Donald Sadoway: Det manglende led i vedvarende energi.

Den elektricitet, som giver kraft til lyset i dette teater, blev produceret for øjeblikke siden. For som tingenes tilstand er i dag, skal efterspørgslen på elektricitet være i konstant balance med udbuddet af elektricitet. Hvis der i den tid, det tager for mig at gå ud på scenen, er nogle megawatt el produceret af vindmøller, som holder op med at blive tilført nettet, skal forskellen øjeblikligt erstattes fra andre kilder. Men kulkraftværker, atomkraftværker kan ikke reagere hurtigt nok. Et gigantisk batteri kunne. Med et gigantisk batteri kunne vi være i stand til at gøre noget ved problemet med afbrydelser, som forhindrer vind- og solenergi i at bidrage til el-nettet på samme måde som kul, gas og kernekraft gør i dag.

Ser I, batteriet er det centrale anordning, som muliggør dette. Med det kunne vi trække elektricitet fra solen, selv når den ikke skinner. Og det ændrer alting. Fordi så kan vedvarende energi som vind og sol komme direkte fra vingerne her til scenen. I dag vil jeg tale om netop sådan en anordning. Det kaldes et flydende metal-batteri. Det er en ny form for energilagring, som jeg opfandt på MIT sammen med et hold af mine studerende og postdoc'er.

Nu er temaet for dette års TED konference: Bredt spektrum. Ordbogen definerer spektrum som "Det fulde område af bølgelængder af elektromagnetisk udstråling, fra de længste radiobølger til de korteste gammastråler, hvoraf området med synligt lys kun er en lille del." Jeg er ikke her i dag for at fortælle jer, hvordan mit hold på MIT har fravristet naturen en løsning på et af verdens største problemer. Jeg vil gå hele spektrumet igennem og fortælle jer, hvordan processen i udviklingen af denne nye teknologi, afdækkede nogle højst forbavsende uortodokse ting, som kan tjene som en lektion i innovation, og ideer der bør spredes. Og I ved, hvis vi skal få dette land ud af sin nuværende energisituation; vi kan ikke bare bespare os ud af den; vi kan ikke bore os ud af den; vi kan ikke bombe os ud af den. Vi er nødt til at gøre det den på den gammeldags amerikanske måde, vi må opfinde os ud af den, gennem samarbejde.

(Bifald)

Lad os komme i gang. Batteriet blev opfundet for ca. 200 år siden af en professor, Alessandro Volta, fra Universitetet i Padua i Italien. Hans opfindelse førte til starten på en helt ny slags videnskab, elektrokemi, og nye teknologier som galvanisering. Måske overset, Voltas opfindelse af batteriet viste også for første gang nytten af en professor. (Latter) Før Volta, kunne ingen forestille sig at en professor kunne være nyttig.

Her er det første batteri -- en stabel mønter af zink og sølv, adskilt af pap vædet med saltvand. Dette var startpunktet for udformningen af batteriet -- to elektroder, i dette tilfælde metaller af forskellig sammensætning og en elektrolyt. I dette tilfælde salt opløst i vand. Så simpelt er videnskab. Indrømmet, jeg har udeladt nogle få detaljer.

Nu har jeg lært jer at batterividenskab er ligetil og at behovet for opbevaring på el-net niveau er udfordrende, men realiteten er at der i dag simpelthen ikke er nogen batteriteknologi med evnen til at møde de krav om ydelse som el-nettet stiller nemlig usædvanlig meget kraft, lang levetid og superlav pris. Vi må forsøge at forestille os problemet anderledes. Vi skal tænke stort, vi skal tænke billigt.

Så lad os droppe paradigmet om at forske i den mest avancerede kemi for derefter forhåbentligt at kunne presse prisen ned ved bare at lave masser af produktet. I stedet for, lad os opfinde til de priser som er på elektricitetsmarkedet. hvilket betyder at visse dele af det periodiske system er per definition udelukket. Batteriet skal laves af almindeligt forekommende elementer. Jeg siger, hvis du vil lave det skidebilligt, lav det af skidt. (Latter) Helst skidt som findes lokalt. Og vi er nødt til at bygge denne ting ved at bruge simple fremstillingstekniker og fabrikker som ikke koster os en formue.

