Baterie sodowo-jonowe coraz bliżej przełomu

Baterie litowo-jonowe od lat pozostają fundamentem globalnej transformacji energetycznej. Używa się je chociażby w elektromobilności czy wielkoskalowych magazynach energii. Ich dominacja rynkowa jest dziś tak silna, że każda alternatywna technologia musi mierzyć się nie tylko z barierami technologicznymi, ale przede wszystkim z gwałtownie spadającymi kosztami i ugruntowanymi łańcuchami dostaw. Najnowsze badania naukowe sugerują jednak, że baterie sodowo-jonowe są bliżej rynkowego przełomu, niż dotąd sądzono.

Koszt przestaje być barierą

Zgodnie z nowym opracowaniem przygotowanym przez naukowców z fińskiego LUT University we współpracy z Karlsruhe Institute of Technology (Niemcy) oraz University of Alcalá (Hiszpania), ogniwa sodowo-jonowe już dziś zbliżają się do parytetu kosztowego z technologią litowo-jonową. Patrząc na to w długim horyzoncie (do 2050 roku) mogą okazać się dla energetyki rozwiązaniem wyraźnie tańszym i bardziej stabilnym kosztowo.

Jeszcze kilka lat temu ogniwa sodowo-jonowe postrzegano głównie jako technologię eksperymentalną. Obiecującą, ale zbyt drogą i zbyt mało dojrzałą. Nowe modele kosztowe pokazują jednak zupełnie inny obraz. Badanie wskazuje, że przy uwzględnieniu aktualnych krzywych uczenia się oraz rozwoju materiałowego, koszt systemów bateryjnych w skali utility do 2050 roku może spaść do poziomu 28,5–51,9 €/kWh, niezależnie od chemii ogniw.

W tym kontekście baterie sodowo-jonowe przestają być tańszą alternatywą przyszłości, a zaczynają być realnym konkurentem już dziś. Jak podkreśla Dominik Keiner z LUT School of Energy Systems, koszt parytetowy został w zasadzie osiągnięty, a dalsza przewaga może wynikać z ich mniejszej podatności na wahania cen surowców i zakłócenia łańcuchów dostaw.

Lit póki co pozostaje gęstszy energetycznie

Podstawową barierą dla szerokiego zastosowania baterii sodowo-jonowych pozostaje gęstość energii. Ogniwa te wciąż ustępują litowo-jonowym pod względem energii magazynowanej w przeliczeniu na masę. To właśnie dlatego technologia ta nie jest jeszcze wdrażana na masową skalę w pojazdach elektrycznych.

Jednak w zastosowaniach stacjonarnych (takich jak magazyny energii przy sieciach elektroenergetycznych) parametr ten traci na znaczeniu. Badacze wskazują, że wejście na rynek sodowo-jonowych baterii półprzewodnikowych (solid-state) może w przyszłości znacząco zmniejszyć tę różnicę.

Symbolicznym sygnałem nadchodzącego przełomu są pierwsze komercyjne instalacje bateryjne oparte na technologii sodowo-jonowej. W Chinach uruchamiane są już projekty magazynów energii o pojemności rzędu 100 MWh, w tym 10-megawatogodzinny system należący do China Southern Power Grid w regionie Guangxi Zhuang.

Zdaniem autorów badania to dowód, że ogniwa sodowo-jonowe wchodzą w fazę pełnoskalowej komercjalizacji. Po ustanowieniu stabilnych łańcuchów dostaw i osiągnięciu efektów skali, bariery wejścia na rynek mogą szybko zniknąć.

Technologia typu „drop-in” – strategiczna przewaga sodu

Jednym z najważniejszych wniosków badania jest fakt, że baterie sodowo-jonowe można produkować na istniejących liniach produkcyjnych ogniw litowo-jonowych, wymagających jedynie niewielkich modyfikacji. Tym samym przemysł bateryjny nie musi ponosić ogromnych nakładów inwestycyjnych, by przestawić się na nową chemię ogniw.

W przypadku niedoborów litu lub gwałtownych wzrostów jego ceny, producenci mogliby relatywnie szybko przełączyć się na produkcję ogniw sodowo-jonowych, ograniczając ryzyko szoków podażowych.

Badanie LUT University idzie o krok dalej niż większość dotychczasowych analiz, łącząc szczegółowe modelowanie kosztów baterii z globalnym modelem systemu energetycznego do 2050 roku. Wnioski są jednoznaczne: magazynowanie energii przestaje być czynnikiem ograniczającym transformację energetyczną.

Niższe koszty baterii prowadzą przede wszystkim do wzrostu zainstalowanej pojemności magazynów, a nie do dodatkowego przyrostu mocy fotowoltaiki. Struktura systemu energetycznego pozostaje zasadniczo podobna, ale większa dostępność magazynów umożliwia intensywniejszą eksploatację procesów power-to-X oraz bardziej elastyczne zarządzanie siecią.

Autorzy prognozują, że globalne zapotrzebowanie na stacjonarne magazyny energii może osiągnąć bezprecedensowy poziom 67,9–106,5 TWh do 2050 roku.

LCOS – sodowe tańsze niż litowe

Kluczowym parametrem ekonomicznym jest poziomowy koszt magazynowania energii (tak zwany LCOS). Według badania, w scenariuszach o wysokim tempie uczenia się technologii, baterie sodowo-jonowe mogą w 2050 roku osiągnąć LCOS na poziomie 11,2–13,6 €/MWh. Dla porównania, w mniej optymistycznych scenariuszach dla ogniw litowo-jonowych wartości te wynoszą 15,8–22,1 €/MWh, a literatura referencyjna wskazuje nawet 19,5–29,4 €/MWh.

Tańsze scenariusze charakteryzują się jednocześnie wyższym stosunkiem energii do mocy (6–7 godzin wobec 4–6 godzin) oraz wysoką trwałością cykliczną, przekraczającą 300 pełnych cykli. „Pod względem kosztów i parametrów użytkowych baterie sodowo-jonowe są już dziś technologią dojrzałą” – podsumowuje Dominik Keiner. W wielu aspektach, takich jak zakres temperatur pracy, mogą nawet przewyższać baterie litowo-jonowe. Ostatnią istotną barierą pozostaje gęstość energii, lecz także ona – zdaniem badaczy – może zostać przełamana wraz z rozwojem kolejnych generacji ogniw.