W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku PNAS zespół naukowców opisał stworzenie nowego rodzaju magazynu energii. Co jednak go wyróżnia spośród dotychczasowych rozwiązań to to, że został on zbudowany jedynie z cementu, sadzy i wody. Badacze przekonują, że technologia jest całkowicie skalowalna i w najbliższym czasie może znacząco obniżyć koszty produkcji magazynów energii i umożliwić stworzenie zasilanej odnawialnymi źródłami energii sieci, która będzie stabilnie zapewniać zapasy energii pomimo fluktuacji wynikającej ze zmienności wiatru czy nasłonecznienia.
W ramach projektu badawczego naukowcy z MIT odkryli, że cement i sadzę można połączyć ze sobą przy pomocy wody, tworząc w ten sposób superkondensator, który może być alternatywą dla tradycyjnych akumulatorów. W takim superkondensatorze można skutecznie gromadzić i magazynować energię elektryczną.
Czytaj także: Znaleźli sposób na tanie magazynowanie energii. To rewolucja, o jakiej nawet nie myśleliśmy
Takie rozwiązanie może potencjalnie być bardzo wygodne w użyciu. Jego twórcy przekonują, że superkondensator można wbudować dosłownie w betonowy fundament domu, gdzie będzie można magazynować energię na cały dzień, nie zwiększając przy tym znacząco kosztów. W dalszej przyszłości teoretycznie tego typu rozwiązania można by było nawet wbudować w betonową jezdnię, która mogłaby bezdotykowo ładować jadące po niej samochody elektryczne.
Cała zaleta nowych superkondensatorów opracowanych przez naukowców z MIT kryje się w metodzie wytwarzania materiału na bazie cementu o niezwykle dużej powierzchni wewnętrznej dzięki gęstej, wzajemnie połączonej sieci materiału przewodzącego w jego objętości masowej. Naukowcy osiągnęli to poprzez wprowadzenie sadzy technicznej do mieszanki betonowej wraz z proszkiem cementowym i wodą i pozostawienie jej do utwardzenia. Woda w naturalny sposób tworzy w strukturze rozgałęzioną sieć otworów, reagując z cementem, a węgiel migruje do tych przestrzeni, tworząc w stwardniałym cemencie struktury przypominające przewody.
Struktury te mają strukturę przypominającą fraktal, z większymi gałęziami wypuszczającymi mniejsze gałęzie, a te wypuszczają jeszcze mniejsze gałęzie itd. Efektem jest niezwykle duża powierzchnia w stosunkowo małej objętości. Materiał ten jest następnie moczony w standardowym materiale elektrolitowym, takim jak chlorek potasu, rodzaj soli, który dostarcza naładowane cząstki gromadzące się na strukturach węglowych. Naukowcy odkryli, że dwie elektrody wykonane z tego materiału, oddzielone cienką przestrzenią lub warstwą izolacyjną, tworzą bardzo silny superkondensator.
Cały pomysł jest niezwykle fascynujący. Okazuje się bowiem, że do rozwiązania problemu związanego z technologiami przyszłości można wykorzystać materiały znane od dwóch tysięcy lat. Wystarczy je odpowiednio ze sobą połączyć, aby stworzyć niemalże idealny nanokompozyt, który może przyspieszyć rozwój technologii i przejście na odnawialne źródła energii, bez konieczności wykorzystywania litu, którego na Ziemi jest po prostu za mało.
Czytaj także: Magazynowanie energii będzie tańsze i szybsze. To zasługa Polaków
Naukowcy obliczyli, że blok betonu wzbogaconego nanowęglową sadzą o wymiarach 45 metrów sześciennych – co odpowiada sześcianowi o średnicy około 3,5 metra – miałby wystarczającą pojemność, aby zmagazynować około 10 kilowatogodzin energii, czyli tyle ile wynosi średnie dzienne zużycie energii elektrycznej w gospodarstwie domowym. Ponieważ beton zachowałby swoją wytrzymałość, dom z fundamentem wykonanym z tego materiału mógłby zmagazynować energię wytwarzaną przez panele słoneczne lub wiatraki w ciągu jednego dnia i umożliwić jej wykorzystanie w dowolnym momencie.
Jakby tego było mało, superkondensatory można ładować i rozładowywać znacznie szybciej niż akumulatory.
Według twórców tego rozwiązania początkowo mogą one znaleźć zastosowanie w budowie domów, budynków niepodłączonych do sieci energetycznej. Domy te miałyby być zasilane ogniwami fotowoltaicznymi, które generowaną energię przechowywałyby w magazynach znajdujących się w fundamentach budynku.
Kto wie, może zatem w najbliższych latach okaże się, że ludzkość faktycznie przejdzie na odnawialne źródła energii dzięki… sadzy i cementowi.