Så for omkring seks år siden begyndte jeg at tænke over dette problem. Og for at få en frisk synsvinkel på sagen søgte jeg inspiration udenfor faget om elektrisk lagring. Faktisk kiggede jeg på en teknologi som hverken lagrer eller skaber elektricitet, men i stedet bruger elektricitet, enorme mængder af det. Jeg taler om produktionen af aluminium. Processen blev opfundet i 1886 af et par 22-årige -- Hall i USA og Heroult i Frankrig. Og blot få år efter deres opdagelse skiftede aluminium fra at være et kostbart metal, der kostede det samme som sølv, til et almindeligt anvendt materiale.

Her ser I produktionshallen i et moderne aluminiumsværk den er ca 15 meter bred og strækker sig ca 700 meter -- den ene række af celler efter den anden, som indvendigt ligner Voltas batteri med tre vigtige forskelle. Voltas batteri fungerede ved stuetemperatur, det består af faste elektroder, og elektrolytten var en opløsning af salt i vand. Hall-Heroult cellen fungere ved høj temperatur, en temperatur høj nok til at aluminiumsmetalet er smeltet. Elektrolytten er ikke en opløsning af salt og vand men snarere smeltet salt. Det er kombinationen af flydende metal, smeltet salt og høj temperatur som tillader os at sende kraftig strøm igennem denne ting. I dag kan vi producere frisk metal fra malm til en pris af 50 cent per. pund. Det er det økonomiske mirakel af moderne elektrometallurgi.

Det var dette som fangede og fastholdt min opmærksomhed til det punkt hvor jeg blev besat af tanken om at opfinde et batteri som kunne genskabe disse gigantiske stordriftsfordele. Og jeg gjorde. Jeg lavede hele batteriet flydende -- flydende metal for begge elektroder og smeltet salt som elektrolyt. Jeg viser jer hvordan. Så jeg putter et flydende let metal på toppen, et flydende tungt metal på bunden og smeltet salt i mellem.

Så nu, hvordan skal vi vælge metallerne? For mig begynder udviklingsopgaven altid her med det periodiske system, formuleret af en anden professor, Dimitri Mendeleyev. Alt hvad vi ved er skabt af nogle kombinationer af hvad du ser afbilledet her. Det omfatter også vores egne kroppe. Jeg husker det øjeblik en dag hvor jeg søgte efter et par metaller der kunne opfylde kravene om stor forekomst forskellig vægtfylde og høj gensidig reaktionsevne. Jeg følte en gnist af indsigt da jeg vidste jeg havde svaret. Magnesium for toplaget. Og antimon for bundlaget. Jeg bliver nødt til at fortælle jer om en af de største fordele ved at være en professor: Farvekridt.

(Latter)

Så for at producerer strøm, magnesium mister 2 elektroner for at blive en magnesiumion, som derefter vandrer gennem elektrolytten, får 2 elektroner fra antimon, for derefter at blande sig med det for at danne en legering. Elektronerne går på arbejde i den virkelige verden derude, driver vores apparater. For at oplade batteriet vi forbinder det til en elektricitetskilde. Det kunne f.eks. være en vindmøllepark. Så vi vender strømmen. Og dette tvinger magnesium ud af legeringen og vende tilbage til den øverste elektrode, og gendanner batteriets starttilstand. Og strømmen som passerer mellem elektroderne skaber nok varme til at holde dets temperatur.

Det er ret cool, i det mindste i teorien. Men virker det i praksis? Så hvad går vi nu? Vi går i laboratoriet. Ansatte jeg en erfaren ekspert? Nej, jeg ansatte en student og vejledte ham, lærte ham hvordan han skulle tænke over problemet, se det fra mit perspektiv og slap ham løs. Her har vi studenten, David Bradwell, som på dette billede, ser ud til at tvivle på om denne ting nogensinde vil virke. Hvad jeg ikke fortalte på det tidspunkt fortalte David, var at jeg ikke var overbevidst om at det ville virke.

men David er ung og han er smart og han ønskede et Ph. D-stipendium og han fortsatte med at bygge -- (Latter) Han fortsatte med at bygge det allerførste flydende metal batteri med denne kemi. Og baseret på Davids første lovende resultater som var betalt med udviklingsmidler fra MIT, var jeg istand til at tiltrække store forskningsbevillinger fra den private sektor og fra staten. Som tillod mig at udvide min gruppe til 20 personer. En blanding af kandidater, post-docs og endda nogle bachelorer.

