A globális energetikai rangsorban egy ország kiemelkedik. Kína a világ legéhesebb energiafogyasztója világszerte – tavaly közel 3,3 milliárd tonna olajnak megfelelő energiát igényelt. 2011 óta több szenet égetett el, mint az összes többi ország együttvéve. És az ettől a fosszilis tüzelőanyagtól való függősége egyre csak nő:

De ezek a számok csak egy része a történetnek: Kína a világ legtermékenyebb szélenergia-termelője is, több mint kétszer akkora kapacitással, mint a második legnagyobb termelő, az Egyesült Államok. És a világ napenergia-termelő kapacitásának mintegy harmadával rendelkezik, tavaly több rendszert épített, mint bármely más ország.

A népesség és a gazdaság évtizedek óta tartó gyors növekedése, a hatalmas feldolgozóiparral és az utcai megvilágítású, központilag fűtött városokba irányuló tömeges migrációval együtt Kínát energiaéhes nemzetté tette. Felismerve ezt az éhséget és azt a kárt, amit a fosszilis tüzelőanyagoktól való hosszú távú függés okozna, a kínai kormány terveket készített az ország energiaszükségleteinek kezelésére. A tudomány és a technológia – olyan területeken, mint az akkumulátor-technológiák, a fotovoltaika és az energiagazdálkodás – pedig e tervek középpontjában áll.

A nettó energiaigény csökkentése nem része a politikának, még akkor sem, ha Kína energiamixe átalakul. A BP energetikai vállalat szerint 2018-ban Kína a globális energiafogyasztás 24%-át adta. A cég becslése szerint 2040-re Kína még mindig a lista élén áll majd, és a globális fogyasztás 22%-át adja majd.

Az ország hatalmas beruházásokat hajtott végre a megújuló energiaforrásokba, 2015-ben a bruttó hazai termék (GDP) 0,9%-át helyezte el az ágazatban – ez a harmadik legmagasabb összeg a világon Chile és Dél-Afrika után, amelyek a GDP egyenként 1,4%-át fektették be. Ennek ellenére a Kína által fogyasztott energiának csupán 23%-a származik “tiszta” forrásokból (beleértve a földgázt is), míg 2019-ben közel 58%-a szénből származott – ez a legszennyezőbb a világszerte még mindig széles körben használt lehetőségek közül. (A fennmaradó kínai energia nagy része olajból és atomenergiából származik.)

A szennyezés elleni fellépés

A szén és más nem megújuló energiaforrások elégetése az ország energiaéhségének csillapítására látható problémává vált, a nagyvárosok, például Peking gyakran sűrű szmogba burkolóznak. A légszennyezés 2013-ban annyira elhatalmasodott Kína egyes részein, hogy a média levegőpokalipszisnek nevezte a helyzetet, mivel a lakosok az Egészségügyi Világszervezet által biztonságosnak tartott részecskeszint 30-szorosát is elviselték. A probléma leküzdésére tett erőfeszítések ellenére 48 kínai város még mindig a világ 100 legszennyezettebb városa között szerepel.

A szennyezettségi szintek további intézkedéseket kényszerítettek ki. 2016 decemberében a kínai kormány a megújuló energiára vonatkozó fejlesztési tervet vezetett be a 2016-20 közötti időszakra vonatkozó, átfogó, 2016-ban megjelent 13. ötéves társadalmi és gazdasági fejlesztési tervének kiegészítéseként. Ez tartalmazta azt a kötelezettségvállalást, hogy 2030-ra 20%-ra növeli a megújuló és a nem fosszilis energiahordozókból származó energiafogyasztás arányát. Ez a vállalás, Li Keqiang miniszterelnök ígérete szerint súlyos csapásokat fog mérni az ország szénfüggőségéből eredő levegő- és vízszennyezés közös problémáira.

