Litij-ionske baterije, koje pokreću sve, od pametnih telefona do električnih automobila, sve više postaju ključni element električnih mreža diljem svijeta. Kako piše The New York Times, priča o njihovom uspjehu nije bila ni brza ni jednostavna, a započela je na jednom od najsurovijih mjesta na planetu.

Baterijski sustavi veličine brodskih kontejnera danas se spajaju na dalekovode te instaliraju uz solarne panele i vjetroturbine. Njihova je zadaća jednostavna, ali presudna: upijaju energiju kada je ima u izobilju i kada je jeftina, a isporučuju je natrag u mrežu kada potražnja naglo poraste. Time se smanjuje potreba za skupim elektranama koje se pale samo u trenucima najveće potražnje (vršne elektrane) i izgradnjom novih dalekovoda.

Iako su američki istraživači izumili litij-ionsku bateriju još 1970-ih i kasnije dokazali njezin potencijal za pomoć mreži, dugo vremena nije bilo značajnijeg napretka. Upravitelji mreža i direktori energetskih tvrtki odbacivali su ih kao preskupu i rizičnu tehnologiju.

Jedan od prvih velikih proboja dogodio se prije otprilike 15 godina. Inženjeri američke energetske tvrtke AES instalirali su jednu od prvih litij-ionskih baterija povezanih s mrežom u čileanskoj pustinji, na gotovo 3000 metara nadmorske visine. Taj je tim, prkoseći konvencionalnim postavkama o funkcioniranju elektroenergetskog sustava, pomogao dokazati da baterije mogu učiniti mreže stabilnijima i pouzdanijima.

Koncept skladištenja energije, naravno, nije nov. Thomas Edison razvio je alkalne nikal-željezne baterije, a neke su tvrtke dugo koristile reverzibilne hidroelektrane, pumpajući vodu uzbrdo kako bi je kasnije pustile za proizvodnju struje. No, ti su sustavi bili relativno ograničeni. Litijske baterije, poput onih instaliranih u pustinji Atacama 2009. godine, danas se koriste diljem svijeta.

Naglim rastom snage vjetroelektrana i solarnih panela, kao i sve većom potražnjom za električnom energijom od strane podatkovnih centara, baterije postaju nužnost. One pohranjuju viškove obnovljive energije za razdoblja kada nema vjetra ili sunca te održavaju ključnu ravnotežu između ponude i potražnje.

Uzmimo za primjer Kaliforniju. Donedavno su vlasti tijekom vrućih ljetnih dana često pozivale stanovnike na smanjenje potrošnje kako bi se izbjegli nestanci struje. Od 2022. godine takvih upozorenja više nema, uglavnom zato što su baterije omogućile Kaliforniji da svoju obilnu solarnu energiju koristi i duboko u večernje sate. U posljednjih sedam godina, država je dodala 30 puta više kapaciteta za skladištenje energije nego što je imala 2018. godine.

Svijet je zabilježio impresivan rast, potvrđuje i Međunarodna agencija za energiju (IEA). Ovaj procvat omogućen je zapanjujućim padom cijena baterija od 90 posto u posljednjih 15 godina, potaknut otvaranjem novih tvornica. Kina je daleko najveći svjetski proizvođač, no Europa, Indija i Sjedinjene Države također ubrzano povećavaju proizvodnju.

"Baterije mijenjaju pravila igre pred našim očima", izjavio je nedavno Fatih Birol, izvršni direktor IEA.

Trnovit početak

Put do primjene baterija na mreži nije bio lak. Tvrtka AES počela je testirati mrežne baterije u SAD-u još 2008., no komercijalna primjena krenula je tek dvije godine kasnije, i to vrlo sporo.

"Nije postojalo iskustvo sa skladištenjem energije u baterijama. Bio je to problem 'kokoši i jajeta' – nije bilo dovoljno instaliranih sustava da bi se dokazala njihova važnost u energetskom sustavu", objasnila je Carla Peterman, bivša članica Kalifornijske energetske komisije.

No, neki su Amerikanci jasno vidjeli prednosti. Jedan od njih bio je Christopher Shelton, izvršni direktor u AES-u. Počeo je istraživati litij-ionske baterije kada je uprava tvrtke zatražila prijedloge za "ideju vrijednu milijardu dolara". Shelton je smatrao da bi baterije mogle smanjiti potrebu za vršnim elektranama koje se koriste samo nekoliko posto vremena.

Iako su njegovi prvi testovi u Indianapolisu i Pennsylvaniji bili uspješni, nisu uspjeli impresionirati većinu direktora u američkim energetskim tvrtkama. Reakcija je bila tipična za industriju koja se ponosi time što se drži provjerenih rješenja – velikih elektrana na ugljen, plin i nuklearnu energiju.

"Kao da testiramo na Mjesecu"

Nakon što je u ranim 2000-ima Argentina, glavni dobavljač prirodnog plina, smanjila isporuke, Čile se našao u energetskoj krizi. Zemlja se morala osloniti na skupe uvozne elektrane na ugljen koje se nisu mogle brzo prilagođavati velikim promjenama u potražnji, posebice od strane rudarske industrije.

Tu su na scenu stupile baterije. Dok elektrani na ugljen treba oko 12 minuta da se pokrene, baterije mogu isporučiti energiju gotovo trenutno. Inženjeri su shvatili da uparivanjem ta dva sustava baterije mogu osigurati potrebnu energiju dok se elektrane ne pokrenu.

Projekt je vodio inženjer Joaquín Meléndez, koji je radio i po 16 sati dnevno kako bi prvu komercijalnu litijsku bateriju spojio na mrežu. "Bilo je to kao da uzmemo bateriju i testiramo je na Mjesecu", rekao je, opisujući rad u izoliranoj pustinji Atacama.

Projekt je odmah postigao uspjeh, pomažući u održavanju stabilnosti mreže tijekom naglih skokova potražnje iz rudnika, koji su prethodno uzrokovali kvarove i prekide u opskrbi.

Uspjeh u Čileu potaknuo je AES da već 2010. instalira komercijalne baterijske sustave u New Yorku i Teksasu, a zatim i dodatne kapacitete u Čileu, uključujući i one uz velike solarne farme.

U posljednjem desetljeću, baterije su pomogle Čileu da smanji ovisnost o ugljenu. Prošlog prosinca, zemlja je dobila više od 40 posto električne energije iz solarnih panela i vjetroturbina, što je ogroman skok u odnosu na 19 posto pet godina ranije. Sličan trend slijede Australija, Velika Britanija, Kina, Indija i druge zemlje. Čak je i sam Shelton priznao da ga je iznenadio strelovit rast primjene baterija za skladištenje energije: "Podcijenili smo koliko će cijene pasti."