Tajemnica betonowej baterii
Technologia oznaczona jako ec3 łączy zwykły cement z nanocząstkami sadzy i specjalnymi elektrolitami. Wewnątrz materiału tworzy się przewodząca sieć, która działa jak superkondensator, ponieważ może gromadzić i szybko oddawać energię elektryczną.
Kluczem do zrównoważonego rozwoju betonu jest opracowanie “betonu wielofunkcyjnego”, który integruje takie funkcje, jak magazynowanie energii, samonaprawa i sekwestracja dwutlenku węgla – wyjaśnia Admir Masic, główny autor badań z MIT
Czytaj też: Oszczędzanie wody i produkcja prądu w jednym. Kalifornia testuje technologię, która zachwyca nawet sceptyków
Działanie całego systemu opiera się na fraktalnej strukturze nanowęglowej otaczającej pory w betonie. Ta skomplikowana architektura w nanoskali pozwala materiałowi przewodzić prąd i magazynować ładunek, nie tracąc przy tym właściwości konstrukcyjnych. Najnowsza wersja materiału oferuje dziesięciokrotnie lepszą gęstość energii w porównaniu z prototypem z 2023 roku. Wtedy do przechowania energii wystarczającej na dobę dla typowego domu potrzebowaliśmy około 45 metrów sześciennych betonu. Mniej więcej tyle, ile mieści się w standardowej piwnicy. Dziś ten sam efekt osiąga się przy użyciu zaledwie 5 metrów sześciennych, co odpowiada pojedynczej ścianie. Naukowcom udało się tego dokonać dzięki ulepszonym elektrolitom organicznym i lepszemu zrozumieniu nanostruktury. Jeden metr sześcienny tak przygotowanego betonu może zmagazynować ponad 2 kilowatogodziny, co wystarczy na całodzienne zasilanie lodówki. Kluczową innowacją było dodawanie elektrolitu bezpośrednio do wody podczas mieszania zaprawy, co pozwala tworzyć grubsze elementy bez późniejszego nasączania.
Jakie są obecne korzyści i ograniczenia?
Technologia już znajduje pierwsze zastosowania. W japońskim Sapporo przetestowano ją do ogrzewania chodników jako ekologiczną alternatywę dla solenia. To ciekawy pomysł, choć kosztowny w skali całego miasta. Co ciekawe, badacze odkryli, iż nawet woda morska może służyć jako elektrolit. To otwiera możliwości dla konstrukcji przybrzeżnych i morskich farm wiatrowych, gdzie fundamenty turbin mogłyby jednocześnie magazynować wytwarzaną energię. Wśród potencjalnych zastosowań wymienia się:
- drogi i parkingi zdolne do ładowania pojazdów elektrycznych
- budynki niezależne od zewnętrznej sieci energetycznej
- konstrukcje samomonitorujące swoją kondycję
Ten ostatni punkt wydaje się szczególnie obiecujący. Prototyp łuku z ec3 zasilającego diodę LED wykazał, że intensywność światła zmienia się pod obciążeniem mechanicznym.
Może tu istnieć pewna zdolność do samomonitorowania. Jeśli pomyślimy o łuku ec3 w skali architektonicznej, jego moc wyjściowa może wahać się, gdy zostanie on poddany czynnikowi stresującemu, takiemu jak silny wiatr – zauważa Masic
Naukowcy przyznają, że inspirację czerpią z dokonań starożytnych Rzymian, którzy tworzyli betonowe konstrukcje istniejące do dziś. Pomysł łączenia funkcji nośnej z magazynowaniem energii może być w związku z tym iście rewolucyjny. Technologia ec3 ma potencjał, by wspierać transformację energetyczną, oferując skalowalne przechowywanie energii odnawialnej bez użycia rzadkich surowców. W świecie coraz bardziej zależnym od niestabilnych źródeł jak słońce i wiatr, beton magazynujący energię mógłby się stać ważnym elementem układanki. A co z problemami? Na obecną chwilą będą to koszty produkcji, trwałość materiału w różnych warunkach atmosferycznych i bezpieczeństwo użytkowania.