“Az olcsó nap- és szélenergia fejlesztése a fosszilis energia kiváltására Kína alapvető energiastratégiájává vált a légszennyezés csökkentése érdekében” – mondja Hong Li, a Kínai Tudományos Akadémia Fizikai Intézetéhez tartozó pekingi Megújuló Energia Kiemelt Laboratóriumában szilárdtest lítium akkumulátorokkal foglalkozó kutató. Hong Li, aki részt vesz az új energiatechnológiákra vonatkozó országos tervek kidolgozásában, arra is rámutat, hogy a megújuló források által termelt villamos energia szintje – amely a nap vagy a szél mennyiségétől függően változik – kevésbé lehet egyenletes, mint a fosszilis tüzelésű erőműveké.

“Nehezebb a nap- és szélenergiát egyesíteni az elektromos hálózattal”, mint a szénalapú energiát bevonni, mondja Hong Li. A megújuló energia “kevésbé megbízható, és ez a hálózatot instabillá teheti fejlett ellenőrző rendszerek nélkül.”

2017-ben például az északnyugat-kínai, napsütéses, szeles Hszincsiang és Gansu tartományokban termelt megújuló energia több mint 30%-át soha nem használták fel. Ennek az volt az oka, hogy nem lehetett eljuttatni oda, ahol szükség lett volna rá: a több ezer kilométerre fekvő, sűrűn lakott kelet-kínai megavárosokba, például Sanghajba és Pekingbe (lásd: “Kevesebb energiapazarlás”).

Ez a dilemma arra késztette a kínai kormányt, hogy dollármilliárdokat fektessen be nagyfeszültségű vezetékekbe, hogy a napsütéses, szeles régiókban termelt energiát Kína hatalmas területein keresztül továbbítsa. Ezek közé tartozik egy 22,6 milliárd jüan (3,2 milliárd dollár) értékű, 1600 kilométeres vezeték a nyugat-kínai Csinghajból, amelyet májusban fejeztek be. Gansun keresztül egészen az ország közepén fekvő Henan tartományig vezet.

A megújuló energia szükség esetén történő rendelkezésre állásának biztosításának másik módja a tárolási kapacitás növelése. Ezt olyan technológiákkal lehet elérni, mint az akkumulátorok, a szivattyús víztárolás és a hőtárolás, mondja Yuki Yu, a hongkongi Energy Iceberg tiszta energiával foglalkozó tanácsadó cég alapítója.

“Az akkumulátorok képesek tárolni a felesleges energiát, majd később felszabadítani azt. Kínában a tisztviselők és a tudósok kezdték felismerni ennek az elektromos hálózataink stabilizálására gyakorolt hatását” – mondja Xianfeng Li, aki a Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) energiatárolási részlegét vezeti.

2017-ben Kína kiadta első nemzeti politikai dokumentumát az energiatárolásról, amely hangsúlyozta, hogy olcsóbb, biztonságosabb, több energiát tárolni képes akkumulátorokat kell kifejleszteni, hogy tovább növeljék az ország képességét az általa termelt energia tárolására (lásd “Kína akkumulátoros lendülete”). A technológiák közé tartoznak a lítium-ion akkumulátorok – az elektromos járművekben használt típusok – és a szél- és napenergiával integrált nagyméretű, helyhez kötött akkumulátor-rendszerek.

A politikai döntéshozók terveikben világossá tették, hogy az ország tudósainak és mérnökeinek hatékonyabb energiatárolási technológiákat kell kifejleszteniük, hogy elérjék ezeket a célokat (lásd: “Növekedés a zöld kutatásban”).

Energiatárolás a gyakorlatban

A Kína északkeleti részén, Liaoning tartományban található Dalian városa mintegy hétmillió lakosú, és Xianfeng Li munkájának egyik kísérleti helyszíne. A téli hőmérséklet ott akár -20 °C-ra is csökkenhet, ami nyomás alá helyezi a város villamosenergia-hálózatát, hogy hirtelen intenzív kitöréseket biztosítson, amikor a lakosok felkapcsolják a fűtést, mondja.

