Zamislite da je vaša kuća zapravo poput velike baterije. A da pri tome nije napravljena na nekakav neobičan način, odnosno jednostavno je sagrađena od betona. A to je, znamo, u građevini najčešće korišteni materijal. Znanstvenici Massachusetts Institute of Technology i Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering sa Sveučilišta u Harvardu uspjeli su u laboratoriju napraviti takvu vrstu betona koja doista može skladištiti energiju, upravo onako kako se to čini u kondenzatorima. I ukalupljen doista funkcionira kao baterija, odnosno može napajati trošila različitih vrsta, poput svjetiljki. Zašto bi uopće netko radio takvo što, jasno je. Ako energije ima dovoljno ili je može biti dovoljno, iz različitih izvora, negdje je treba i skladištiti. Pogotovo ako je riječ o energiji dobivenoj iz obnovljivih izvora.
Uobičajena baterija danas sadrži i neke metale koji ili nisu tako česti ili se teško do njih dolazi u prirodi, poput litija, primjerice. Navodi se kako danas ima 101 lokacija s kojih se on vadi, no ne vlada neki optimizam da će i u tim rudnicima biti dovoljno tog metala da bi se zadovoljila sve veća potražnja. Pa je znanost očekivano uložila napore da pronađe druge načine za skladištenje energije. Pa evo jednoga dosta inovativnog. Na MIT-u su osmislili sustav koji su nazvali superkondenzatorom, i to od tri osnovna materijala koji su i vrlo jeftini, vode, betona i supstance koja se naziva crnim ugljikom, odnosno, moglo bi se reći, čađe. Superkondenzatori su visoko efikasni kod skladištenja energije ali se od baterija razlikuju na nekoliko načina, objašnjavaju na ovom uglednom američkom sveučilištu. Mogu se puniti daleko brže nego litij-ionska baterija, a istodobno ne pate od iste brzine degradacije u performansama. Ali ti materijali puno brže otpuštaju energiju pa zbog toga nisu pogodni za korištenje u pametnim telefonima, laptopima ili električnim automobilima jer se u njima energija mora otpuštati neko određeno vrijeme kako bi ti uređaji postali iskoristivima. Međutim, znanstvenici s MIT-a ne odustaju i tvrde kako upravo ovako preinačeni beton može znatno doprinijeti dekarbonizaciji svjetske ekonomije što je jedan od osnovnih ciljeva energetske tranzicije.
– Ako se ova tehnologija može skalirati, onda može pomoći u rješavanju važnog problema, a to je skladištenje obnovljive energije, kazao je Damian Stefaniuk, jedan od znanstvenika s MIT-a koji radi na ovom materijalu te potpisuje i znanstvenu studiju koja je izašla nedavno u časopisu PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences.
– Implementacija sustava obnovljive energije u velikim razmjerima zahtijeva razvoj rješenja za pohranu energije kako bi se učinkovito upravljalo neuravnoteženosti između ponude i potražnje energije. Ovdje istražujemo rješenje za pohranu energije u superkondenzatorima izrađenim od lako dostupnih prekursora materijala koji se mogu lokalno nabaviti s gotovo bilo kojeg mjesta na planetu, cementa, vode i čađe, kaže se u tom radu. Dalje objašnjavaju kako analiza teksture betona koji su posebnim postupkom napravili otkriva da reakcije hidratacije cementa u prisutnosti ugljika stvaraju ugljičnu mrežu sličnu fraktalu koja provodi elektrone i koja prožima nosivu matricu temeljenu na cementu. Pokazalo se da je kapacitet pohrane energije vrlo ozbiljan.
VEZANI ČLANCI:
– Ova intenzivna i samoslična priroda pohranjivanja energije i sposobnost brzine punjenja predstavlja priliku za masovno skaliranje od elektrodnih do strukturnih skala. Dostupnost, svestranost i skalabilnost ovih ugljično-cementnih superkondenzatora otvara horizont za stvaranje višenamjenskih struktura koje iskorištavaju veliki kapacitet pohrane energije, mogućnosti punjenja i pražnjenja visokom brzinom i strukturnu čvrstoću za održive stambene i industrijske primjene u rasponu od energetski neovisnih skladišta i ceste sa samopunjavanjem za električna vozila, do povremenog skladištenja energije za vjetroturbine i plimne elektrane, navodi se.
Ova ekipa znanstvenika smatra kako bi ovakav materijal mogao imati niz primjena. Jedna bi mogla biti stvaranje cesta koje pohranjuju solarnu energiju i zatim je oslobađaju u svrhu bežičnog punjenja električnih automobila u vožnji. Brzo oslobađanje energije iz ugljično-cementnog superkondenzatora omogućilo bi vozilima da brzo napune svoje baterije. Osim toga mogla bi se napraviti kuća za skladištenje energije.
– Mogli bismo imati zidove, temelje ili stupove, koji su aktivni ne samo u podupiranju strukture, već i u tome da se energija skladišti unutar njih, rekao je Stefaniuk za BBC. Međutim, još smo doista jako daleko od toga. Ne samo zato što bežično punjenje, pogotovo na skalama potrebnim za punjenje električnog vozila, nije još dovedeno do klasične komercijalizacije. Stvar je i u tome što ovakav beton i dalje ne može skladištiti dovoljno energije za neka veća trošila. Za sada, betonski superkondenzator može pohraniti nešto manje od 300 watt-sati po kubičnom metru što je dovoljno za napajanje LED žarulje od 10 wata na 30 sati. Stepaniuk ipak tvrdi kako se izlazna snaga može činiti niskom u usporedbi s konvencionalnim baterijama, ali temelj s 30-40 kubičnih metara betona mogao bi biti dovoljan da zadovolji dnevne energetske potrebe kuće za stanovanje na njemu napravljene. Koncept su dokazali stvaranjem superkondenzatora kapaciteta 1 Volta veličine kovanice od centa pa ga spojili u seriju za napajanje LED žarulje od 3 Volta. Od tada su to povećali za proizvodnju superkondenzatora od 12 V. Stepaniuk je također uspio upotrijebiti i veće verzije superkondenzatora za napajanje ručne igraće konzole. Pokušat će se i s većim verzijama, čak volumena 45 kubika u koju bi se trebalo moći pospremati oko 10 kWh energije koliko procjenjuju da je potrebno za dan napajanja jedne kuće za stanovanje. Temelj je ovog materijala doista crni ugljik, odnosno čađa, zbog svoje u ovom kontekstu najbitnije osobine, a to je visoka vodljivost. Kada se crni ugljik pomiješa s cementom i vodom, stvara se beton koji je premrežen vodljivim materijalom pri čemu se da se ta mreža stalno grana kao na sitne korijene. Takav beton izliven u blokove funkcionira jednako kao i klasični kondenzator, dva se bloka potapaju u elektrolit, pušta se struja, no tada membrana od crnog ugljika ne dopušta da se između dva bloka izmjenjuju ioni te se stvara električno polje. Tako napravljen kondenzator može primiti jako puno energije u kratkom vremenu što ga potencijalno čini pogodnim za skladištenje količina energije koje bi, recimo, došle od obnovljivih izvora poput solara ili vjetra. Koliko se te čađe smije dodati u mješavinu betona, još je jedno pitanje na koje se traži odgovor jer prevelika količina može dovesti u pitanje strukturnu čvrstoću cijelog bloka. Ali onda dolazi sljedeća kvaka – na proizvodnju cementa otpada od pet do osam posto emisija ugljičnog dioksida koje napravi čovjek, ugljik se već iskorištenom cementu ne bi mogao dodati već bi se sve moralo napraviti ispočetka.
