グリッドエネルギーを蓄えるCO2バッテリーが世界的に普及

_{この巨大な泡は} サルデーニャ島には 2,000 トンの二酸化炭素が存在します。しかし、このガスは工場の排気ガスから採取されたものでも、空気から採取されたものでもありません。これはガス供給会社から供給されたもので、環境に優しい目的、つまり、必要になるまで大量の余剰再生可能エネルギーを貯蔵するという目的を果たすために、ドームのシステム内に永続的に存在します。

ミラノに本拠を置く企業 Energy Dome によって開発されたこのバブルとその周囲の機械は、同社が呼ぶところのこの種初の「CO2 バッテリー」を実証します。 COを圧縮・膨張させる施設₂ 閉鎖システムで毎日タービンを回し、10 時間で 200 メガワット時、または 20 MW の電力を生成します。そして 2026 年には、この植物のレプリカが世界中で出現し始めるでしょう。

文字通りそれを意味します。泡を膨らませるのにわずか半日かかります。施設の残りの部分は建設に 2 年もかからず、5 ヘクタールの平地があればどこでも建設可能です。

サルデーニャ国外に最初に発電所を建設するのは、インド最大の電力会社の一つであるNTPC Limitedとなる。同社は、インドのカルナータカ州にあるクジ発電所で、2026年中にCO2電池が完成する予定だ。一方、ウィスコンシン州では、公共事業会社アライアント・エナジーが、1万8000世帯に電力を供給するための建設を2026年に開始することを当局から全面的に承認された。

そして Google はこのコンセプトを非常に気に入っており、ヨーロッパ、米国、およびアジア太平洋地域のすべての主要なデータセンターに施設を迅速に導入する予定です。そのアイデアは、太陽が照っていないときや風が吹いていないときでも、電力を大量に消費するデータセンターにクリーン エネルギーを 24 時間提供することです。 7月に発表されたEnergy Domeとの提携は、Googleにとって長期エネルギー貯蔵への初の投資となった。

「私たちはさまざまな解決策を求めて世界中を調査してきました」と、Google のエネルギー戦略担当シニアリード、アイノア・アンダ氏はパリで語ります。テクノロジー大手が直面している課題は、長期保存のオプションを見つけるだけでなく、各地域の固有の仕様に対応したオプションを見つけることでもあります。 「したがって、標準化は非常に重要であり、これは私たちが本当に気に入っている側面の 1 つです」と Energy Dome について彼女は言います。 「彼らはこれを本当にプラグアンドプレイできるのです。」

アンダ氏によると、グーグルは脱炭素化と送電網の信頼性に最も大きな影響を与える場所、そして貯蔵すべき再生可能エネルギーが大量にある場所にエナジードーム施設を優先的に配置する予定だという。これらの施設は、Google のデータセンターに隣接して配置することも、同じグリッド内の他の場所に配置することもできます。両社は取引条件を明らかにしていない。

アンダ氏は、グーグルはこの技術が「大規模な商用段階に到達する」ことを期待していると述べた。

長期エネルギー貯蔵で創造性を発揮する

このすべての興奮は、7 月に完成したサルデーニャのオッターナにある Energy Dome の 1 つのフルサイズの系統接続プラントに基づいています。これは、エネルギー移行の最大の課題の 1 つである、一度に 8 時間以上電力を供給できるグリッドスケールのストレージの必要性を解決するために構築されました。業界用語では長期エネルギー貯蔵 (LDES) と呼ばれるこの概念は、再生可能エネルギーの価値を最大化する鍵となります。

太陽光と風力が豊富な場合、太陽光発電所や風力発電所は送電網が必要とする以上の電力を生産する傾向があります。したがって、これらのリソースが不足しているときに使用できるように余剰分を保管しておくことは理にかなっています。 LDES は、バックアップと補助電力を提供することでグリッドの信頼性も高めます。

問題は、市場で最高の新しいグリッドスケールストレージシステム（主にリチウムイオン電池）でさえ、約 4 ～ 8 時間のストレージしか提供できないことです。これは、一晩中電力を供給したり、曇りで風のない日が続いたり、エネルギー需要がピークに達する一年で最も暑い一週間を電力供給するには十分な長さではありません。

CO2 はドームを出た後、圧縮、冷却されて液体になり、圧力容器に保管されます。エネルギーを放出するには、プロセスが逆になります。液体は蒸発、加熱、膨張し、発電するタービンに供給されます。 ルイージ・アヴァンタジャート

リチウムイオン電池システムのサイズを大きくして、より多くのものを蓄え、より長く使用できるようにすることもできますが、通常、そのサイズのシステムは経済的に実行可能ではありません。ナトリウムベース、鉄空気、バナジウムレドックスフロー電池など、他のグリッドスケールの電池の化学的性質やアプローチも開発中です。しかし、エネルギー密度、コスト、劣化、資金調達の複雑さが、これらの代替品の開発者にとっての課題となっています。

研究者らはまた、空気を圧縮したり、ブロックや砂を加熱したり、水素やメタノールを使用したり、地下深くの水を加圧したり、さらには重い物体を空中にぶら下げて落下させたりしてエネルギーを蓄える実験も行っている。 (LDES に捧げられた創造性は印象的です。) しかし、地質学的制約、経済的実行可能性、効率性、拡張性がこれらの戦略の商業化を妨げています。

