แม้ว่ากิจกรรมของมนุษย์จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้หลายวิธี แหล่งผลิตไฟฟ้าทั่วโลกเป็นหนึ่งในผู้กระทำความผิดชั้นนำ. แม้จะมีการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในการจัดหาพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์เรายังไม่ถึงจุดที่เราสามารถขับไล่เชื้อเพลิงฟอสซิลที่ฝังแน่นอยู่ในแหล่งพลังงานผสมของหลายประเทศได้
แต่ทำไมถึงยังเป็นเช่นนี้?
เนื่องจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนให้พลังงานเป็นระยะๆ เราจึงต้องมีวิธีการกักเก็บพลังงานนี้เพื่อตอบสนองความต้องการของโครงข่ายไฟฟ้าเมื่อดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสงหรือลมไม่พัด นี่เป็นความท้าทายที่สำคัญ เนื่องจากการเปลี่ยนไปใช้พลังงานหมุนเวียนยังต้องสร้างระบบกักเก็บพลังงานที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ปลอดภัย และราคาไม่แพงอีกด้วย ด้วยเหตุนี้ การค้นหาแบตเตอรี่ทดแทนลิเธียมราคาถูก ปลอดภัย และเป็นทางเลือกจึงเป็นกุญแจสำคัญในการเคลื่อนย้ายเข็มไปสู่ภาคพลังงานหมุนเวียนอย่างสมบูรณ์
นอกเหนือจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
เช่นเดียวกับยานพาหนะไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า เนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานสูง เป็นโซลูชันแบบแยกส่วนสำหรับกักเก็บพลังงาน แต่การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังนำมาซึ่งความท้าทายด้วยราคาวัสดุที่สูง ความเสี่ยงต่อการเกิดเพลิงไหม้และการระเบิด และการขาดแนวทางปฏิบัติในการรีไซเคิล ซึ่งจำกัดการนำแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมาใช้อย่างกว้างขวางสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า
ทางเลือกหนึ่งที่น่าเหลือเชื่อที่จะทดแทนลิเธียมสำหรับการจัดเก็บพลังงานระดับกริดคือ แบตเตอรี่สังกะสีไอออนแบบชาร์จไฟได้. ที่เกิดขึ้นใหม่ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาเท่านั้นแบตเตอรี่ซิงค์ไอออนมีข้อดีมากกว่าลิเธียมหลายประการ ซึ่งรวมถึงต้นทุนวัสดุที่ถูกกว่า ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น และทางเลือกในการรีไซเคิลที่ง่ายขึ้น
ด้วยศักยภาพในการจัดเก็บพลังงานระดับกริดโดยมีต้นทุนที่ถูกกว่ามากและมีระดับความปลอดภัยที่สูงกว่า การนำแบตเตอรี่สังกะสีไอออนเชิงพาณิชย์มาใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลายอาจเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการรวมพลังงานหมุนเวียนเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานในแคนาดาและประเทศอื่นๆ
ค่าใช้จ่ายของแบตเตอรี่
เพื่อให้แคนาดาบรรลุเป้าหมายการลดการปล่อยคาร์บอนที่ตั้งไว้ในแคนาดา พระราชบัญญัติความรับผิดชอบในการปล่อยมลพิษสุทธิเป็นศูนย์, รวมถึงโครงข่ายที่ใช้พลังงานไฟฟ้าหมุนเวียนร้อยละ 90การใช้แบตเตอรี่สังกะสีไอออนจะมีความสำคัญ
การศึกษาพบว่าพลังงานหมุนเวียนจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้า 90 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานทั้งหมด ต้นทุนการจัดเก็บพลังงานจะต้องต่ำกว่า US$150/kWh. ระบบลิเธียมไอออนสมัยใหม่นั้น ยังคงอยู่ที่ประมาณ US$350/kWh. ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากต้นทุนการผลิตที่สูงและการพึ่งพาวัตถุดิบที่มีราคาแพงเพื่อให้ได้พลังงานที่มีความหนาแน่นสูงตามที่ต้องการ ยานพาหนะไฟฟ้าที่ทันสมัย.
ในทางกลับกัน แบตเตอรี่ซิงค์ไอออนสามารถแก้ปัญหาด้านต้นทุนและความอุดมสมบูรณ์ได้ การใช้วัสดุที่มีราคาไม่แพงและอุดมสมบูรณ์ เช่น สังกะสีและแมงกานีส ไม่เพียงแต่ทำให้ราคาถูกลงในการผลิต แต่ยังลดความเสี่ยงจากการหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทานหรือการขาดแคลนวัสดุที่ส่งผลกระทบต่อวัสดุลิเธียมไอออน เช่น ลิเธียมและ โคบอลต์.
