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鉄器時代は何世紀にもわたって影の中に残されていたが、その復活を切望してきたが、エネルギーの変遷により、ついに新たな始まりがもたらされつつある。鉄は、より多くの再生可能資源を送電網に分流する新しい大規模な長期エネルギー貯蔵プラットフォームの重要な成分であり、太陽が輝いていないときや風が吹いていないときでも回復力と信頼性を確保します。

それにしても、なぜ新しいエネルギー貯蔵プラットフォームが必要なのでしょうか?

リチウムイオン電池アレイは、再生可能資源の頼りになるエネルギー貯蔵技術となっています。風力タービンやソーラーパネルによって生成される電力の変動を一度に数時間平準化するため、日常の送電網管理業務のほとんどを処理できるだけでなく、必要な場合の緊急バックアップ電力としても十分に対応できます。

それにもかかわらず、今年、米国エネルギー省は、グリッド ストレージ ローンチパッドと呼ばれる、新たに 75 万ドルを投じて最先端のエネルギー貯蔵技術アクセラレータを立ち上げており、大きな疑問はその理由です。リチウムイオン電池は、大規模な電力供給システムで示されているように、グリッド規模まで拡張できます。 750メガワット カリフォルニアのモスランディングのリチウムイオン電池アレイ。

米国エネルギー省は答えを用意しています。彼らは訴訟を推進してきた 長期間 断続的なエネルギー資源で飽和した送電網に対応するために、少なくとも 10 時間、またはそれ以上持続できるエネルギー貯蔵プラットフォーム。モス ランディング施設は非常に大きいですが、放流期間は XNUMX 時間しかありません。

「今日のレベルの再生可能エネルギー発電をサポートするために、現在、より短期間の貯蔵が設置されていますが、より多くの再生可能エネルギーが送電網に導入されるにつれて、より長期間の貯蔵技術が必要とされています」とエネルギー省は説明しています。

エネルギー省は、システムの期間を延長することに加えて、高コスト、サプライチェーンのリスク、毒性問題、火災の危険にさらされない地球上に豊富にある材料を導入することによって、コストの90％削減も目指している。

実証済みの代替手段の 1 つが、次の形ですでに手元にあります。 揚水発電貯蔵システム。ただし、水と標高の要件により、その用途は地理的に制限されます。社会文化的問題や環境問題も障害となる可能性がありますが、 古い化石エネルギー施設を再利用する 議論の少ないオプションを提供できます。

鉄の時代の再来

鉄器時代は 19 世紀の歴史会計の名残で、人類初期の歴史を重要な資料によって定義される XNUMX つの年代順に分割します。石器時代、青銅器時代、鉄器時代です。もちろん、これらの資料が完全に現場から消えることはありませんでした。特に鉄（元素記号Fe）は製鉄などに利用され、現代の産業経済において顕著な存在となっています。地球の表面でXNUMX番目に豊富な元素であることも役立ちます。

鉄はすでに小規模エネルギー貯蔵分野への進出を開始しており、その一例として、新しい リン酸鉄リチウムEV用電池 中国の有名企業CATLによって開発されました。

大規模なエネルギー貯蔵イノベーターも、エネルギー省の支援を受けて、鉄の再発見を始めています。その一例が米国の新興企業ESSだ。同社は2012年に、新しい鉄ベースのフロー電池の商品化を支援するため、ハイリスク・ハイリターンのプロジェクトに対してエネルギー省のARPA-Eオフィスから資金提供を受けていた。

フローバッテリーは、2 つの特殊な流体が薄い膜で隔てられて隣接して流れるときに、その流体の能力を利用して発電します。 ESSはボールを奪い、それを持って走りました。

「ESS はその 全鉄フロー電池 2017 年にはインターソーラー ノース アメリカで成功し、2019 年には米国国防総省が新たなマイルストーンを達成しました。 クリーンテクノロジーの大ファン — サンディエゴのペンドルトン海兵隊基地キャンプに同社の Energy Warehouse™ フローバッテリーを設置しました。」 CleanTechnica 2021年に指摘されました。

それ以来、ESS はかなり忙しくなりました。最近の動きの中でも特に、昨年秋、同社はハネウェルとの新たな戦略的提携を発表しました。

「この関係は、両社のエネルギー貯蔵システムの開発に基づいて構築されており、ESSの市場をリードする特許取得済みのIFB（鉄流電池）設計と、ハネウェルの先端材料およびエネルギーシステムの専門知識を結びつけるものです」とESSは説明した。

