Бетонът в основите на сградите ни може да се окаже

Бетонът в основите на постройките ни може да се окаже средство за предпазване на електричество, задоволително да ни обезпечи енергийна самодостатъчност (снимка: CC0 Public Domain)

Бетонът е вероятно най-често употребяваният строителен материал в света. С малко промени той може да се трансформира в вместилище за сила. Така всяка къща ще се трансформира в гигантска батерия.

На лабораторна маса в Кеймбридж, Масачузетс, купчина полирани цилиндри от черен бетон стоят в съд с течност, оплетени в кабели. За страничния наблюдаващ това е необичайно изкуство. Но тогава идва лаборантът Дамян Стефанюк и натиска едно копче. Блоковете са свързани към светодиод – и лампичката примигва и светва трайно.

„ Първоначално не го имах вяра ”, споделя Стефанюк, описвайки първия път, когато диодът е светнал. „ Мислех, че не съм изключил външния източник на зареждане и по тази причина светодиодът свети. Беше прелестен ден. Поканихме студенти и професори да дойдат и да видят. В началото и те не повярваха, че работи. ”

Какво да не работи?! Тази безобидна буца бетон може да съставлява бъдещето на съхранението на сила. Тя е батерия.

Най-популярните възобновими енергийни източници ни обезпечават ток от слънцето и вятъра. Но въпреки всичко слънцето не постоянно грее, вятърът не постоянно духа и даже реките не постоянно текат задоволително мощно, с цел да разчитаме, че Водноелектрическа централа работят отмерено. Да, множеството от възобновимите енергийни източници са непостоянни. А това е проблем.

Батериите и техните особености

Възможността да съхраняваме тока в акумулатори не е оригиналност. Но батериите разчитат на материали като литий, който е в доста по-малко количество, в сравнение с ще е належащо, с цел да може промишлеността да отговори на търсенето, основано от устрема на света да декарбонизира своите енергийни и транспортни системи. В света има 101 литиеви мини и икономическите анализатори са песимисти по отношение на способността на тези рудници да се оправят с възходящото световно търсене. Екологичните допълват пейзажа: добивът на литий вреди доста на екосистемите. Щетите надминават изгодите от прекосяването към възобновими енергийни източници.

Точно тук се намесват Стефанюк и неговият бетон. Младият откривател и сътрудниците му от Масачузетския софтуерен институт (MIT) са намерили метод да основат устройство за предпазване на сила, известно като суперкондензатор, от три евтини материала – вода, цимент и черен въглерод.

Суперкондензаторите са доста ефикасни при запазване на сила, само че се разграничават от батериите фрапантно. Те могат да се зареждат доста по-бързо от литиево-йонна батерия. Не страдат от същите равнища на деградация и понижаване на продуктивността. Но суперкондензаторите освобождават силата, която съхраняват, много бързо. А това ги прави по-малко потребни в устройства като мобилни телефони, преносими компютри или електрически коли, където е належащо устойчиво доставяне с сила за нескончаем интервал от време.

Въпреки това, съгласно Стефанюк, въглеродно-циментовите суперкондензатори могат се окажат значими за декарбонизиране на международната стопанска система. „ Ако може да се мащабира, технологията може да помогне за решаването на значим проблем – съхраняването на възобновима сила ”, споделя той.

Приложения

Изследователят и неговите сътрудници от Масачузетския софтуерен институт и Института Wyss за биологично инженерство на Харвардския университет плануват няколко приложения за своите суперкондензатори.

Едно от тях може да бъде да основаването на пътища, които съхраняват слънчева сила и по-късно я освобождават, с цел да зареждат безжично електрически коли, до момента в който колите се движат по пътя. Бързото освобождение на сила от въглеродно-циментовия суперкондензатор ще разреши на транспортните средства бързо да усилят пробега си.

Друго приложение е основаването на енергосъхраняващи основи на къщи. Представете си „ да има стени, или основи, или колони, които са дейни освен в поддържането на структурата, само че и в съхраняването на електричество ”, споделя Стефанюк.

Реалистично ли е?

Е, към момента е рано. Засега бетонният суперкондензатор може да съхранява малко под 300 ватчаса на пространствен метър – задоволително, с цел да зарежда 10-ватова LED крушка за 30 часа.

Изходната мощ „ може да наподобява слаба спрямо стандартните акумулатори, [но] основа с 30-40 кубични метра (1060-1410 кубически фута) бетон може да бъде задоволителна, с цел да отговори на ежедневните енергийни потребности на къща ”, споделя Стефанюк. „ Като се има поради всеобщото потребление на бетон в международен мащаб, този материал има капацитета да бъде мощно конкурентен и потребен при предпазване на сила. ”

Стефанюк и сътрудниците му в началото потвърдиха концепцията, като сътвориха от въпросния материал 1V суперкондензатори с размер на монета. След това ги свързаха поредно, с цел да зареждат 3V LED. След това разшириха инсталацията още, с цел да произведат 12V суперкондензатор. Стефанюк даже съумя да употребява по-големи версии на суперкондензатора за зареждане на ръчна подпора за игри.

Сега изследователският екип възнамерява да построи по-големи версии, в това число една с размер до 45 кубически метра. Тя би трябвало да може да съхранява към 10kWh сила, нужна за зареждане на къща за един ден.

Как работи това знамение?

Суперкондензаторът работи с помощта на необикновеното свойство на вложените в материала сажди – те са мощно проводими. Това значи, че когато въглеродните детайли се комбинират с циментов прахуляк и вода, се получава тип бетон, който съдържа мрежи от проводящ материал.

По принцип кондензаторите се състоят от две проводими пластини с мембрана сред тях. В този случай и двете плочи са направени от въглероден цимент, който е пропит с електролитна сол – калиев хлорид.

Когато се приложи електрически ток към плочите, позитивно заредените плочи натрупват негативно заредени йони от калиевия хлорид. И защото мембраната предотвратява обмена на заредени йони сред плочите, разделянето на зарядите основава електрическо поле.

Тъй като суперкондензаторите могат да натрупат огромни количества заряд доста бързо, това може да направи устройствата потребни за запазване на непотребната сила, създадена от непостоянни възобновими източници като вятъра и слънцето. Потенциалът на технологията е голям тъкмо в това направление, тъй като сега цялата ВЕИ промишленост се бори в казуса по какъв начин да съхранява електричеството, добито от вятър и слънце, досега, в който то ще е нужно на потребителите.

Енергосъхраняващият бетон може да се окаже и в основата на фантазията на от ден на ден хора да живеят „ отвън мрежата ”. Подобен дом може да употребява слънчеви панели на покрива и цимент-батерия, с цел да постигне енeргийна самодостатъчност.