Og jeg kunne tiltrække nogle rigtig, rigtig dygtige folk, folk som delte min passion for videnskab og for at tjene samfundet, ikke videnskab og tjeneste for karrierens skyld. Og hvis du spørger disse folk hvorfor de arbejder med flydende metal batterier, deres svar vil være et ekko fra Præsident Kennedys bemærkning på Rice Universitet i 1962 da han sagde -- jeg tager mig friheder her -- "Vi valgte at arbejde med lagring på el-netsniveau, ikke fordi det er nemt, men fordi det er svært."

(Bifald)

Så her er udviklingen af flydende metal batteriet. Vi starter her med vores arbejdshest en watt-time celle. Jeg kalder det snapseglasset. Vi har afprøvet over 400 af disse. perfektioneret deres ydelse med en vifte af kemikalier -- ikke bare magnesium og antimon. Undervej skalerede vi op til en 20 watt-time celle. Jeg kalder den ishockeypucken. Og vi fik de samme bemærkelsesværdige resultater. Derfra videre til tallerkenen. Det er 200 watt-timer. Teknologien har vist sig at være robust og skalerbar. Men fremskridtene var ikke hurtige nok for os. Så for halvanden år siden, skabte David og jeg, sammen med andre fra forskningsteamet, et firma for at accelerere udviklingen og modne det til massefremstilling.

Så i dag hos LMBC bygger vi en celle 40 cm i diameter med kapacitet på en kilowatttime -- 1.000 gange kapaciteten af den oprindelige snapseglas celle. Vi kaldet den pizzaen. Og nu har vi en fire kilowatttime celle i horisonten. Den bliver 90 cm i diameter. Vi kalder den cafebordet, men den er ikke klar til at blive vist frem endnu. Og som en variant af teknologien vil vi stable disse cafeborde i moduler, og samle disse moduler til et gigantisk batteri som passer ind i en 40 fods container, for placering i marken. Og denne har en beregnet kapacitet på to megawatttimer. To megawatttimer. Det er nok energi til at dække det daglige elektricitetsforbrug hos 200 amerikanske husholdninger. Så her er det. lagring på El-netsniveau: Lydløst, ingen udslip, ingen bevægelige dele, fjernstyret, skabt til at markedspriser uden tilskud.

Så hvad har vi lært fra dette? (Bifald) Så had har vi lært af alt dette? Lad mig dele med jer nogle af de overraskelser, kætterske tanker. De ligger under det synlige. Temperatur: Konventionel visdom siger den skal holdes nede, på eller nær stuetemperatur, derefter installere et kontrolsystem til at holde den der. Undgå overophedning. Flydende metal batteriet er designed til at fungere ved forhøjede temperaturer med et minimum af styring. Vores batterier kan håndtere de meget store temperaturstigninger som kommer fra pludselige strømme. Skalering: Konventionel visdom siger reducer omkostninger ved at producere mange. Flydende metal batteri er designed til at reducere omkostninger ved at producere færre, men større. Og endelig, ansatte: Konventionel visdom siger ansæt batterieksperter, erfarne professionelle, som kan trække på deres store erfaring og viden. For at udvikle det flydende metal batteri, ansatte jeg studerende og post-docs og vejledte dem. I et batteri, stræber jeg efter at maksimere det elektriske potentiale; i vejledning, stræber jeg efter at maksimeret det menneskelige potentiale. Som I ser, historien om det flydende metal batteri er mere end en beretning om at opfinde teknologi, det er et skoleeksempel på at opfinde opfindere, bredspektret.

(Bifald)