Pierwszym, dobrym krokiem w tym kierunku jest wprowadzanie na rynek samochodów hybrydowych i elektrycznych, ale to wciąż jednak nie jest rozwiązanie docelowe, a poza tym jest ono dobre do wdrożenia w samochodach osobowych. Ciężki transport: samoloty, statki czy pociągi wymagają jednak innego rozwiązania.
W odpowiedzi na rosnące potrzeby związane z dekarbonizacją transportu i magazynowaniem energii odnawialnej, naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali innowacyjne ogniwo paliwowe sodowo-powietrzne. Ta nowatorska technologia może nie tylko zasilać właśnie takie energochłonne środki transportu, ale również może — niejako przy okazji — aktywnie usuwać dwutlenek węgla z atmosfery.
Czytaj także: Zapomnijcie o akumulatorach. Dzięki temu odkryciu przyszłość zbudujemy na czymś innym
Ogniwo oferuje imponującą gęstość energii, aż 1700 watogodzin na kilogram, znacznie przewyższając możliwości obecnie stosowanych akumulatorów litowo-jonowych. Dla porównania: większość nowoczesnych baterii osiąga maksymalnie około 250–300 Wh/kg. Dzięki tak wysokiej wydajności nowa technologia może znacząco przyspieszyć elektryfikację transportu ciężkiego, w tym lotnictwa, kolei i żeglugi.
W odróżnieniu od konwencjonalnych baterii, ogniwo paliwowe opracowane przez naukowców z MIT nie przechowuje energii w zamkniętym układzie, lecz umożliwia ciągły przepływ reagentów – ciekłego sodu i powietrza. W wyniku ich reakcji powstaje tlenek sodu, a jednocześnie uwalniana jest energia.
Warto tutaj zatem podkreślić, że w przeciwieństwie do konwencjonalnych akumulatorów, nie wymagają one ładowania, a jedynie tankowania, co eliminuje czas przestoju między okresami pracy.
Prototyp stworzony przez badaczy z MIT we współpracy z innymi amerykańskimi instytucjami wykorzystuje dwie pionowe szklane rurki: jedną z ciekłym metalicznym sodem, drugą wypełnioną powietrzem. Połączone są one ceramicznym elektrolitem i porowatą elektrodą powietrzną. Kluczowym elementem jest precyzyjne zarządzanie wilgotnością powietrza, które pozwala osiągnąć pożądaną stabilność i wysoką gęstość energii – wystarczającą do napędu elektrycznego statku powietrznego.
Warto tutaj także zauważyć, że ogniwo wyróżnia się również wysokim poziomem bezpieczeństwa. W przeciwieństwie do akumulatorów litowo-jonowych, nie ma tutaj możliwości gwałtownej reakcji chemicznej w przypadku uszkodzenia ogniwa, jak to ma miejsce w akumulatorach litowo-jonowych. Ryzyko pożaru lub eksplozji jest tu zatem minimalne.
Nowa technologia oferuje także dodatkową korzyść: wychwytywanie dwutlenku węgla z atmosfery. W wyniku reakcji tlenku sodu z parą wodną powstaje wodorotlenek sodu, który następnie wiąże się z CO₂, tworząc węglan, a następnie wodorowęglan sodu – znany powszechnie jako soda oczyszczona. Wychodzi zatem na to, że oprócz ograniczania emisji, ogniwo paliwowe może także pomóc w neutralizowaniu zakwaszenia oceanów, dając niejako podwójną korzyść dla środowiska naturalnego.
Czytaj także: W Azji powstały ogniwa paliwowe na miarę XXI wieku. Nowy materiał robi furorę
Warto również podkreślić, że sód jako surowiec jest znacznie bardziej dostępny i zrównoważony niż lit. Można go pozyskiwać z powszechnie występujących soli w dowolnym miejscu na świecie, a nie trzeba ograniczać się do litu, którego jest mało i którego wydobycie jest szkodliwe dla środowiska.
Nie powinno zatem dziwić, że autorzy nowego rozwiązania już teraz pracują nad kolejnym prototypem, który będzie w fazie testów zasilać duże drony. Jeżeli testy zakończą się sukcesem, rozpocznie się praca nad większymi jednostkami tego typu, które docelowo mogłyby zasilać samoloty elektryczne.
Badania te, opublikowane niedawno w czasopiśmie Joule, stanowią znaczący krok naprzód zarówno w dziedzinie magazynowania energii, jak i w walce ze zmianami klimatu.