Znanstvenici s MIT-a razvili su uređaj koristeći samo tri jeftina materijala: vodu, cement i industrijsku čađ.
Na laboratorijskoj klupi u Cambridgeu, Massachusetts, nalazio se glatki blok crnog betona, isprepleten kablovima i uronjen u tekućinu. Na prvi pogled, beton nije imao nikakvu funkciju, no kad je Damian Stefaniuk uključio prekidač, LED svjetla povezana s betonskim blokovima počela su svijetliti.
Stefaniuk je izjavio da nije mogao vjerovati svojim očima kad je objašnjavao kako su se LED svjetla upalila. Mislio je da su možda bila već uključena iz vanjskog izvora električne energije, što je potaknulo njihovo svjetljenje.
“Bila je to izvanredna situacija. Pozvali smo i druge studente i profesore da svjedoče jer ni oni nisu prvotno vjerovali da je moguće.” Što je toliko uzbudljivo? Pa, taj bezazleni, tamni komad betona mogao bi biti ključ za budućnost skladištenja električne energije.
Obično se obveze prema obnovljivim izvorima energije odnose na čistu energiju dobivenu iz Sunca, vjetra i mora, ali ovi izvori nisu konstantni – Sunce ne sja uvijek, vjetar ne puše uvijek, a more se ne uvijek giblje. To znači da su ovi izvori energije nepouzdani, što može predstavljati izazov u današnjem svijetu koji sve više ovisi o električnoj energiji.
Rudnici litija nisu dovoljni za zadovoljavanje svjetskih potreba
To implicira da je potrebno skladištiti električnu energiju u baterije koje koriste materijale poput litija, koji su ograničeni resurs na Zemlji. Trenutno je aktivan samo 101 rudnik litija, što postavlja pitanje mogu li ti resursi zadovoljiti rastuće potrebe, dok se istovremeno smanjuje ugljični otisak na minimum.
Upotreba zidova kuća kao energetskih skladišta
Također, proces rudarenja litija zahtijeva značajnu količinu energije i vode, što umanjuje prednosti prelaska na obnovljive izvore energije. Dodatno, ekstrakcija litija često uključuje ispuštanje toksičnih kemikalija u lokalne vodene sustave. Kao potencijalno rješenje ističe se istraživanje Stefaniuka i njegovih kolega s MIT-a, koji su razvili uređaj za skladištenje energije nazvan superkondenzator, koristeći tri osnovna i jeftina materijala – vodu, cement i industrijski ugljen poznat kao carbon black.
Superkondenzatori imaju visoku učinkovitost u skladištenju energije, no znatno se razlikuju od baterija. Brže se pune od litij-ionskih baterija i imaju manje gubitke u radnim svojstvima tijekom vremena. Suprotno tome, superkondenzatori brže otpuštaju pohranjenu energiju, što ih čini manje prikladnima za uređaje poput mobitela, prijenosnih računala ili električnih vozila kojima je potrebna stabilna opskrba energijom tijekom duljeg razdoblja.
Prema Stefaniučevom mišljenju, ugljično-cementni superkondenzatori mogli bi značajno doprinijeti smanjenju ugljičnog otiska globalnog gospodarstva te, ako se riješi izazov veličine, postati ključno rješenje za pohranu obnovljive energije.
Jedna moguća primjena uključuje izgradnju cesta koje bi mogle skladištiti sunčevu energiju i bežično puniti automobile koji njima prolaze. Brzo ispuštanje energije iz superkondenzatora omogućilo bi brzo punjenje baterija električnih vozila. Druga potencijalna primjena uključuje upotrebu betona za temelje kuća koji bi mogli služiti kao skladišta energije. Stefaniuk sugerira da bi se zidovi, temelji ili nosivi zidovi kuće mogli koristiti za podršku građevini i istovremeno skladištenje energije.
Međutim, tehnologija je još u razvoju, a trenutno betonski superkondenzatori mogu skladištiti manje od 300 vat-sati po prostornom metru, što je dovoljno da 10-vatna LED žarulja svijetli 30 sati.
Ugljično-cementni superkondenzatori mogli bi znatno doprinijeti smanjenju ugljičnog otiska globalnog gospodarstva.
Stefaniuk
Oslobađanje opterećenih mreža
Superkondenzatori koriste neobično svojstvo industrijske čađe – visoku provodljivost. Kada se carbon black pomiješa s cementom i vodom, stvara se beton koji je provodljiv, sličan razgranatom, sitnom korijenu. Kondenzatori se sastoje od dvije provodne ploče između kojih je elektrolitska opna. Obje ploče su napravljene od carbon black cementa i prethodno su natopljene u elektrolitskoj soli, kao što je kalijev klorid.
Kada se struja pušta kroz ploče natopljene elektrolitom, pozitivno nabijene ploče privlače negativno nabijene ione iz kalijevog klorida. Elektrolitska opna sprječava izmjenu nabijenih iona između ploča, što stvara električno polje razdvajanjem naboja.
Superkondenzatori su izuzetno korisni za brzo skladištenje velikih količina energije nastale iz sporadičnih obnovljivih izvora poput vjetra i sunca. Što pomaže u rasterećenju elektroenergetskih mreža kad ti izvori nisu aktivni. Međutim, superkondenzatori imaju nedostatak brzog otpuštanja pohranjene energije te nisu optimalno rješenje za kontinuiranu proizvodnju energije potrebnu za stalnu opskrbu kućanstava tijekom dana.
Također, iako bi ugljično-cementni superkondenzatori mogli smanjiti našu ovisnost o litiju, važno je napomenuti da proizvodnja cementa doprinosi između 5 i 8 posto globalnih emisija ugljičnog dioksida. Ugljični cement potreban za izradu superkondenzatora mora biti svježe proizveden. Što znači da postojeći cement ne može biti naknadno tretiran, prenosi Poslovni. Unatoč tome, ova tehnologija se čini obećavajućom inovacijom s mnogim potencijalnim primjenama, pružajući sredstvo koje bi moglo značajno olakšati tranziciju prema čišćoj i održivijoj budućnosti svijeta.