実証済みのグリッド規模の貯蔵オプションである揚水水力発電は、異なる標高にある貯水池間で水を汲み上げる方式で、数十年間持続し、数千メガワットを数日間貯蔵することができます。しかし、これらのシステムは特定の地形と広大な土地を必要とし、構築には最大 10 年かかる場合があります。

CO2 バッテリーでは、他のアプローチではチェックできない多くのチェック項目がチェックされます。揚水貯水池のような特別な地形は必要ありません。電気化学電池や他の電池のように重要なミネラルは必要ありません。サプライチェーンがすでに存在するコンポーネントを使用します。予想寿命はリチウムイオン電池の約 3 倍です。さらに、サイズとストレージ容量を追加すると、キロワット時あたりのコストが大幅に削減されます。 Energy Dome は、同社の LDES ソリューションがリチウムイオンより 30% 安価になると予想しています。

中国は注目した。中国華電公司と東方電気公司はCOを建設していると伝えられている₂中国北西部の新疆地域にあるエネルギー貯蔵施設。メディアの報道ではドームのレンダリング図が示されていますが、100 MW や 1,000 MW など、蓄電容量は大きく異なります。中国企業は応じなかった IEEEスペクトルさんからの情報提供のリクエストです。

「私に言えるのは、彼らは非常によく似たものを開発しているということです」 [to Energy Dome’s CO2 Battery] Energy Dome の創設者兼 CEO の Claudio Spadacini 氏は、「中国企業は優れており、非常に高速で、多額の資金を持っています」と述べています。

Google が CO2 電池に投資しているのはなぜですか?

10月にエナジードームのサルデーニャ施設を訪れたとき、COは₂ ちょうどドームから汲み出されたばかりだったので、中を覗くことができました。それは巨大で、モノクロで、ほとんど空っぽでした。圧縮されていないCOを保持していた内膜₂、床全体が崩れ落ちていました。ガスがいくつか残っており、オフホワイトのシートが点々で盛り上がっていた。

一方、半透明の外側のドームは日光をいくらか通過させ、広大な空間を包み込むクリーム色の輝きを生み出しました。構造フレームがないため、ドームを直立状態に保つ唯一の手段は、内外の空気のわずかな圧力差でした。

「これは信じられないことだ」と私はガイドのマリオ・トルキオ氏（エナジー・ドームのグローバル・マーケティングおよびコミュニケーション・ディレクター）に言いました。

「そうなんです。でも、それは物理学なんです」と彼は言った。

ドームの外では、波打つパイプで接続された一連の機械が CO を移動させます。₂ 圧縮と凝縮のためにドームの外に排出されます。まず、コンプレッサーがガスを 1 バール (100,000 パスカル) から約 55 バール (5,500,000 パスカル) まで加圧します。次に、蓄熱システムがCOを冷却します。₂ 周囲温度まで。次に、凝縮器で液体にし、スクールバスほどの大きさの数十個の圧力容器に保管します。このプロセス全体には約 10 時間かかり、プロセスが終了するとバッテリーは充電されたとみなされます。

バッテリーを放電するには、プロセスが逆になります。液体CO₂ 蒸発して加熱されます。次に、中圧蒸気タービンのようなガス膨張タービンに入ります。これにより同期発電機が駆動され、機械エネルギーが送電網の電気エネルギーに変換されます。その後、ガスは大気圧で排出されてドームに戻り、ドームを満たして次の充電段階を待ちます。

Energy Dome のエンジニアは、ドーム内のガス状 CO₂ を常に最適な乾燥レベルに保つ乾燥システムを検査します。ルイージ・アヴァンタジャート

それはロケット科学ではありません。それでも、誰かが最初にそれを組み立て、費用対効果の高い方法を見つけ出す必要があり、スパダチーニ氏によれば、彼の会社はそれを達成し、特許を取得したという。 「ターボ機械をどのように密閉するか、熱エネルギー貯蔵庫に熱をどのように蓄えるか、凝縮後の熱をどのように蓄えるか…コストを大幅に削減し、効率を向上させることができます。」と彼は言います。

同社は純粋な目的別の CO を使用しています₂ 排気ガスや大気から供給するのではなく、これらの供給源には機械の鋼材を劣化させる不純物や水分が含まれているからです。

ドームに穴が開いたらどうなるのでしょうか？

マイナス面としては、エナジー ドームの施設が同等の容量のリチウムイオン電池の約 2 倍の土地を必要とすることです。そして、ドーム自体は、頂点の高さがスポーツスタジアムと同じくらいで、それよりも長いため、景観の中で目立つことになり、NIMBYの反発を招くかもしれない。

そして竜巻が来たらどうなるでしょうか？スパダチーニ氏によると、ドームは時速160キロメートルまでの風に耐えられるという。 Energy Dome が半日分の悪天候の警告を受け取ることができれば、同社は CO2 を圧縮して保管するだけで済みます。₂ タンクに入れてから外側のドームを収縮させる、と彼は言う。

最悪の事態が発生してドームに穴が開いた場合、2,000 トンの CO2 が発生する₂ 大気圏に突入します。これはボーイング777型機でニューヨークとロンドンを往復する約15便の排出量に相当する。「石炭火力発電所の排出量に比べれば取るに足らないものだ」とスパダチーニ氏は言う。また、空気が澄むまでは70メートル以上離れて行動する必要があると同氏は言う。

リスクを冒す価値はあるでしょうか？こうしたシステムの構築を目指している企業はそう考えているようだ。