Donald Sadoway: La mankanta ĉenero por renovebla energio

La elektron kiu funkciigas la lumojn de ĉi tiu teatro oni ĵus produktis. Ĉar laŭ la nuntempa tekniko la bezono de elektro devas ĉiam kompensiĝi per la produktado de elektro. Se dum la tempo kiun mi bezonis por aliri ĉi tiun scenejon kelkdek megaŭatoj da ventodevena energio ĉesas atingi la elektran reton, la mankon devus tuj anstataŭigi aliaj elektroproduktiloj. Sed karbocentraloj, atomcentraloj ne povas reagi tiel rapide. Tamen giganta baterio povus. Per giganta baterio ni kapablus alfronti la problemon de intermito. kiu malebligas al suna kaj venta energio kontribui al la elektra reto samkiel nuntempe faras karba, gasa kaj atoma.

Vidu, baterio estas la ĉefa ebliga aparato ĉi-rilate. Per ĝi, ni povus utiligi sundevenan elektron eĉ kiam la suno ne videblas. Tio ŝanĝus la tutan aferon. Ĉar tiumaniere la renoveblaj energioj, kiaj suna kaj venta, ne plu estus flankaj kaj atingus la centran scenejon. Hodiaŭ mi volas prezenti al vi tian aparaton Oni nomas ĝin likvometala baterio. Temas pri nova formo de energistokado kiun mi eltrovis ĉe MIT kun teamo de miaj studentoj kaj postdoktoroj.

La temo de la ĉijara TED konferenco estas Tutampleksa Spektro. La ODE (Oxford English Dictionary) difinas spektron kiel "La tuta amplekso de ondolongoj de la elektromagneta radiado, de la plej longaj radiaj ondoj ĝis la plej mallongaj gamaradioj de kio la amplekso de videbla lumo estas nur eta parto." Do mi ne estas ĉi tie hodiaŭ nur por diri al vi kiamaniere mia teamo ĉe MIT eltiris el la naturo solvon de unu el la plej gravaj mondaj problemoj. Mi volas laŭiri la tutan spektron kaj diri al vi kiel dum la evoluigo de tiu ĉi nova teknoscienco, ni malkovris kelkajn surprizajn kontraŭtradiciaĵojn kiuj povas instrui pri novigado, ideojn diskonigindajn. Vidu, se ni celas eligi ĉi tiun landon el ĝia nuna energia situacio, ni ne povas pluteni nian elirvojon, ni ne povas trabori nian elirvojon, ni ne povas bombi nian elirvojon. Ni faros tion laŭ la malnovmoda usona maniero, ni eltrovos nian elirvojon, laborante kune.

(aplaŭdoj)

Do ni komencu. La baterion eltrovis antaŭ ĉ. 200 jaroj profesoro Alessandro Volta, ĉe la Universitato de Padovo en Italio. Lia eltrovo naskis novan sciencan fakon, elektrokemion, kaj novajn teknikarojn kiel elektrotegado. Eble pretervidita la eltrovo de la baterio fare de Volta unuafoje eĉ pruvis la utilon de profesoro. (oni ridas) Antaŭ Volta, neniu povis imagi ke profesoro povus utili al io ajn.

Jen la unua baterio - surmetaĵo de moneroj, zinkaj kaj arĝentaj, apartigitaj de papera tavolo trempita en sala akvo. Tiu estas la startpunkto por projekti baterion.- du elektrodoj, ĉi-kaze malsamaj metaloj, kaj elektrokonduka fluidaĵo, ĉi-kaze salo solvita en akvon. Tiel simpla estas la afero. Bone, mi preterlasis kelkajn detalojn.

Do, mi instruis al vi ke la scienco pri baterioj estas simpla kaj la bezono de retnivela stokado de elektro estas urĝa, sed la fakto estas ke ĝis nun simple ne ekzistas bateria teknikaro kiu povas plenumi la bezonon de elektra amasa stokado kiun la elektra reto ege bezonas - tio estas nekutime granda energio, longdaŭra funkciado kaj ege malalta kosto. Ni devas pripensi la problemon alimaniere Ni devas pensi grandskale ni devas pripensi malmultekoste.

Tial ni forlasu la kutiman paradigmon: ni serĉu la plej brilan kemian procedon, kaj poste ni klopodos malpliigi la koston per produktado kiel eble plej amasa. Male, ni serĉu eltrovon kiu ekde la komenco taŭgas por la merkataj prezoj. Tio signifas ke kelkajn partojn de la perioda tabelo oni flankelasas laŭ difino. Ĉi tiun baterion oni faru el elementoj abundaj en la tersurfaco. Nu, mi diru, se vi volas produkti ion kio kostas kiel rubaĵo, faru ĝin el rubaĵoj! (oni ridas) kaj prefere rubaĵoj troveblaj surloke. Kaj ni konstruu ĉi tiun aĵon per simplaj konstruaj teknikoj kaj fabrikoj kiuj ne kostos monamason.