石炭州、エネルギー貯蔵で石炭を廃止

Form Energy も、長期間のエネルギー貯蔵に鉄を活用する米国企業です。この分野への貢献は、鉄の錆びて改質する能力を利用した鉄空気電池です。 「空気鉄電池は文字通り、鉄を空気の流れにさらすことで機能します。」 CleanTechnica 「電解質と膜の助けにより、結果として電流が流れ、錆が山積みになります。 バッテリーを充電する 単に電流を流して錆を再形成して鉄に戻すだけです。」

実際にはそれほど単純ではありませんが、Form は新しいエネルギー貯蔵プラットフォームを商品化する準備ができています。同社はウェストバージニア州に最初の工場を建設中で、他の500の候補地の中からオハイオ川沿いの工業都市ウィアトンを選んだ。

「魅力の一部は、適切なブラウンフィールド、オハイオ川沿いの放棄されたウィアトン製鋼工場の利用可能性で構成されていました。」 CleanTechnica 観察された。 「川、鉄道、高速道路への交通アクセスも要因のひとつでした。」

ウェストバージニア州は化石エネルギー産業において長く深い歴史があり、今でも米国でトップクラスの石炭と天然ガスを産出する州の一つであるため、石炭を搾り出すことを直接目的としたエネルギー貯蔵ベンチャーをウェストバージニア州が主催しているのは少し皮肉なことだ。米国の発電状況と天然ガスを見てみましょう。

それにもかかわらず、ウェストバージニア州の一部の公務員は、エネルギー転換の壁に書かれた文字を見たことがある。フォーム社がウェストバージニア州に定住する決定に影響を与えたもう290つの要因は、同州経済開発省が企画したXNUMX億XNUMX万ドルの奨励策だ。

どうやら共和党のライリー・ムーア州財務長官も同じメモを受け取っていないようだ。ムーア氏の故郷の州には間もなく、新たな長期エネルギー貯蔵技術を全国に送り出す工場が建設される予定だが、ムーア氏は現在、化石エネルギー保護主義を掲げて議会に立候補している。 「私は目が覚めた企業の議題を阻止し、バックドアの銃登録に終止符を打ち、学校選択のために闘い、急進的なグリーンエネルギーロビーに対して私たちの仕事のために立ち上がった」とムーア氏の選挙キャンペーンウェブサイトには記載されている。

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米国向けのより優れた鉄ベースのエネルギー貯蔵

以上です。一方、パシフィック・ノースウェスト国立研究所のエネルギー省の研究者たちは、新しいエネルギー源を開発中です。 鉄ベースの水系フロー電池パフォーマンスを向上させながらコストを削減し、サプライチェーンを簡素化することを目的としています。

「研究者らは、 ネイチャー·コミュニケーションズ 彼らの実験室規模の鉄ベースのバッテリーは、最大容量の 98.7% を維持しながら、連続 XNUMX 回の充電サイクルにわたって顕著なサイクル安定性を示しました」と PNNL は説明しています。

「比較のために、同様の鉄ベースの電池に関する以前の研究では、より少ない充電サイクルで充電容量が2桁も低下することが報告されています」と彼らは付け加えた。

PNNL が説明したように、この新しいバッテリーは、窒素含有トリホスホン酸塩、ニトリロトリメチルホスホン酸、または NTMPA と呼ばれる、一般に大量に入手可能な工業用化学薬品を使用しているため、ユニークです。 NTMA は、水処理プラントの腐食防止にも使用されます。

「NTMPA を含むホスホン酸塩は、リン元素をベースとする広範な化学物質群です。多くのホスホン酸塩は水によく溶け、肥料や洗剤などに使用される非毒性の化学物質です」と PNNL は指摘しています。

NTMPA を活用して、研究チームは周囲条件下で鉄を収容する液体電解質を配合し、技術の簡素化とコスト削減に貢献しました。これまでのところ、チームは最大 9 ワット時/リットル (Wh/L) のエネルギー密度を達成しています。これは市販されている密度よりはるかに低いです バナジウムフロー電池。ただし、PNNL は、鉄流電池をスケールアップして、過剰なコストをかけずに同等の性能を提供できると予想しています。

詳細については続報をお待ちください。新しい グリッドストレージランチパッド は、新しい PNNL フローバッテリーのような新しいエネルギー貯蔵技術をできるだけ早く商業用途に移行するという使命を持って、今年後半に発売される予定です。

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画像: エネルギー省太平洋岸北西部国立研究所のエネルギー貯蔵研究者らが取り組んでいる 鉄ベースのフロー電池、持続時間とコストの点でリチウムイオン電池を上回ることを目的としています。

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• 情報源： https://cleantechnica.com/2024/04/01/energy-storage-innovators-plumb-iron-age-for-new-coal-killing-batteries/