Categorii
Seo

Bateria a fost inventata cu 120 de ani inainte de timpul sau

Bateria a fost inventata cu 120 de ani inainte de timpul sau

(Credit de imagine:

Getty Images

)

La inceputul secolului al XX-lea, Thomas Edison a inventat o baterie cu ciudatenia neobisnuita de a produce hidrogen. Acum, 120 de ani mai tarziu, bateria isi ia propriile capacitati.

T

Calatorind pe un drum pietris in West Orange, New Jersey, o masina electrica accelerata de pietoni, unii in mod clar surprinsi de interiorul spatios al vehiculului. A calatorit cu viteza de doua ori mai mare decat a vehiculelor mai conventionale pe care le-a depasit, starnind praf care poate gadila nasul cailor care trageau trasuri de-a lungul strazii.

Era la inceputul anilor 1900, iar soferul acestei masini era Thomas Edison. In timp ce masinile electrice nu erau o noutate in cartier, majoritatea s-au bazat pe baterii plumb-grele si greoaie. Edison isi echipase masina cu un nou tip de baterie pe care spera ca va alimenta in curand vehicule in toata tara: o baterie de nichel-fier. Bazandu-se pe munca inventatorului suedez Ernst Waldemar Jungner, care a brevetat prima data o baterie de nichel-fier in 1899, Edison a cautat sa rafineze bateria pentru a fi utilizata in automobile.

Edison a afirmat ca bateria de nichel-fier este incredibil de rezistenta si poate fi incarcata de doua ori mai repede decat bateriile cu plumb-acid. El a avut chiar un acord cu Ford Motors pentru a produce acest vehicul electric pretins mai eficient.

Dar bateria de nichel-fier a avut unele probleme pentru a rezolva.

Array

Era mai mare decat bateriile plumb-acid mai utilizate si mai scumpe. De asemenea, atunci cand era incarcat, elibera hidrogen, care era considerat o neplacere si putea fi periculos.

Din pacate, pana cand Edison avea un prototip mai rafinat, vehiculele electrice ieseau in favoarea vehiculelor alimentate cu combustibili fosili care puteau parcurge distante mai mari inainte de a fi nevoie sa realimenteze sau sa se reincarce. Acordul lui Edison cu Ford Motors a cazut la marginea drumului, desi bateria sa a continuat sa fie utilizata in anumite nise, cum ar fi semnalizarea cailor ferate, unde dimensiunea voluminoasa nu era un obstacol.

Dar mai mult de un secol mai tarziu, inginerii vor redescoperi bateria de nichel-fier ca fiind un diamant brut. Acum este investigat ca raspuns la o provocare durabila a energiei regenerabile: netezirea naturii intermitente a surselor de energie curate, cum ar fi eoliana si solara. Si hidrogenul, odata considerat un produs secundar ingrijorator, s-ar putea dovedi a fi unul dintre cele mai utile lucruri despre aceste baterii.

Ceea ce a fost o ciudatenie periculoasa a bateriei Edison s-a dovedit a fi remarcabil de util (Credit: Alamy)

Avansand spre mijlocul anilor 2010, o echipa de cercetatori de la Universitatea de Tehnologie Delft din Olanda a avut loc in urma utilizarii bateriei de nichel-fier bazata pe hidrogenul produs. Cand electricitatea trece prin baterie pe masura ce este reincarcata, aceasta sufera o reactie chimica care elibereaza hidrogen si oxigen. Echipa a recunoscut reactia ca o reminiscenta a celei utilizate pentru a elibera hidrogenul din apa, cunoscut sub numele de electroliza. 

„Mi s-a parut ca chimia a fost aceeasi”, spune Fokko Mulder, liderul echipei de cercetare a Universitatii Delft.

Aceasta reactie de scindare a apei este un mod in care hidrogenul este produs pentru a fi utilizat ca combustibil – si un combustibil complet curat, cu conditia ca energia utilizata pentru a conduce reactia sa provina dintr-o sursa regenerabila.