Azért, hogy segítsen megoldani ezt az igényt, a Rongke Power, a DICP-ből kivált vállalat idén egy 400 megawattórás (MWh) energiatároló létesítményt tervez megnyitni Daliánban. Ez az első szakasza annak a projektnek, amelynek célja, hogy 2023-ig egy 800 MWh kapacitású létesítményt hozzon létre, és amely vanádium-áramlású akkumulátorokat használ – hatalmas újratölthető eszközöket, amelyek folyékony elektrolitot tárolnak hatalmas tartályokban. A végső kapacitás Liaoning teljes energiaigényének körülbelül 0,5%-át fedezné, ahol Dalian a második legnagyobb város.

Xianfeng Li szerint a projekt képes lesz hozzájárulni a város szünetmentes áramellátásához, miközben tárolja és szabályozza a hálózat energiaellátását az egész tartomány számára, amely energiájának 16,2%-át megújuló energiaforrásokból nyeri. A tartományok között nagy különbségek vannak abban, hogy energiájuk mekkora része származik megújuló energiaforrásokból: a dél-kínai Csiangszu tartományban például ez az arány 2,7%, míg a napsütötte, ritkán lakott Belső-Mongóliában 30,1%. Liaoning szomszédai közül Jilin az energiájának 8%-át nem fosszilis tüzelőanyagokból nyeri, Hebei pedig 9,1%-ot.

A Xianfeng Li által Dalianban tesztelt típusú vanádium-áramlásos akkumulátoroknak van néhány előnyük a hagyományos lítium-ion akkumulátorokkal szemben az olyan nagyméretű alkalmazásokhoz, mint a hálózati energia: mivel a vanádium elektrolitot egy tartályban tárolják, sokkal olcsóbban méretezhetők, mint a diszkrét lítium-ion akkumulátorok. A vanádium akkumulátorok kevésbé valószínű, hogy kigyulladnak, és élettartamuk körülbelül tízszerese a lítium-ion akkumulátorokénak.

Xianfeng Li azt mondja, hogy az elmúlt években a vanádium-áramlásos akkumulátorokkal kapcsolatos munkájának finanszírozása meredeken nőtt, és a vállalatok is érdeklődtek a csapatával való együttműködés iránt. Azt mondja, hogy a DICP jelenleg mintegy 30 olyan vállalattal dolgozik együtt, amelyek az intézetből váltak ki.

“A vállalkozások most már érdeklődnek e technológia fejlesztése iránt, mert tudják, hogy a kormány erre összpontosít, és ezért bátran fektetnek be” – mondja.

Yu szerint a helyi önkormányzatok most már szívesen támogatják a vállalatokat, hogy akkumulátor-tároló létesítményeket építsenek. “Egy olyan időszakban, amikor a politikai döntéshozók új utakat keresnek a növekedés ösztönzésére a régióikban, az akkumulátorgyártó ipar nagyon ígéretesnek tűnik, így a kormányok motiváltak az ilyen típusú beruházások ösztönzésére.”

A változás vezetése

A 2016-20-as ötéves terv azt is hangsúlyozta, hogy a kutatóknak tovább kell fejleszteniük az akkumulátor-technológiát, hogy az elektromos autók egy töltéssel messzebbre lehessenek. A Kínában legkelendőbb elektromos jármű, a Tesla Model 3 hatótávolsága körülbelül 400 kilométer (a legtöbb modern elektromos jármű hatótávolsága 160-600 km).”

“Az elektromos járművek fejlesztése egy másik fontos stratégia a környezetszennyezés csökkentésére, különösen, ha ez a villamos energia tiszta energiából származik. Ezért ki kell fejlesztenünk az elektromos járművek akkumulátor-technológiáját” – mondja Hong Li, aki elmondása szerint 2012-ben az energiatárolásra, az elektromos járművekre és más technológiákra irányuló kutatás finanszírozásának növekedését észlelte Kínában. Rámutat azonban, hogy az ország még mindig lemaradásban van az energiatárolás alaptudományai terén az Egyesült Államok és Európa vezető laboratóriumaihoz képest, amelyek az alapvető kémiai és anyagtudományok megértésében jeleskednek. Ennek ellenére szerinte Kína aktívabban alkalmazza ezt a tudást, hogy innovációt hozzon létre a fejlett akkumulátorrendszerek terén. És az ország kutatási környezetének nagyságrendje – az egyetemektől az ipari csapatokig – segített a kínai tudósoknak abban, hogy átfogó ismereteket szerezzenek arról, hogyan lehet anyagokat és eszközöket fejleszteni a való világ számára.