พื้นที่ การผลิตสังกะสีประจำปี ทั่วโลกคือ มากกว่าลิเธียมถึง 100 เท่า. ไม่ต้องพูดถึงเรื่องนั้น ความต้องการลิเธียมและโคบอลต์คาดว่าจะมีมากกว่าอุปทานภายในทศวรรษหน้า.
สังกะสีเป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยกว่า
กับ มาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวด ถูกสร้างขึ้นสำหรับแบตเตอรี่ที่ใช้ในบ้าน โรงงาน หรือภายในโครงข่ายไฟฟ้า ความปลอดภัยเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้สาธารณชนยอมรับแบตเตอรี่เหล่านี้ ด้วยวิธีนี้ แบตเตอรี่ซิงค์ไอออนจึงมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติม
พื้นที่ อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ตัวทำละลายที่ติดไฟและเป็นพิษของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จะถูกแทนที่ด้วยทางเลือกที่ใช้น้ำ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงจากไฟไหม้และการระเบิด
ในทางกลับกัน การกำจัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่างปลอดภัยอาจเป็นงานที่ยากเช่นกัน เนื่องจากมีสารประกอบที่เป็นพิษ ปัจจุบันการรีไซเคิลแบตเตอรี่เหล่านี้ไม่สามารถทำได้ในเชิงเศรษฐกิจเนื่องจากมีต้นทุนสูง นำไปสู่เซลล์ที่ใช้แล้วจำนวนมากไปฝังกลบ
โชคดีที่ แบตเตอรี่สังกะสีไอออนช่วยลดความยุ่งยากในการดูแลรักษาเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน. อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำปลอดสารพิษที่ใช้ในแบตเตอรี่ซิงค์ไอออนหมายความว่าเช่นนั้น วิธีการที่ได้รับการยอมรับอย่างดี เช่น การกำจัดแบตเตอรี่ตะกั่วกรด สามารถใช้ได้. นอกจากนี้ ขั้วบวกสังกะสีโลหะยังสามารถนำมาใช้ซ้ำกับแบตเตอรี่ใหม่ได้อย่างง่ายดาย
อนาคตของการจัดเก็บพลังงาน
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายการใช้พลังงานหมุนเวียนร้อยละ 90 ภายในปี 2030 แคนาดาจะต้องมองหาทางเลือกอื่นนอกเหนือจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพื่อให้สามารถลดการปล่อยคาร์บอนในภาคพลังงานได้ ด้วยการใช้ประโยชน์จากต้นทุน ความอุดมสมบูรณ์ และความปลอดภัยของแบตเตอรี่ซิงค์ไอออน แคนาดาสามารถเร่งการรวมพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ได้ทั่วประเทศ
แบตเตอรี่ซิงค์ไอออนสนับสนุนเป้าหมายการลดคาร์บอนของแคนาดา และพิสูจน์ถึงโอกาสในการใช้ประโยชน์จากตลาดแบตเตอรี่ที่กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว แม้ว่าแบตเตอรี่ซิงค์ไอออนจะเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ แต่ก็ไม่อาจมองข้ามศักยภาพของแบตเตอรี่ในการรองรับการจัดเก็บพลังงานระดับกริดภายในแคนาดาและทั่วโลกได้
ด้วยความช่วยเหลือจากการวิจัยและการผลิตของแคนาดารวมทั้งความพยายามจาก มหาวิทยาลัย McMaster และดาร์ตมัธ รัฐนิวเซาท์เวลส์ บริษัท ซาเลียนท์ เอ็นเนอร์จีการรวมแบตเตอรี่สังกะสีไอออนอาจกลายเป็นความจริงภายในไม่กี่ปีข้างหน้า ส่งผลให้แคนาดาเป็นผู้นำในอุตสาหกรรม
เกี่ยวกับผู้เขียน
พายุวิลเลียม ดี. กอร์ลีย์, ผู้สมัครระดับปริญญาเอก สาขาวิศวกรรมเคมี, มหาวิทยาลัย McMaster และ ดรูว์ ฮิกกินส์, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเคมี, มหาวิทยาลัย McMaster
บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.