In timp ce Mulder si echipa sa stiau ca electrozii bateriei de nichel-fier erau capabili sa desparta apa, au fost surprinsi sa vada ca electrozii au inceput sa aiba un stoc mai mare de energie decat inainte de producerea hidrogenului. Cu alte cuvinte, a devenit o baterie mai buna atunci cand a fost folosita si ca electrolizator. Au fost, de asemenea, surprinsi sa vada cat de bine au rezistat electrozii pana la electroliza, ceea ce poate impozita si degrada excesiv bateriile mai traditionale. „Si, desigur, ne-am multumit mai degraba ca eficienta energetica pare sa fie buna in toate acestea”, spune Mulder, atingand niveluri de 80-90%.

Electrolizatorii conventionali sunt folositi pentru a converti sursele regenerabile de energie in hidrogen, dar Mulder spera ca batalizorul ar putea face acest lucru mai eficient si mai ieftin (Credit: Getty Images)

Mulder a denumit creatia lor „batolizator” si spera ca descoperirea lor poate ajuta la rezolvarea a doua provocari majore pentru energia regenerabila: stocarea energiei si, atunci cand bateriile sunt pline, productia de combustibil curat.

„Veti auzi toate aceste discutii despre baterii pe de o parte si hidrogen pe de alta parte”, spune Mulder. „A existat intotdeauna un fel de competitie intre aceste doua seturi de directii, dar practic ai nevoie de ambele.”

Valoare regenerabila

Una dintre cele mai mari provocari ale surselor regenerabile de energie, cum ar fi eoliana si solara, este cat de imprevizibile si intermitente pot fi. Cu solarul, de exemplu, aveti un surplus de energie produsa in timpul zilei si vara, dar noaptea si in lunile de iarna, aprovizionarea scade.

Bateriile conventionale, cum ar fi cele pe baza de litiu, pot stoca energie pe termen scurt, dar atunci cand sunt complet incarcate trebuie sa elibereze orice exces sau ar putea sa se supraincalzeasca si sa se degradeze. Pe de alta parte, batalia de nichel-fier ramane stabila atunci cand este complet incarcata, moment in care poate trece la producerea hidrogenului.

„[Bateriile cu nichel-fier] sunt rezistente, fiind capabile sa reziste la supraincarcare si supraincarcare mai bine decat alte baterii”, spune John Barton, asociat de cercetare la Scoala de Inginerie Mecanica, Electrica si de Fabricare, Universitatea Loughborough din Marea Britanie, care cerceteaza si el luptatori. „Odata cu productia de hidrogen, balsamul adauga stocarea de energie pe mai multe zile si chiar inter-sezoniera”.

Pe langa crearea hidrogenului, bateriile cu nichel-fier au si alte trasaturi utile, in primul rand ca au o intretinere neobisnuita. Sunt extrem de durabile, asa cum a demonstrat Edison in masina sa electrica timpurie, si se stie ca unele au durat peste 40 de ani. Metalele necesare fabricarii bateriei – nichel si fier – sunt, de asemenea, mai frecvente decat, sa zicem, cobaltul care este utilizat pentru fabricarea bateriilor conventionale.

Acest lucru inseamna ca batalizatorul ar putea avea un alt rol posibil pentru energia regenerabila: ajutarea acesteia sa devina mai profitabila.

Ca orice alta industrie, preturile la energie regenerabila fluctueaza in functie de cerere si oferta. Intr-o zi luminoasa si insorita, s-ar putea sa existe o abundenta de energie de la energie solara, ceea ce poate duce la o scadere si o scadere a pretului pentru care se poate vinde energia. Cu toate acestea, luptatorul ar putea ajuta la netezirea acelor varfuri si jgheaburi.

„Cand preturile energiei electrice sunt mari, atunci puteti descarca aceasta baterie, dar cand pretul energiei electrice este scazut, puteti incarca bateria si puteti produce hidrogen”, spune Mulder.