Bone, antaŭ proksimume ses jaroj mi komencis pripensi ĉi tiun problemon. Por pripensi el freŝa vidpunkto, mi serĉis inspiron ekster la fako de elektrostokado. Fakte mi pritaksis teknikaron kiu ne stokas kaj ne produktas elektron, male uzas elektron, amason da ĝi. Temas pri produktado de aluminio. Tiun procedon eltrovis en 1866 du 22-jaruloj, Hall en Usono kaj Heroult en Francio. Nur kelkajn jarojn post ilia eltrovo aluminio ŝanĝiĝis de altvalora metalo samkosta kiel arĝento al kutima struktura materialo.

Vi vidas nun la ĉelon de nuntempa produktejo de aluminio. Ĝi estas 15-metrojn larĝa. kaj longas proksimume 800 metrojn vico post vico estas ĉeloj, kiuj interne similas al la baterio de Volta; estas tamen tri gravaj diferencoj. La baterio de Volta funkcias je normala temperaturo. Ĝi enhavas solidajn elektrodojn kaj la elektrolito estas solvaĵo de salo kaj akvo. La ĉelo de Hall-Heroult funkcias je alta temperaturo sufiĉe alta por ke la aluminio kiun oni produktas estu likva. La elektrokonduka fluidaĵo ne estas solvaĵo de salo en akvon, male estas salo kiu fandiĝis. Estas tiu kombino de likva metalo, fandiĝinta salo kaj alta temperaturo kiu ebligas nin sendi intensan elektrokurenton tra ĝi. Nuntempe ni povas produkti puran metalon el la mineralo je kosto de malpli ol unu dolaro por kilogramo. Jen la miraklo ekonomia de la moderna elektrometalurgio.

Tiu procedo kaptis kaj retenis mian atenton tiom ke mi urĝiĝis pri eltrovo de baterio kiu povu ekspluati tiun gigantskalan ekonomion. Kaj mi faris tion. Mi faris la tutan baterion likva -- likvaj metaloj por ambaŭ elektrodoj kaj fandiĝinta salo por la elektrolito. Nun mi montros kiel. Jen mi metas malpli densan likvan metalon plej supren, pli densan likvan metalon malsupren, kaj inter ili fandiĝintan salon.

Sed nun, kiel elekti la metalojn? Por mi la klopodo projekti ĉiam komenciĝas ĉi tie ĉe la perioda tablo, formulita de alia profesoro, Dimitri Mendelevo. Ĉio kion ni konas konsistas el iu kombino de tio kion vi vidas listigitan ĉi tie. Tio eĉ inkluzivas niajn korpojn. Mi memoras la momenton, iun tagon, kiam mi serĉis paron da metaloj kiuj respondas al la postuloj, t.e. abundo en la tersurfaco, malsamaj kaj kontraŭaj densoj kaj forta reciproka reagemo. Mi perceptis eksciton pro trafo kiam mi komprenis ke mi trovis la respondon. Magnezio por la supera tavolo kaj antimonio por la malsupera. Vi sciu, mi diru al vi, unu el la plej gravaj profitoj de profesora estado estas multkolora kreto.

(oni ridas)

Do, por produkti kurenton, magnezio perdas du elektronojn iĝante jono magnezia, kiu migras trans la elektrolito, ricevas du elektronojn de antimonio kaj miksiĝas kun ĝi estigante alojon. La elektronoj iras labori al nia ĉiutaga mondo, kaj funkciigas niajn aparatojn. Kaj nun, por ŝargi la baterion, ni konektas al ĝi fonton de elektro kiel ekzemple venta elektrogenerilo. Tiel ni inversas la kurenton kaj pro tio magnezio eliras el la alojo kaj migras reen al la supera elektrodo reestigante la komencan situacion de la baterio. Kaj la fluo de kurento tra la elektrodoj estigas sufiĉe da varmo por pluteni la temperaturon.

Ege brila atingo, almenaŭ teorie. Sed ... ĉu vere ĝi funkcias? Bone, kaj poste? Ni iras laborejon. Ĉu mi dungu profesian spertulon? Ne, mi dungas studenton kaj instruas al li, kiel pripensi la problemon, kiel vidi ĝin laŭ mia vidpunkto. kaj lasas lin libera serĉadi. Jen tiu studento, David Bradwell, kiu en ĉi tiu bildo ŝajne pridubas, ĉu tio povos funkcii. Tiutempe mi ne diris al David ke mi mem ne konvinkiĝis ke tio funkcios.

