Mange kraftverk utnytter i disse dager energier fra solstråling, vind, havbølger og andre grønne kilder. Men som mange andre innovasjoner har disse kildene ulemper. Vi kan generere rikelig med grønn kraft bare når solen skinner eller vinden blåser eller bølgene ruller.
Hva gjør vi når himmelen blir mørk og vind og hav er rolige? Hvordan tilfredsstiller vi kravene til vårt energislukende samfunn?
For alle siste nyheter, følg The Daily Stars Google News-kanal.Løsningen på denne knipen er basert på den uforanderlige Newtonske logikken: «Det som går opp, må komme ned». Det er gravitasjonsbatteriet som gjenskaper den sagnomsuste historien om Isaac Newtons fallende eple, men rekonfigurert i mye større skala – med en liten vri.
Når en kolossal masse, for eksempel en betongblokk, løftes til en større høyde ved hjelp av overskudd av grønn energi, lagres den i blokken som gravitasjonsenergi. Også kjent som potensiell energi, er det energien som er lagret i et objekt på grunn av dets forhøyede posisjon i forhold til bakken. Jo større høyden er, jo større potensiell energi er. Når blokken senkes, omdannes potensiell energi til kinetisk energi, som setter turbinen til en generator i bevegelse og produserer elektrisitet.
Energi generert fra gravitasjonsbatterier er bærekraftig. Videre vil de lagre grønn energi når det er for mye og slippe den ut i nettet når det er for lite. Dessuten vil den enorme vekten til blokken kombinert med dens sakte nedstigning skape en enorm mengde rotasjonskraft – eller dreiemoment – i generatoren, slik at den kan levere maksimal kraft nesten øyeblikkelig.
Gravity-batterier har noen klare fordeler i forhold til andre batterier, for eksempel litium-ion- eller nikkel-kadmium-batterier som mister kapasiteten til å lagre energi i løpet av noen år. Følgelig har de kort levetid, og resirkulering av disse batteriene er vanskelig. Videre, mens utvinning av mineralene – kobolt, litium, mangan, nikkel, kadmium og andre sjeldne jordartselementer – som kreves for disse batteriene, utgjør miljøproblemer og helserelaterte risikoer for gruvearbeiderne, har en blokk med jern som trengs for et gravitasjonsbatteri en mye lettere miljøavtrykk.
Fordi gravitasjonsbatterier er mekaniske enheter, kan de gå i stykker. For eksempel kan en kabel knipse, eller en vinsj kan sette seg fast, eller en rustflekk kan vises i en metallisk del. Selv om det er problematisk, er disse problemene ikke uopprettelige, fordi individuelle komponenter kan fikses eller erstattes relativt enkelt i stedet for å erstatte hele systemet. Så det er reell mulighet for et gravitasjonsbatteri å ha en driftslevetid som strekker seg over noen tiår.
Gravitricity Ltd, et britisk-basert grønt ingeniørfirma grunnlagt i 2011, jobber med å gjøre gravitasjonsbatterier til en realitet. Selskapet testet sin første prototype med suksess: en jernblokk som veier 50 tonn, heist 15 meter opp før den gradvis slapp den tilbake, og driver en serie elektriske generatorer med den nedadgående gravitasjonskraften.
Når det er fullt operativt, forventer Gravitricity at hvert batteri frigjør mellom én megawatt (MW) og 20MW ved toppeffekt i opptil åtte timer. Ifølge nettsiden deres, kan et 20MW kraftsystem “kan drive 63 000 hjem for hver time det utlades.”
Gravity-batterier kan også brukes under jorden, og etterlater et betydelig mindre overflatefotavtrykk. De kan installeres i forlatte gruvesjakter dype nok til å huse et batteri i full størrelse. Elektrisitet kan genereres ved å heve vektene i akselen, og deretter senke dem for å aktivere en generator. Noen forskere kom til og med opp med en ukonvensjonell, men genial idé om å gjøre skyskrapere om til store tyngdekraftsbatterier.
Gravitricity undersøker muligheten for å ha et batteri bestående av 24 vekter, hver på 500 tonn, på totalt 12.000 tonn plassert nede i en sjakt på minst 300 meters dyp. Når det er operativt, forventes batteriet med 50 års designlevetid å generere 20 MW strøm med en maksimal effektivitet på 80 prosent.
Ideen om å gjenopprette forlatte steder med fossilt brensel som depoter for grønn energi er ikke bare svært praktisk, den legemliggjør også verdiene om “rettferdig overgang”, som forkynner prinsipper og praksis for å transformere utvinningsøkonomi til en regenerativ.
Energy Vault ble etablert i 2017 i Sør-Sveits, og er en annen leder innen utvikling av gravitasjonsbatterier. Når grønn strømforsyning overstiger etterspørselen, brukes overskuddsenergien til å løfte et par 30-tonns blokker oppover til toppen av en stål- og betongkonstruksjon som er mer enn 20 etasjer høy. Når etterspørselen overstiger tilbudet, faller de ned, og genererer nok strøm til tusenvis av hjem.
Gravity-batterier kan også fungere i liten skala for bruk på steder som en avsidesliggende landsby eller et skur. Det fungerer på et enkelt prinsipp. Fest til lyspæren som henger fra en vegg eller tak en pose fylt med steiner, sand eller en hvilken som helst tung gjenstand, og vinsj den deretter opp til toppen. Når posen gradvis faller til bakken, vil den drive en generator gjennom en girkasse og konvertere bevegelsen til elektrisitet som vil lyse opp pæren i omtrent 20 minutter, uten bruk av fossilt brensel.
En annen gravitasjonsbasert energilagringsteknikk kalles Pumped Storage Hydropower (PSH). Den bruker tyngdekraften til å produsere elektrisitet ved å lede vann oppover bakker ved å bruke overskudd av sol, vind eller annen grønn kraft, og deretter, når det er nødvendig, tvinger det ned for å drive den elektrisitetsgenererende turbinen i en kraftstasjon. I motsetning til konvensjonelle vannkraftverk, resirkulerer PSH vannet. Først brukt i USA i 1930, har PSH-er lang levetid med minimalt vedlikeholdsbehov og små økologiske konsekvenser. PSH-fasiliteter finnes i mange land nå.
Verden trenger dristige og innovative klimaløsninger akkurat nå, spesielt for lagring av grønn energi for senere bruk. På denne fronten er det kanskje ikke noen sølvkuler. Men gravitasjonsbatterier – med deres utnyttelse av en virkelig uendelig, allestedsnærværende gravitasjonskraft – har absolutt en rolle å spille. Det store spørsmålet er: hvor fort vil tyngdekraftsbatterier komme i bruk?
Dr Quamrul Haider er professor i fysikk ved Fordham University i New York, USA.