Batalizatorul este o modalitate de a ajuta la echilibrarea ofertei si cererii de energie regenerabila din surse precum energia solara si eoliana (Credit: Alamy)

Batalizatorul nu este singur in aceasta privinta. Electrolizatorii alcalini mai traditionali cuplati cu bateriile pot indeplini aceasta functie si sunt raspanditi in industria producatoare de hidrogen. Mulder crede ca luptatorul poate face acelasi lucru pentru mai putini bani si pentru mai mult timp, datorita durabilitatii sistemului. Este ceva care ii spera pe sustinatorii luptatorului.

Si, desi hidrogenul este produsul direct al batalizorului, pot fi generate si alte substante utile, cum ar fi amoniacul sau metanolul, care sunt de obicei mai usor de depozitat si transportat. „Avand un batalizor in loc, [o] fabrica de amoniac ar functiona mai constant si [ar] avea nevoie de mai putina forta de munca, reducand costurile de operare si costurile de intretinere, producand astfel amoniac cel mai ieftin mod intr-o maniera durabila si ecologica”, spune Hans Vrijenhoef, sef executiv al Proton Ventures, care a investit in luptatorul lui Mulder.

Cresterea

In acest moment, cel mai mare batalizor existent este de 15kW / 15kWh si are o capacitate suficienta a bateriei si stocare pe termen lung de hidrogen pentru a alimenta 1,5 gospodarii. O versiune mai mare a unui batalizor de 30kW / 30kWh este in lucru la centrala electrica Magnum din Eemshaven, in Olanda, unde va furniza suficient hidrogen pentru a satisface nevoile centralei electrice.

Odata ce a fost supus unor teste riguroase acolo, scopul este de a extinde in continuare si de a distribui lupta catre producatorii de energie verde, cum ar fi fermele solare si eoliene. In cele din urma, sustinatorii luptatorului spera ca va ajunge la scara gigavatului – echivalenta cu puterea generata de aproximativ 400 de turbine eoliene la scara utilitara. Desi, pe langa extindere, Barton vede un rol pentru batalizoarele mai mici, care ar putea ajuta la furnizarea de energie mini-retelelor utilizate de comunitatile indepartate care nu locuiesc pe retelele principale de alimentare.

Laboratorul Edison din New Jersey a fost locul de nastere al multor inventii sale, atat cele care au castigat popularitate in timpul vietii sale, cat si cele care nu au facut-o (Credit: Alamy)

Faptul ca electrozii de luptator sunt fabricati din metale relativ ieftine si obisnuite poate ajuta. Si spre deosebire de litiu, nichelul si fierul nu creeaza cantitati mari de deseuri de apa atunci cand sunt exploatate si nici nu sunt legate de o degradare semnificativa a mediului .

Totusi, atat Mulder, cat si Barton vad obstacole de depasit in ceea ce priveste eficienta si capacitatea. „Batalizatorul ar beneficia cu adevarat de o capacitate crescuta de putere ca baterie sau de o rezistenta interna redusa”, spune Barton. Rezistenta interna este opozitia la fluxul de curent intr-o baterie. Cu cat rezistenta interna este mai mare, cu atat eficienta este mai mica. Mulder si echipa sa lucreaza acum la imbunatatirea acestui lucru.

O mare parte din potentialul de lupta s-a ascuns la vedere, de cand Thomas Edison a inceput experimentarea bateriei sale de nichel-fier la inceputul secolului al XX-lea. Este posibil sa fi gresit crezand ca bateria lui va inlocui celelalte vehicule de pe drum. Dar bateria de nichel-fier ar putea juca inca un rol in inlocuirea mai larga a combustibililor fosili, ajutand la accelerarea tranzitiei catre surse regenerabile.

Emisiile din calatorii necesare pentru a raporta aceasta poveste au fost de 0 kg CO2. Emisiile digitale din aceasta poveste sunt estimate la 1,2g – 3,6g CO2 pe pagina vizualizata. Aflati mai multe despre modul in care am calculat aceasta cifra aici .

Alaturati-va unui milion de fani Viitor placandu-ne pe  Facebook sau urmati-ne pe  Twitter  sau  Instagram .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Lista esentiala”. O selectie selectata de povesti de la  BBC FutureCultureWorklife si  Travel , livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.