Jövőtervezés

Kína rendelkezik a fejlett világ egyik legolcsóbb áramárával (lásd: “Az áramárak csökkennek”). A költségeket a helyi önkormányzatok határozzák meg, és a makrogazdasági politikát felügyelő Nemzeti Fejlesztési és Reformbizottság energiaügyi hivatala hagyja jóvá. Az árakat alacsonyan tartják a gazdasági növekedés ösztönzése érdekében.

De e törekvés ellenére az ország megkezdte a tiszta üzemanyagok egyes támogatásainak fokozatos megszüntetését: például az idei év után leállítja a szárazföldi szélenergia támogatását. Kína vezetői azt remélik, hogy a megújuló energiaforrások a közeljövőben gazdaságilag versenyképessé válnak a fosszilis tüzelőanyagokkal szemben. A válasz az erőteljesebb energiatárolási infrastruktúra fejlesztésében rejlik.

Hong Li az energiatárolás fejlesztésével foglalkozó kínai nemzeti tervezőbizottság tanácsadója. A bizottság mérnökökkel és politikai döntéshozókkal együtt egy ötéves kutatási és fejlesztési terven dolgozik, amely jövőre kezdődik. Ez többek között arra ösztönzi majd a tudósokat, hogy olyan energiatárolási technológiákat fejlesszenek ki az elektromos hálózat számára, amelyek önmagukban biztonságosabbak, olcsóbbak és hosszabb élettartamúak.

Xianglei Liu, a Nanjingi Repülési és Űrhajózási Egyetem energia- és energiamérnöki karának napenergia-kutatója szerint a kínai tiszta energiatermelés javítása érdekében a terület tudósai számára rendelkezésre áll a finanszírozás. “A kormány ambiciózus célja, hogy több tiszta energiát használjon, azt jelenti, hogy rengeteg finanszírozás áll rendelkezésre” – mondja Liu.

Liu például tavaly 1,3 millió jüan támogatást nyert a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítványtól, az ország legnagyobb támogatásokat finanszírozó ügynökségétől, hogy javítsa a naphőerőművekben használt anyagok hőtároló képességét, amelyek a Nap hőjéből termelnek energiát, nem pedig a fényéből, mint a fotovoltaikus panelek. Az 5 éves projektben Kína 6 tudományos intézetének mintegy 40 tudósa vesz részt. Liu a közelmúltban a Nanjing Jinhe Energy Materials céggel is elkezdett dolgozni egy olyan anyag kifejlesztésén, amely nagy energiatárolási sűrűséggel és nagy hővezető képességgel rendelkezik.

Yi Jin, a Nanjing Jinhe Energy Materials kutatási és fejlesztési igazgatója szerint mivel a kormány a megújuló energiával foglalkozó vállalatoknak nyújtott támogatások csökkentését tervezi, a zöld erőműveket üzemeltető cégek szívesen vásárolnak vagy befektetnek olyan technológiába, amely növeli a termelésüket és csökkenti a termelési költségeket.

“A mi technológiánk javítja a megújuló energia stabilitását, és így csökkenti az erőművek költségeit, mivel hatékonyabbá teszi őket” – mondja Jin.

Összességében Hong Li optimista, hogy a kormányzati beruházások és a tudományos fejlődés győzni fog. “Amíg a megfelelő politikákat és technológiákat fejlesztjük ki ezek támogatására” – mondja – “addig fokozatosan csökkenthetjük a szénfüggőségünket”

.