Tehnologija čiji koreni sežu do bronzanog doba može ponuditi brzo i jeftino rešenje za postizanje klimatskog cilja Ujedinjenih nacija o neto nultim emisijama do 2050. godine, prema nedavnom istraživanju PNAS Nekus-a koje je vodio Stanford.
Tehnologija uključuje sklapanje cigli koje apsorbuju toplotu u izolovanom kontejneru, gde mogu da skladište toplotu koju generiše solarna ili energija vetra za kasniju upotrebu na temperaturama potrebnim za industrijske procese. Toplota se tada može osloboditi kada je to potrebno propuštanjem vazduha kroz kanale u naslagama „šamotnih opeka“, čime se omogućava fabrikama cementa, čelika, stakla i papira da rade na obnovljivu energiju čak i kada vetar i sunce nisu dostupni.
Ovi sistemi, koje je nekoliko kompanija nedavno počelo da komercijalizuje za industrijsko skladištenje toplote, predstavljaju oblik skladištenja toplotne energije. Opeke su napravljene od istih materijala kao i izolacione cigle koje su oblagale primitivne peći i peći za pravljenje gvožđa pre hiljadama godina. Za optimizaciju za skladištenje toplote umesto izolacije, materijali se kombinuju u različitim količinama.
Baterije mogu da skladište električnu energiju iz obnovljivih izvora i obezbeđuju električnu energiju za proizvodnju toplote na zahtev. „Razlika između skladištenja šamotnih opeka i skladištenja baterija je u tome što šamotne cigle skladište toplotu, a ne električnu energiju i predstavljaju jednu desetinu cene baterija“, rekao je vodeći autor studije Mark Z. Džejkobson, profesor građevinskog i ekološkog inženjeringa u školi Stanford Doer održivosti i Tehnička škola. „Materijali su takođe mnogo jednostavniji. Oni su u suštini samo komponente prljavštine.“
Mnoge industrije zahtevaju toplotu visoke temperature za proizvodnju. Temperature u fabrikama moraju da dostignu najmanje 1.300 stepeni Celzijusa (skoro 2.400 stepeni Farenhajta) da bi se proizveo cement, i 1.000 C (oko 1.800 F) ili više za proizvodnju stakla, gvožđa i čelika. Danas oko 17% svih emisija ugljen-dioksida širom sveta potiče od sagorevanja fosilnih goriva za proizvodnju toplote za industrijske procese, prema proračunima Džejkobsona i koautora Danijela Sambora. Proizvodnja industrijske toplote iz obnovljivih izvora mogla bi samo da eliminiše ove emisije.
„Skladištenjem energije u obliku koji je najbliži njenoj krajnjoj upotrebi, smanjujete neefikasnost u konverziji energije“, rekao je Sambor, postdoktorant građevinskog inženjerstva i zaštite životne sredine. „U našoj oblasti se često kaže da ‘ako želite tople tuševe, čuvajte toplu vodu, a ako želite hladne napitke, čuvajte led’; tako da se ova studija može sažeti kao ‘ako vam je potrebna toplota za industriju, čuvajte je u šamotnim opekama. “
Istraživači su pokušali da ispitaju uticaj upotrebe šamotnih opeka za skladištenje većine toplote industrijskih procesa u 149 zemalja u hipotetičkoj budućnosti gde je svaka zemlja prešla na vetar, geotermalnu energiju, hidroenergiju i solarnu energiju za sve energetske svrhe. 149 zemalja je odgovorno za 99,75% globalnih emisija ugljen-dioksida iz fosilnih goriva. „Naša je prva studija koja ispituje veliku tranziciju obnovljive energije sa vatrostalnim opekama kao delom rešenja“, rekao je Džejkobson. „Otkrili smo da vatrostalne opeke omogućavaju brži i jeftiniji prelazak na obnovljive izvore energije, a to pomaže svima u pogledu zdravlja, klime, poslova i energetske sigurnosti.
Tim je koristio kompjuterske modele da uporedi troškove, potrebe za zemljištem, uticaje na zdravlje i emisije uključene u dva scenarija za hipotetičku budućnost u kojoj 149 zemalja 2050. godine koristi obnovljive izvore energije za sve energetske svrhe. U jednom scenariju, vatrostalne opeke obezbeđuju 90% toplote industrijskog procesa. Sa druge strane, nema prihvatanja vatrostalnih opeka ili drugih oblika skladištenja toplotne energije za industrijske procese. U scenariju bez vatrostalne opeke, istraživači su pretpostavili da će toplota za industrijske procese dolaziti iz električnih peći, grejača, bojlera i toplotnih pumpi, sa baterijama koje se koriste za skladištenje električne energije za te tehnologije.
Istraživači su otkrili da bi scenario sa šamotnim ciglama mogao smanjiti kapitalne troškove za 1,27 biliona dolara u 149 zemalja u poređenju sa scenarijem bez skladištenja šamotnih opeka, dok bi smanjio potražnju za energijom iz mreže i potrebu za kapacitetom za skladištenje energije iz baterija.
Rešenja za ubrzanje prelaska na čistu energiju povezana su i sa zdravljem ljudi. Prethodna istraživanja su pokazala da zagađenje vazduha sagorevanjem fosilnih goriva uzrokuje milione ranih smrti svake godine. „Svaki deo goriva za sagorevanje koji zamenimo električnom energijom smanjuje to zagađenje vazduha“, rekao je Džejkobson. „I pošto postoji ograničena količina novca za prelazak velikom brzinom, što je niži trošak celokupnog sistema, to možemo brže da ga primenimo.
Džejkobson je svoju karijeru proveo razumevajući zagađenje vazduha i klimatske probleme i razvijajući energetske planove za zemlje, države i gradove za rešavanje ovih problema. Ali njegov fokus na vatrostalne opeke je relativno nov, inspirisan željom da se identifikuju efikasna rešenja koja bi se mogla brzo usvojiti.
„Zamislite da predložimo skup i težak metod prelaska na obnovljivu električnu energiju — imali bismo vrlo malo korisnika. Ali, ako će ovo uštedeti novac u poređenju sa prethodnim metodom, biće brže implementirano“, rekao je on. „Ono što me uzbuđuje je to što je uticaj veoma velik, dok mnoge tehnologije koje sam pogledao imaju marginalne uticaje. Ovde mogu da vidim značajnu korist po niskoj ceni iz više uglova, od pomoći da se smanji smrtnost od zagađenja vazduha kako bi se olakšao prelazak sveta na čiste obnovljive izvore energije.“
