Επιστήμονες στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης ανέπτυξαν ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας χαμηλού κόστους που θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε δρόμους και θεμέλια κτιρίων για να διευκολύνει την φόρτιση από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε έναν υπερπυκνωτή - μια συσκευή που λειτουργεί σαν επαναφορτιζόμενη μπαταρία - χρησιμοποιώντας τσιμέντο, νερό και αιθάλη, μια λεπτή μαύρη σκόνη που σχηματίζεται κυρίως από καθαρό άνθρακα.
Τα ευρήματα της σχετικής έρευνας αναμένεται να δημοσιευθούν σε μια από τις επόμενες εκδόσεις του επιστημονικού περιοδικού PNAS, όπως αναφέρεται στο περιοδικό Dezeen.
Η ανακάλυψη εκτιμάται ότι θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για την ενσωμάτωση της αποθήκευσης ενέργειας στο σκυρόδεμα, δημιουργώντας τη δυνατότητα για δρόμους και κτίρια που φορτίζουν ηλεκτρικές συσκευές.
Σε αντίθεση με τις μπαταρίες, οι οποίες βασίζονται σε υλικά περιορισμένης προσφοράς, όπως το λίθιο, η τεχνολογία θα μπορούσε να παραχθεί φθηνά χρησιμοποιώντας υλικά που είναι άμεσα διαθέσιμα, σύμφωνα με τους ερευνητές.
Σημειώνεται ότι το τσιμέντο και ο μαύρος άνθρακας είναι «δύο από τα πανταχού παρόντα υλικά της ανθρωπότητας».
Απαραίτητη η αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας
Η ερευνητική ομάδα του MIT σημειώνει ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να επιταχύνει μια παγκόσμια στροφή προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Η ηλιακή, η αιολική και η παλιρροιακή ενέργεια παράγονται σε μεταβλητούς χρόνους, οι οποίοι συχνά δεν αντιστοιχούν στην αιχμή της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας. Οπότε, η αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας είναι απαραίτητη για την αξιοποίηση αυτών των πηγών, αλλά είναι ακριβή εάν χρησιμοποιηθούν παραδοσιακές μπαταρίες.
Η ομάδα απέδειξε ότι η ιδέα λειτουργεί δημιουργώντας ένα σετ υπερπυκνωτών μεγέθους κουμπιού, ισοδύναμου με μπαταρίες ενός βολτ, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για την τροφοδοσία ενός φωτός LED.
Τώρα αναπτύσσουν μια έκδοση 45 κυβικών μέτρων για να δείξουν ότι η τεχνολογία μπορεί να κλιμακωθεί. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι ένας υπερπυκνωτής αυτού του μεγέθους θα μπορούσε να αποθηκεύσει περίπου 10 κιλοβατώρες ενέργειας, η οποία θα ήταν αρκετή για να καλύψει την καθημερινή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ενός μέσου νοικοκυριού.
Αυτό σημαίνει ότι ένας υπερπυκνωτής θα μπορούσε ενδεχομένως να ενσωματωθεί στη βάση από σκυρόδεμα ενός σπιτιού με ελάχιστο έως καθόλου πρόσθετο κόστος.
Οι ερευνητές προτείνουν ότι η ενσωμάτωση αυτής της τεχνολογίας σε έναν τσιμεντένιο δρόμο θα μπορούσε να καταστήσει δυνατή τη φόρτιση ηλεκτρικών αυτοκινήτων ενώ ταξιδεύουν σε αυτόν, χρησιμοποιώντας παρόμοια τεχνολογία με αυτή που χρησιμοποιείται στους ασύρματους φορτιστές τηλεφώνων.
Οι εκδόσεις αυτού του συστήματος που λειτουργούν με μπαταρίες δοκιμάζονται ήδη σε όλη την Ευρώπη.
Οι υπερπυκνωτές
Οι υπερπυκνωτές λειτουργούν αποθηκεύοντας ηλεκτρική ενέργεια μεταξύ δύο ηλεκτρικά αγώγιμων πλακών. Είναι σε θέση να φορτίσουν πολύ πιο γρήγορα από τις μπαταρίες, αλλά οι περισσότερες δεν προσφέρουν τόση αποθήκευση ενέργειας.
Η ποσότητα ενέργειας που μπορούν να αποθηκεύσουν εξαρτάται από τη συνολική επιφάνεια των δύο πλακών, οι οποίες χωρίζονται από ένα λεπτό στρώμα μόνωσης.
Η έκδοση που αναπτύχθηκε από το ΜΙΤ έχει εξαιρετικά υψηλή εσωτερική επιφάνεια, η οποία βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητά της. Αυτό οφείλεται στη χημική σύνθεση του υλικού που σχηματίζεται όταν η αιθάλη εισάγεται σε ένα μείγμα σκυροδέματος και αφήνεται να σκληρυνθεί.
Όπως υπογραμμίζεται, η ποσότητα αιθάλης που χρειάζεται είναι πολύ μικρή – μόλις το 3%. Όσο περισσότερο προστίθεται, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα αποθήκευσης του υπερπυκνωτή. Αυτό όμως μειώνει επίσης τη δομική αντοχή του σκυροδέματος, η οποία θα μπορούσε να είναι πρόβλημα σε φέρουσες εφαρμογές.
Χρήση και για θέρμανση
Το «σύνθετο» υλικό θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε ένα σύστημα θέρμανσης, όπως προτείνει η ομάδα. Οι πλήρεις λεπτομέρειες των ευρημάτων πρόκειται να δημοσιευθούν σε μια επερχόμενη έκδοση του επιστημονικού περιοδικού PNAS.
