Įsivaizduokite visą 20 aukštų betoninį pastatą, kuris gali kaupti energiją kaip milžiniška baterija. Atliekami unikalūs Čalmerso technologijos universiteto (Švedija) moksliniai tyrimai tokią viziją kada nors gali paversti realybe. Architektūros ir civilinės inžinerijos katedros mokslininkai neseniai paskelbė straipsnį, kuriame aprašoma nauja iš cemento pagamintų įkraunamų baterijų koncepcija.

Padidino efektyvumą

Didėjantis tvarių statybinių medžiagų poreikis mokslininkams kelia didelių iššūkių. Daktarė Emma Zhang, anksčiau dirbusi Čalmerso technologijos universitete, prieš kelerius metus prisijungė prie profesoriaus Lupingo Tango mokslinių tyrimų grupės ir ėmėsi ieškoti ateities statybinių medžiagų. Kartu jiems pavyko sukurti pirmąją pasaulyje įkraunamos cementinės baterijos koncepciją.

Ši koncepcija pirmiausia apima cemento pagrindo mišinį, į kurį pridėta nedaug anglies pluošto, kuris padidina laidumą ir atsparumą lenkimui. Tada į mišinį įterpiamas metalu padengtas anglies pluošto tinklelis – geležis anodui ir nikelis katodui.

„Ankstesnių tyrimų, kuriuose buvo tiriama betoninių baterijų technologija, rezultatai parodė, kad baterijų efektyvumas yra labai žemas, todėl supratome, kad turime mąstyti nestandartiškai ir sugalvoti kitą būdą, kaip pagaminti elektrodą. Dabar turime koncepcijos įrodymą laboratoriniu mastu“, – sako E. Zhang.

Mokslininkų tyrimų rezultatas – įkraunama, cemento pagrindu pagaminta baterija, kurios vidutinis energijos tankis yra 7 Wh kvadratiniame metre (arba 0,8 Wh 1 litre). Energijos tankis naudojamas akumuliatoriaus talpai išreikšti. Kukliais skaičiavimais, naujojo Čalmerso akumuliatoriaus našumas gali būti daugiau nei dešimt kartų didesnis nei pasiektas anksčiau vykdytuose bandymuose sukurti betoninius akumuliatorius. Palyginti su komercinėmis baterijomis, energijos tankis vis dar mažas, tačiau didžiulio tūrio pastate būtų galima sukurti bateriją.

Išspręstų energijos kaupimo problemas

Mokslininkai sako, kad įkraunamo akumuliatoriaus panaudojimo galimybės, jei ši koncepcija bus toliau plėtojama ir komercializuojama, yra beveik stulbinančios. Tyrėjai mano, kad šią bateriją būtų galima pritaikyti įvairiose srityse – nuo šviesos diodų maitinimo, 4G ryšio užtikrinimo atokiose vietovėse iki katodinės apsaugos nuo korozijos betoninėje infrastruktūroje.

„Jį taip pat būtų galima sujungti su saulės elementų plokštėmis, pavyzdžiui, tiekti elektros energiją ir tapti energijos šaltiniu greitkelių ar tiltų stebėsenos sistemoms, kuriose betoninės baterijos valdomi jutikliai galėtų aptikti įtrūkimus ar koroziją“, – svarsto E. Zhang.

Tokia konstrukcijų ir pastatų panaudojimo koncepcija galėtų būti revoliucinė, nes suteiktų galimybę kaupti didelį energijos kiekį.

Betonas, kuris susidaro sumaišius cementą su kitais ingredientais, yra dažniausiai pasaulyje naudojama statybinė medžiaga. Žvelgiant iš tvarumo pusės, jis toli gražu nėra idealus, tačiau galimybė jį papildyti funkcionalumu galėtų suteikti šiai medžiagai naują reikšmę.

E. Zhang sako: „Turime viziją, kad ateityje ši technologija leistų sukurti ištisas daugiaaukščių pastatų sekcijas iš funkcinio betono. Turėdami omenyje, kad į bet kurį betono paviršių būtų galima įterpti šio elektrodo sluoksnį, kalbame apie milžiniškus funkcinio betono kiekius.“

Tarnavimo trukmės iššūkiai

Jei idėja bus įgyvendinta ir komercializuota, mokslininkams teks pasirūpinti ir techniniais klausimais, pavyzdžiui, akumuliatoriaus tarnavimo laiko pratęsimu.

„Kadangi betoninė infrastruktūra paprastai statoma penkiasdešimčiai ar net šimtui metų, baterijas reikėtų patobulinti, kad jos atitiktų šį reikalavimą arba kad pasibaigus eksploatavimo laikui jas būtų lengviau pakeisti ir perdirbti. Techniniu aspektu kol kas tai yra didelis iššūkis“, – sako E. Zhang.

Tačiau tyrėjai tikisi, kad jų inovacija gali daug ką pasiūlyti. „Esame įsitikinę, kad ši koncepcija labai prisideda prie to, kad ateityje statybinės medžiagos galėtų atlikti papildomas funkcijas, pavyzdžiui, būti atsinaujinančiais energijos šaltiniais“, – apibendrina L. Tangas.