Što energija pretrpi manji broj pretvorbi (iz jednog oblika u drugi, razumije se) gubitci su manji. Stoga se električna energija čini, i ne samo čini, najboljim oblikom energije jer se u jednom stupnju pretvara u mehaničku i isto tako se mehanička energija u jednom stupnju pretvara u električnu energiju: nema boljih pretvarača energije od elektromotora i generatora.

Obnovljivi izvori energije pričaju međutim drugu priču. Sunce sija i ne sija, vjetar puše i ne puše. Energija vjetra se može dosta efikasno pretvoriti u električnu energiju, no – kao što rekoh – vjetar puše i ne puše, jedan put puše preslabo, drugi put prejako, pa jednom električne energije nedostaje, a drugi put je ima više nego što treba. Što se s energijom vjetra i njome generiranom električnom energijom događa potanko su analizirala četvorica njemačkih znanstvenika iz Bochuma u znanstvenom radu „Efficiency and optimal load capacity of E-Fuel-Based energy storage systems“, objavljenom u časopisu Advances in Applied Energy. Sudeći po naslovu, nije riječ samo o energiji vjetra.

Točno, no s energijom vjetra sve počinje. Njihova je analiza pokazala, na primjeru kemijske tvornice, da se njezine potrebe mogu namiriti samo 56,19 % električnom energijom iz vjetroelektrane. To znači da upravo toliko, 56,19 %, energije tvornica može dobiti iz vjetroelektrane, dok ostatak (43,81 %) energije – jer vjetar ne puše uvijek potrebnom jačinom – mora namiriti iz drugih izvora. Da ironija bude veća, za vrijeme jakog vjetra vjetroelektrana proizvodi višak električne energije koja se ne može korisno potrošiti u tvornici, a vjerojatno ni izvan nje. Taj višak energije trebalo bi nekako uskladištiti, no kako?

Ovo zadnje pitanje, „no kako?“, čini se suvišnim jer je najlakše i najjednostavnije višak električne energije pohraniti u električne baterije. No nije tako. Istina, pri punjenju litij-ionskih baterija korisna energija se ne gubi (η_PS = 100 %), no pri njihovom pražnjenju gubi se oko 16 % korisne energije (η_SL= 84 %), da ne spominjemo da se još 0,05 % energije dnevno gubi uslijed stajanja. To i ne bi bilo tako loše da ovdje nije riječ o velikim kapacitetima. Da bi se zadovoljile potrebe tvornice potrebno je imati, optimalno, bateriju od 100 GWh – dok najveća instalirana baterija (Moss Landing battery storage facility u Kaliforniji) ima kapacitet od samo 1,6 GWh s mogućnošću nadogradnje do 3 GWh. Da ne govorimo o visokim troškovima proizvodnje litij-ionskih baterija i pitanju svih pitanja, hoćemo li imati dosta litija i drugih rijetkih metala za izgradnju svih tih baterija?

No sada u priču ulazi kemija. Električna bi se struja mogla iskoristiti za elektrolizu vode da se se dobio vodik, koji bi se potom skladištio i po potrebi iskorištavao za dobivanje električne struje u elektrani. Taj je postupak dakako skopčan s mnogo većim gubitcima korisne energije od onih do kojih dolazi pri njezinoj pohrani u električne baterije. Autori su spomenutog rada izračunali da je stupanj iskorištenja pri pretvaraju vode u vodik η_PS = 57,06 %, no od uskladištenog vodika može se dobiti samo η_SL= 64,72 % energije. Množenjem ta dva broja dobiva se η_RT= 36,93 %, što znači da se pri takvoj pretvorbi gubi umalo dvije trećine korisne energije. Još su gori rezultati dobiveni za amonijak (NH₃), η_RT= 31,37 %, metanol (CH₃OH), η_RT=  27,00 %, i metan (CH₄), η_RT= 26,47 %. Isplati li se to?

Autori kažu da se isplati. Pretvorba s tako malim stupnjem iskorištenja bolja od je od η_RT= 0 %, koliko bi on bio da se višak energije ni za što ne koristi. Stoga bi se pokrivanje potrošnje (load capacity) povisilo od spomenutih 59,16 % na 71,88 % (za vodik) do 67,64 % (za metan). To je i razumljivo budući da se vodik dobiva izravno elektrolizom, dok je za ostale produkte vodik samo sirovina: amonijak se dobiva spajanjem vodika i dušika (iz zraka), dok se metan i metanol dobivaju reakcijom vodika i ugljikova dioksida. Budući da vodik ima najveći stupanj iskorištenja pri dobivanju i da osigurava najstabilnije napajanje tvorničkog pogona (a i drugih potrošača), energiju je najbolje čuvati u obliku H₂. Do takvog se zaključka moglo doći i bez tolikog mudrovanja – no opet priča nije tako jednostavna.

Riječ je o tome da bi se trebale skladištiti velike količine sintetiziranih goriva, za što opet trebaju veliki spremnici. Za držanje vodika pri normalnom tlaku i temperaturi trebalo bi imati spremnik od 5,4 milijuna kubičnih metara, dok bi se ista energija mogla dobiti iz samo 6732 m³ tekućeg amonijaka. Za skladištenje metana ne bi pak trebalo razvijati novu tehnologiju jer je metan kemijski jednak prirodnom plinu. Još bi se lakše skladištio metanol, koji je pri normalnim uvjetima tlaka i temperature tekućina, a usto bi mu trebao spremnik manji od onog za amonijak – imao bi volumen od samo 4359 m³. Stoga bi ta dva posljednja produkta, metanol i amonijak – smatraju autori – bili najbolji kandidati za pohranu velikih količina energije.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 14 znanstveno-popularnih knjiga.