Lämpöenergian varastointi kausiluontoisesti on ihan kiinnostava aihe, ainakin kun viime vuosina sähkön hinta on ollut tapetilla. Ajatellaan, että aurinkokennoilla kesällä tuotetaan sähköä ja sitten sillä sähköllä lämmitetään jotain materiaalia ja se lämpö hyödynnetään puolestaan syksyllä ja talvella energiassa säästäen. Mutta onko se mahdollista ja jos on, niin miten? Ja onko lämpöenergian varastointi kannattavaa tällä tavoin?
Lämpöenergian varastointi hydraattisuoloihin
Kemisti kertoo videolla epäorgaanisista suoloista lämpöenergian varastoinnissa. Tein videon hydraattisuoloihin liittyen. Hydraattisuolat ovat suoloja, joiden kiderakenteessa on vettä mukana. Ja joissain hydraattisuoloissa vettä voi olla kiderakenteessa massaltaankin enemmän kuin itse suolaa. Tästä syystä epäorgaanisten hydraattisuolojen sulamispisteet voi olla suoloiksi hyvin alhaisia, esim natriumsulfaattidekahydraatilla (Na2SO4.10 H2O) se on noin 32,4 C, kun puhtaan ruokasuolan sulamislämpötila on noin 800 C. Tähän sulamis-/kiteytymisreaktioon voidaan varastoida aurinkokennoilla energiaa ja sitä voidaan hyödyntää jossain muualla, kuten esimerkiksi käyttöveden lämmittämisessä. Hydraattisuolojen sulamislämmöt ovat noin 10-120 C, suolasta riippuen. Hyödynnettäviä epäorgaanisia suoloja voi muodostua teollisuuden sivuvirtoina, sillä niiden synteesis toisinaan voi olla hyvinkin helppoa, kuten aiemmin esitetyssä Yövalo-videossa.
Tähän sulamis-/kiteytymisreaktion hyödyntämiseen liittyy kuitenkin ongelmia: mm. on vaikeaa pitää suolasulatetta lämpimänä pitkiä aikoja, reaktio voi epäonnistua eri tavoin; väärä kiderakenne kiteytyy sulasta ja se menettää alhaisen sulamispisteensä, vettä voi haihtua sulasta, suolasula voi alijäähtyä, eli se ei ala kiteytymään vaikka on viilennyt sulamislämpötilansa alle. Näihin ongelmiin voidaan vastata lisäämällä suolaan muita suoloja tai hyytelöimällä sulate, jolloin kiteytyminen onnistuu paremmin. Silti lämpimän suolan varastointi viikkojen tai kuukausien ajan on haastavaa. Kemistin mielipide onkin se, että aurinkoenergialla voidaan varastoida ”yön yli” energiaa suolasulatteisiin.
Ovatko suolat käyttökelpoisia?
Onneksi on olemassa myös toinen reaktio, jota hyödyntää, eli kuivaus-/kostutusreaktio. Hydraattisuoloja voidaan myös kuivata sähköenergialla ja sitten myöhemmin kostuttaa, jolloin suola kostuessaan luovuttaa lämpöä ympäristöönsä. Suolaa onkin paljon helpompi varastoida kuivana kuin kuumana. Syy kuitenkin sille, että miksi tämänlainen teknologia ei ole laajamittaisessa käytössä on se, että suolan tulisi olla hyvin halpaa, palamatonta, myrkytöntä, hajoamatonta ja useita syklejä läpikäyvän reaktion tulisi olla toistettava yhä uudelleen. Suurimpina ongelmina näkisin reaktion toistettavuuden ja suolojen kyvyn varastoida lämpöenergiaa kuutiometriä kohti. Omakotitalon lämmityskauden tarpeisiin tarvittaisiin luultavasti ainakin 10 kuutiometriä parhaiten toimivaa hydraattisuolaa ja monissa tapauksissa on vaikeaa löytää sellaista tilaa.
Lisäksi kemisteille tutkimusaihe voi olla mielestäni hieman epäseksikäs, sillä suolat ovat aika tylsiä ja ongelma on ennemmin tekninen kuin tieteellinen. Maailmalla näistä on joitakin pilotointikokeita tehty, mutta ei kuitenkaan suurta läpimurtoa ole kirjoitushetkeen mennessä tapahtunut. Pidän kuitenkin mahdollisena, että joskus löytyy jokin suolojen seos, joka toimii niin hyvin, että homma kannattaa.