما برای افزایش زمان ذخیره‌سازی به ۱۲ ساعت یک دوم هزینه‌ی بیشتر اضافه شده است. که فکر می‌کنیم مزیت بزرگی برای آنها ایجاد می‌کند.”
انعطاف‌پذیری؛ یکی دیگر از فاکتورهای اصلی فناوری ساخت باتری جریان آهن ESS
هوسفلد گفت: “ظرفیت بین سال اول تا سال 20 ثابت می‌ماند.” هرکسی که تلفن همراه دارد می‌داند که در مورد باتری‌های لیتیوم-یون صدق نمی‌کند.
مراکز انرژی با یک مزرعه خورشیدی یا بادی در کنار هم قرار گرفته‌اند. یک مزرعه خورشیدی به باتری‌ها اجازه می‌دهد تا در طول روز و هنگامی که خورشید در حال تابش است، شارژ شوند. و سپس در اواخر بعدازظهر که معمولاً تقاضای انرژی افزایش می‌یابد، تخلیه شود.
در مزرعه بادی به طور مشابه کار می.کند. هاسفلد به CNBC گفت: “شما میتوانید چهار، هشت، 10 ساعت انرژی را از طریق توربین‌های بادی در نیمه‌های شب ذخیره کنید. و سپس در صورت نیاز و طی روز آن را تخلیه کنید.” “ما به ESS به عنوان مکمل واقعا خوبی برای چرخش روزانه بین نیروگاه‌های بادی و خورشیدی نگاه می‌کنیم.”
ابعاد باتری جریان آهن
انبار انرژی، تنها محصول ESS که تا کنون موجود است، به اندازه یک کانتینر ، 40 فوت طول و 8 فوت عرض است.
این کانتینر ظرفیت ذخیره‌سازی 500 کیلووات ساعت انرژی دارد. این تقریباً انرژی مورد نیاز برای تأمین برق 20 تا 30 خانه است. بسته به جایی که در کشور هستید. “مک درموت به CNBC گفت.
شرکت ESS همچنین در حال ساخت باتری به نام مراکز انرژی است. که برای تأسیسات برق و تولیدکنندگان مستقل برق در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال، مشاغل دارای مزارع بزرگ خورشیدی که در ساعاتی برق را به شبکه می‌فروشند.
برای این نوع مشتریان بزرگتر، ESS از فناوری مشابه باتری استفاده می‌کند. اما ماژول‌های باتری در یک ساختمان در کنار هم قرار می‌گیرند. انتظار می‌رود آزمایشات مشتری در سال 2022 آغاز شود.
چالش بزرگ: رساندن باتری جریان آهن به مقیاس
در حالی که باتری‌های مبتنی بر آهن یک فناوری شناخته شده هستند. چالش بزرگ مقیاس‌بندی آنها است. ساخت باتری از آهن از نظر تئوري كمترين هزينه‌های نظری ممكن را دارند. بر روی کاغذ این سیستم‌ها بسیار خوب مقیاس‌پذیر هستند. ” اما واقعیت کاملاً متفاوت بوده است.
استینگارت به CNBC گفت: “ما شاهد استقبال گسترده از این کلاس باتری‌ها به دلیل چالش‌های مهندسی نبوده‌ایم. چرا که در گذشته سرمایه و هزینه‌های عملیاتی غیرقابل قبول را در مقایسه با سایر فناوری‌های موجود افزایش داده است.”
باتری‌های جریان به پمپ‌ها و غشاهای بسیار فنی بستگی دارد. او گفت: “بسیار دشوار بود که در عمل، این دستگاه‌ها به شیوه‌ای قابل اعتماد و بدون سیستم‌های جانبی قابل توجه (که سیستم را از قبل گرانتر می‌کند.) و یا خدمات نگهداری (که هزینه‌های جاری را افزایش می‌دهد.) کار کنند.”
البته شرکت ESS با پشتیبانی غول بیمه Munich Re باتری‌های خود را ۱۰ سال ضمانت کرده است. که سیگنال مثبتی برای خریداران محسوب می‌شود.
هزینه یکی دیگر از نگرانی‌ها
یان پپر، مدیر عامل شبه جزیره انرژی پاک، می‌گوید: “فناوری باتری جریان آهن بسیار امیدوار کننده به نظر می‌رسد. زیرا ایمن، سازگار با محیط زیست، از مواد غیر سمی قابل تهیه در ایالات متحده استفاده می‌کند. و در طول زمان و در چرخه‌های مختلف تخریب نمی‌شود.”
شبه جزیره انرژی پاک، خریدار انرژی عمومی و ارائه دهنده برق رسمی برای شهر سان ماتئو در کالیفرنیا، مستقیماً با ESS همکاری نکرده است. اما تلاش می‌کند تا سال 2025 به طور 24 ساعته و 7 ساعته انرژی تجدیدپذیر مقرون به صرفه ارائه دهد. ذخیره انرژی به تحقق این اهداف کمک می‌کند.
پپر گفت: “چالش فعلی ساخت باتری های جریان آهن هزینه است.” “اگر شرکت‌هایی مانند ESS بتوانند هزینه فناوری خود را کاهش دهند، آنگاه آنها و دیگران قادر خواهند بود تأثیر قابل توجهی در تلاش‌های کربن‌زدایی داشته باشند. و به سازمان‌هایی مانند شبه جزیره انرژی پاک در رسیدن به اهداف بلندپروازانه ما کمک کنند.”
اگر استیگارت می تواند آنچه را که سرمایه‌گذاران فکر می‌کنند را انجام دهد. “اجرای موفقیت‌آمیز این ماده شیمیایی یک نقطه عطف مهم برای ذخیره انرژی در مقیاس شبکه خواهد بود.”