Sed David estas juna kaj lerta kaj volas atingi doktoriĝon, kaj plu konstruadas-- (oni ridas) Li plu konstruadas la unuan likvometalan baterion laŭ ĉi tiu kemia procedo. Kaj surbaze de la promesaj komencaj rezultoj de David pagitaj per sema mono ĉe MIT mi povis allogi gravan monsubtenon al serĉado el privataj investantoj kaj el la federacia registaro. Tio ebligis min etendi mian grupon ĝis 20 homoj, miksaĵo de studentoj, postdoktoroj kaj eĉ doktoriĝontoj.

Mi sukcesis altiri vere lertegajn homojn, homoj kiuj same emas kiel mi al scienco kaj servo al la societo, ne scienco kaj servo por pluigi karieron. Se vi demandas tiujn homojn kial ili laboras pri likvometalaj baterioj ilia respondo memorigos tiun eldiron de Prezidanto Kennedy ĉe Rice Universitato en 1962 kiam li diris - mi libere mencias - "Ni elektis labori pri amasa elektrostokado ne ĉar estas facila tasko, male ĉar ĝi estas malfacila."

(aplaŭdoj)

Jen la evoluo de likvometala baterio. Ni komencis per senpretenda ĉelo sufiĉa por unu ŭathoro. Mi nomis ĝin la glaseto. Ni konstruis pli ol 400 da tiaj, kaj perfektigis ilian funkciadon per pluraj kemiaj procedoj -- ne nur magnezio kaj antimonio. Dum tiu evoluigo ni pligrandigis ĝis ĉelo sufiĉa por 20 ŭathoroj kiun mi nomis la hokedisko. Ni atingis la samajn promesajn rezultojn kaj ni pluiris ĝis la 'telero' kiu liveras 200 ŭathorojn. Tiu teknikaro montriĝis fidinda kaj pligrandigebla. Sed la progreso estis tro malrapida por ni. Tiel antaŭ unu jaro kaj duono David kaj mi kun alia staba esploristo starigis firmaon por plirapidigi la evoluon de la procedo kaj la strebon al livero de komerca produkto.

Kaj jen, ĉe nia LMBC ni nun produktas ĉelojn kun diametro de 38 cm kiuj kapablas liveri unu kiloŭatohoron. t.e. miloble la enan energion de la komenca glaseto. Ni nomas ĝin la pico. Kaj ni antaŭvidas ĉelon por 4 kiloŭathoroj. Ĝi havos diametron de 91 cm. Ni nomas ĝin la trinkeja tableto. sed ankoraŭ ni ne povas antaŭmontri ĝin. Unu variaĵo de tiu teknologio ebligos nin surmeti tiujn tabletojn atingonte modulojn kaj kunigi la modulojn en gigantan baterion kiu eniros en 12-metran transportujon laŭbezone lokeblan. Tiu havos nominalan entenkapablon de 2 megaŭathoroj - du milionoj da ŭathoroj. Tiu energio sufiĉas por la ĉiutaga elektra bezono de 200 usonaj familioj. Jen do ĝi disponeblas, retnivela elektrostokado senbrua, ne malpuriga, sen moviĝantaj partoj, defore regebla, planita por taŭga kosto surmerkate. sen iu subvencio.

Kaj kion finfine ni eklernis el la tuta afero? (aplaŭdoj) Do kion finfine ni eklernis el la tuta afero? Mi montru al vi iomajn surprizojn, kontraŭtradiciaĵojn. Ili ne videblas kutime. Temperaturo Saĝeco tradicia diras 'ĝi estu malalta proksima al temperaturo de medio. kaj estu kontrolsistemo por pluteni ĝin tioma. Evitu ŝanĝojn de temperaturo. La likvometala baterio estas projektita por funkcii je alta temperaturo kun malmulte da kontrolo. Nia baterio povas toleri la tre altajn temperaturojn kiuj okazas pro kurentaj pintoj. Kvanto da produktado: tradicia saĝeco konsilas malpliigu la koston per amasproduktado. La likvometala baterio estas projektita por malpliigi la koston per produktado de malmultaj ekzempleroj, tamen ili pliiĝos. Kaj finfine, la homa faktoro. Tradicia saĝeco diras, dungu spertulojn pri baterioj, maturajn profesiulojn kiuj povas profiti pro sia ampleksa sperto kaj scio. Por evoluigi la likvometalan baterion, mi dungis studentojn kaj postdoktorojn kaj instruis ilin. En baterio, mi klopodas maksimumigi elektran potencialon; instruante, mi klopodas maksimumigi homan potencialon. Do vi vidas, la historio de likvometala baterio ne nur temas pri eltrovo de teknologio, estas modelo por evoluigi eltrovistojn, tutspektre.

(aplaŭdoj)