Enerģijas patēriņš tikai turpina pieaugt. Pasaulei turpinot kursu atjaunīgo energoresursu plašākas izmantošanas virzienā, ir daudz izaicinājumu, ar kuriem jātiek galā. Viens no tiem ir – kā saražoto enerģiju uzkrāt izmantošanai tad, kad vēja nav vai tajā diennakts laikā, kad saule nespīd. Nepieciešamas baterijas elektroenerģijas uzkrāšanai, bet bateriju ražošana šobrīd pati par sevi ir energoietilpīga un izmantoto materiālu ziņā arī nav pārāk "zaļa". Tāpēc materiālzinātnieki cītīgi strādā pie inovatīvu un, pats galvenais, daudzfunkcionālu viedo materiālu radīšanas. Viens no tiem ir betons, kas var pildīt arī elektroenerģijas uzkrāšanas funkciju, vēstīts žurnāla "Scientific American" oktobra numurā.

close-ad
Saturs turpināsies pēc reklāmas
Reklāma

Arī Latvijā zinātnieki meklē dažādus risinājumus, kā uzlabot ēku energoefektivitāti. Piemēram, Rīgas Tehniskās universitātes Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūta speciālisti attīsta dinamisku fasādes sistēmu, kas spēs pielāgoties apkārtējās vides izmaiņām un uzkrāt saules enerģiju, lai izmantotu to ēkas siltumapgādei.

Nākotnē būvmateriāliem būtu jāpilda ne tikai līdz šim ierastās pamatunkcijas, bet ideālā scenārijā arī jāspēj pildīt vismaz viena no šīm papildfunkcijām – enerģijas ražošana, enerģijas uzkrāšana, pasīvā dzesēšana (īpaša sastāva krāsas, kas atstaro lielāko daļu saules enerģijas utt.).

Čalmera Tehnoloģiju universitātes (Zviedrija) Būvniecības tehnoloģiju nodaļas zinātnieki ķērušies klāt pētījumiem, lai betonu – pasaulē visplašāk izmantoto materiālu būvniecībā – padarītu par efektīvām baterijām elektroenerģijas uzkrāšanai.

"Papildu funkcijas piešķiršana jau eksistējošiem būvmateriāliem ir daudzsološa nozare," uzsver pētījuma līdzautore Emma Džana.

Šī ideja konceptuāli nav jauna, un ko līdzīgu lūkojušas sasniegt zinātnieku komandas arī citviet. Taču līdz šim rezultāti, kaut konceptuāli uzskatāmi par sekmīgiem, neļauj uzglabāt lielu daudzumu enerģijas. Betona bateriju kapacitāte aizvien ir ļoti zema. Čalmera Tehnoloģiju universitātes komanda apgalvo, ka izdevies kapacitāti palielināt aptuveni desmit reižu, ja salīdzina ar citiem veiksmīgākajiem piemēriem, tādējādi sperot lielu soli tuvāk iecerei par praktiski pielietojamu betonu-akumulatoru. Diez vai tiks sasniegta tāda ietilpība kā šobrīd plaši izmantotajām tradicionālo tehnoloģiju baterijām, taču, kā zinātnieki raksta pētījuma ievadā, ņemot vērā betona struktūru lielo tilpumu, kopējā kapacitāte var būt gana augsta, pat ja enerģijas blīvums nav pārāk augsts.

Dzīvosim akumulatoros? Zinātnieki rada atkārtoti uzlādējamas baterijas no betona
Foto: LETA

Dzīve mājā, kas tiešā nozīmē ir arī baterija, varētu šķist kā visai fantastiska, no realitātes atrauta ideja, taču "bateriju iespējams izgatavot arī no kartupeļa", izdevumā "Scientific American" uzsver Dublinas Tehnoloģiju universitātes inženiere Eimija Braina, kas nav tieši saistīta ar Čalmera Tehnoloģiju universitātes zinātnieku pētījumu.

Džanas un viņas kolēģa Lupina Tana izstrādātais dizains ir visai līdzīgs Tomasa Edisona pirms vairāk nekā gadsimta radītajai niķeķa-dzelzs baterijai. Šajā gadījumā kā elektrolīts kalpo cementā iejauktas oglekļa šķiedras. Gan anods, gan katods sastāv no šī ar oglekļa šķiedrām bagātinātā maisījuma, tikai vienā gadījumā ārējais pārklājums ir niķeļa oksīdi, bet otrā – dzelzs vai cinks. Pētījumā aplūkoti vairāki risinājumi – gan struktūra, kur plāksnes liktas slāņos kā sendvičs, gan variants, kur anods un katods iegremdēti cementa-oglekļa šķiedru elektrolītā, kā redzams shematiskajā attēlā zemāk.

Vidējais enerģijas blīvums, kas sasniegts eksperimentos (sešos uzlādes/izlādes ciklos) bija septiņas vatstundas uz kvadrātmetru materiāla vai 0,8 vatstundas uz vienu litru materiāla. Visefektīvākā izrādījās niķeļa-dzelzs-cementa baterija.

Tas aizvien ir daudzkārt mazāk par, piemēram, litija jonu baterijām, kurām enerģijas blīvums ir no 250 līdz pat 670 vatstundām uz litru. Tomēr jāatgādina pētnieku rakstītais – betona struktūrām ierasti ir milzīgs tilpums, tāpēc enerģijas blīvuma rādītājiem nebūs jāpietuvojas litija jonu bateriju veiktspējai, lai betona baterijas kļūtu par praktiski izmantojamu enerģijas uzkrāšanas veidu.

Tiesa, vēl gan būs "jāpieliek" – pat ar šo risinājumu, kas ļaujot ietilpību palielināt desmitkārt salīdzinājumā ar citiem konceptuāli līdzīgiem materiāliem, arī tas nozīmētu, ka 200 kvadrātmetri "betona bateriju" spētu uzkrāt vien apmēram astoņus procentus no tā enerģijas daudzuma, kas diennaktī vajadzīgs tipiskai mājsaimniecībai ASV, atzīst Džana. Šī tehnoloģija gan vēl ir attīstības pašā sākumā – tā noteikti tiks pilnveidota.

"Pats fakts, ka viņiem izdevies šīs baterijas atkārtoti uzlādēt, ir ļoti liels solis pareizā virzienā," atzīst ar pētījumu tieši nesaistītā Braina.

Kas būtiski – šāda tipa baterijas tik ātri nenolietojas un var darboties desmitgadēm ilgi bez strauja veiktspējas samazinājuma. Tāpēc nav izslēgts, ka jau tuvākajās desmitgadēs jauno ēku sienas būs arī baterijas, un mēs dzīvosim un strādāsim akumulatoros.

Visu pētījumu var lasīt zinātniskajā izdevumā "Buildings".

Tags

Klimata pārmaiņas Dabas resursi Elektrības cenas Enerģētika Rīgas Tehniskā universitāte Inženierzinātnes
Publikācijas saturs vai tās jebkāda apjoma daļa ir aizsargāts autortiesību objekts Autortiesību likuma izpratnē, un tā izmantošana bez izdevēja atļaujas ir aizliegta. Vairāk lasi šeit.

Comment Form