Στο μέλλον τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα μπορούν να φορτίζονται με ενέργεια από τους δρόμους και τα κτίρια, εφόσον γίνει πραγματικότητα το όνειρο ερευνητών του ΜΙΤ που ανέπτυξαν το πρώτο ηλεκτρικό τσιμέντο.
Οι ανάγκες αποθήκευσης ενέργειας είναι σήμερα πιο μεγάλες από ποτέ λόγω της διάδοσης των ανανεώσιμων πηγών, οι οποίες παράγουν ρεύμα μόνο την ημέρα και όταν φυσάει. Μέχρι σήμερα δεν έχει βρεθεί επαρκής λύση για την αποθήκευση του πλεονάσματος της παραγωγής και τη διάθεσή του στο δίκτυο όταν η ζήτηση είναι υψηλή.
Δυνητικά, η αποθηκευτική ικανότητα θα μπορούσε να αυξηθεί απεριόριστα χάρη στην νέα προσέγγιση που παρουσιάζεται στην επιθεώρηση PNAS.
Προς το παρόν, όμως, οι “μπαταρίες” τσιμέντου είναι πολύ μικρές, σε μέγεθος κουμπιού, και επαρκούν για το άναμμα μερικών λαμπτήρων LED.
Ωστόσο τα υλικά που απαιτούνται είναι φθηνά και υπάρχουν σε αφθονία, κάτι που θα διευκόλυνε την αξιοποίηση της τεχνολογίας σε μεγάλη κλίμακα, λένε οι ερευνητές.
Αγώγιμο μπετόν
Οι συσκευές τσιμέντου είναι ένα είδος πυκνωτή, διάταξη που αποθηκεύει ενέργεια συσσωρεύοντας ηλεκτρικά φορτία σε δύο παράλληλες αγώγιμες πλάκες που χωρίζονται από μικρή απόσταση.
Το πρόβλημα είναι ότι το τσιμέντο, κύριο συστατικό του μπετόν, είναι κακός αγωγός του ηλεκτρισμού. Τα τελευταία χρόνια, αρκετές ερευνητικές ομάδες προσπάθησαν να ξεπεράσουν το εμπόδιο ενσωματώνοντας μέσα στο μπετόν αγώγιμες μορφές όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα και το γραφένιο. Όμως το μεγάλο κόστος και η περιορισμένη διαθεσιμότητα αυτών των υλικών εμποδίζουν την αξιοποίηση της ιδέας.
Οι ερευνητές του ΜΙΤ χρησιμοποιούν απλή αιθάλη, μια συνηθισμένη μορφή άνθρακα που προσφέρει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Για να δημιουργήσουν τις δύο αγώγιμες “πλάκες” του πυκνωτή, οι ερευνητές ανέμειξαν τσιμέντο με αιθάλη και πρόσθεσαν νερό. Το νερό αντιδρά χημικά με το τσιμέντο. Η αιθάλη όμως είναι υδρόφοβη και, αντί να διαλύεται, σχηματίζει ένα δίκτυο από πλοκάμια καθώς το μπετόν σκληραίνει. Τα πλοκάμια αυτά λειτουργούν σαν δίκτυο αγωγών.
Το “καλωδιωμένο” μπετόν κόπηκε σε φέτες πάχους ενός χιλιοστού και πλάτους ενός εκατοστού. Ανάμεσα σε δύο τέτοιες φέτες τοποθετήθηκε μια διαχωριστική μεμβράνη και ένα στρώμα ηλεκτρολύτη από νερό και χλωριούχο κάλιο.
Όταν η συσκευή φορτίζεται, θετικά φορτισμένα ιόντα από τον ηλεκτρολύτη συσσωρεύονται σε μία από τις δύο πλάκες, ενώ η άλλη συγκεντρώνει τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Η ενέργεια αποθηκεύεται έτσι στο ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται ανάμεσα στις δύο πλάκες.
Η ηλεκτρική ενέργεια μιας μπαταρίας τσιμέντου σε μέγεθος κουμπιού αρκεί για να τροφοδοτήσει μερικά λαμπάκια LED. Αν όμως το τσιμέντο αιθάλης χρησιμοποιούταν για να χτιστούν τα 45 κυβικά μέτρα των θεμελίων ενός τυπικού σπιτιού, η χωρητικότητα θα έφτανε τις 10 κιλοβατώρες, ποσότητα αρκετή για την τροφοδοσία ενός μέσου νοικοκυριού, εκτιμούν οι ερευνητές.
Στο απώτερο μέλλον, λένε, οι ίδιοι οι δρόμοι θα μπορούσαν να μετατραπούν σε γιγάντιους πυκνωτές που θα προσφέρουν ενέργεια στα οχήματα μέσω ασύρματων, επαγωγικών φορτιστών, οι οποίοι ήδη δοκιμάζονται σε χώρες όπως η Γερμανία και η Ολλανδία.
Πρώτα όμως θα πρέπει να αυξηθούν οι διαστάσεις της συσκευής, κάτι που περιπλέκεται από το γεγονός ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητα τείνει να πέφτει όταν ο πυκνωτής μεγαλώσει.
Μια λύση θα ήταν η αύξηση της περιεκτικότητας σε αιθάλη, όμως οι υπολογισμοί της μελέτης δείχνουν ότι το τσιμέντο θα αντιμετώπιζε πρόβλημα αντοχής αν το περιεχόμενο σε άνθρακα ξεπεράσει το 10%.
Παρόλα αυτά οι εφευρέτες του ηλεκτρικού τσιμέντου είναι αισιόδοξοι για την εμπορική εφαρμογή του και μάλιστα έχουν εξασφαλίσει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας.