Çimento yenilenebilir enerji depolamanın çözümü mü? MIT'deki mühendisler öyle düşünüyor.

[™ Admin]

Çimento yenilenebilir enerji depolamanın çözümü mü? MIT'deki mühendisler öyle düşünüyor.

MIT araştırmacıları, evlerin harici piller olmadan kendi elektriğini depolamasına ve otoyolların yolda seyahat ederken elektrikli araçları şarj etmesine olanak tanıyan bir enerji depolama sistemi geliştirdiklerini söylüyor; şarj istasyonlarına gerek yok.

Araştırmacıların söylediğine göre en iyi yanı, süper kapasitör adı verilen sistemlerin dünyada en çok bulunan üç malzemeden (çimento, su ve karbon) inşa edilebilmesi.

MIT'nin Beton Sürdürülebilirlik Merkezi'nde çalışan araştırmacılar, yakın zamanda buluşlarını hakemli bir bilimsel dergi olan Ulusal Bilimler Akademisi Bildirilerinde bildirdiler. Yaklaşık 1 santimetre genişliğinde ve 1 milimetre kalınlığındaki küçük bir prototipin, bir LED ışığına nasıl en az 10.000 kez güç verdiğini ayrıntılarıyla anlattılar.
Bir sonraki adım: Fosil yakıtlardan geçişi hızlandırmaya yardımcı olmak için rüzgar, güneş ve diğer yenilenebilir enerjiyi depolayacak büyük ölçekli süper kapasitörler geliştirmek.

MIT'de inşaat ve çevre mühendisliği profesörü ve süper kapasitörün yaratıcılarından biri olan Franz-Josef Ulm, "Enerji depolaması küresel bir sorundur" dedi. "Çevresel ayak izini azaltmak istiyorsak ciddileşmeli ve bu hedeflere ulaşmak için yenilikçi fikirler üretmeliyiz."

Ticarileşmesi üzerinden henüz yıllar geçmiş olan süper kapasitör, elektrik şebekesinin modernleştirilmesinde kritik olduğu düşünülen depolama sistemlerini geliştirme ve bunu ucuz, yaygın olarak bulunabilen malzemelerle yapma çabasının bir parçası. 2022'de MIT, dünyayı fosil yakıtlardan kurtarmak için gereken ölçekte yenilenebilir enerji depolamanın finansal ve teknolojik olarak mümkün olduğunu belirten bir rapor yayınladı. Ancak araştırmacılar, lityum, kobalt ve nadir toprak mineralleri gibi kritik bileşenlerin elde edilmesinin maliyeti ve zorluğunun bu hedefe ulaşmada önemli zorluklar oluşturduğunu söyledi.

Ancak bu sorunu çözmek isteyenler yalnızca MIT'deki mühendisler değil. Somerville'deki yeşil enerji tedarikçisi Form Energy, başka bir bol malzeme olan demir bazlı piller geliştiriyor. Marlborough girişimi Ambri'yi kuran diğer MIT araştırmacıları, kalsiyum gibi yaygın malzemeleri kullanan bir sıvı metal pil geliştirdiler.

Boston Üniversitesi'nden malzeme bilimi ve makine mühendisliği profesörü Soumendra Basu, "Sorun şu ki dünyadaki lityum kaynakları sınırlı ve diğer teknolojilerin birçoğu da sınırlı olan nadir toprak malzemelerine ihtiyaç duyuyor" dedi. “Dolayısıyla, bol miktarda bulunan şeylerle enerji depolamak büyük bir mesele.”

Ulm ve meslektaşları, çimento ve elektriği ileten toz halinde siyah bir madde olan karbon siyahının potansiyelini fark ettiklerinde Mart 2020'de süper kapasitör üzerinde çalışmaya başladılar. Teknoloji bazı açılardan karşıtların birbirini çektiği fikrine dayanıyor.

Çimento suyla kolayca karışır, ancak karbon siyahı suyu iter. Çimento ve karbon karası suyla karıştırıldığında, karbon karası kümeleşerek birbirine bağlı dallardan oluşan bir ağ halinde betonun içine nüfuz eder. Bu dallar betonun içindeki enerjiyi depolamak için yollar sağlar.

Çimento ana bileşen olduğundan enerji depolama sistemi binalara ve yollara dahil edilebilir. Örneğin bir evin temeli, gündüzleri doğrudan güneş panellerine bağlanan ve geceleri ışıklara, cihazlara ve ısıtma ve soğutma sistemlerine güç sağlamak için elektrik depolayan bir bataryaya dönüşebilir.

Çimento bazlı enerji depolama sisteminin kaldırıma dahil edilmesiyle süper kapasitör, elektrikli araçlar için kablosuz şarj cihazı gibi çalışabilir ve potansiyel olarak elektrikli araçların yaygın olarak benimsenmesinin karşılaştığı en büyük sorunlardan biri olan şarj istasyonlarının eksikliğini çözebilir. Yolda depolanan enerji, kablosuz cep telefonu şarjlarına benzer şekilde, EV'ler üzerinden geçerken arabanın aküsünü şarj edecek.

Karayollarını elektrikli araç şarj cihazlarına dönüştürmeye yönelik diğer çabalar da sürüyor ancak farklı teknolojiler kullanılıyor. Indiana'da Eyalet Ulaştırma Bakanlığı ve Purdue Üniversitesi, ağır hizmet kamyonlarını hareket halindeyken şarj etmek için yollardaki bobinleri kullanıyor.

Ulaşım, binalar ve enerji santralleri sera gazı emisyonlarının büyük payını oluşturduğundan, MIT araştırmacıları enerji depolama sistemlerinin iklim değişikliğini yavaşlatmada hayati önem taşıyan temiz teknolojilerin benimsenmesini hızlandırmaya yardımcı olabileceğini söylüyor. MIT'de inşaat ve çevre mühendisliği doçenti ve süperkapasitörün yaratıcılarından biri olan Admir Masic, "Bu, gerçek dünyaya hızla nüfuz edebileceğine inandığımız bir şey" dedi.

Araştırmacılar hala önemli mühendislik zorluklarıyla karşı karşıyadır. Örneğin, daha fazla karbon siyahı eklemek, çimento karışımının depolama kapasitesini artırır. Ancak karbon siyahı aynı zamanda çimentonun yapısal bütünlüğünü de bozar.

Boston Üniversitesi'nde makine mühendisliği doçenti Michael Gevelber, yapısal bütünlük kaygılarının enerji depolama sistemini binalara ve yollara dahil etmeyi çok riskli hale getirdiğini söyledi. Ambri'nin sıvı metal pili gibi diğer depolama teknolojilerinin daha gelişmiş, daha güvenli ve daha ucuz olduğunu söyledi.

Gevelber, "(MIT süper kapasitörünün) gerçekten bu kadar pratik olup olmayacağı sorusunu gündeme getiriyor" dedi.

Ancak MIT araştırmacıları "tatlı nokta" adını verdikleri bir karışıma sahip olduklarını söylüyor: yüzde 90 çimento ve yüzde 10 karbon siyahı. Bu konsantrasyonlarda çimento güçlü kalabilir ve süper kapasitör hala büyük miktarda enerji tutabilir.

"Yeni cihazlarımızı çok işlevli, kemiğe benzer bir yapı olarak hayal edin. Masic, "Bu özelliklerin bazılarından ödün verecek şekilde tasarım yapmamız gerekecek, ancak yine de çok işlevli performansı optimize etmemiz gerekecek" dedi. “Hala çimento omurgasına sahip.”

Ayrıca süperkapasitörün, evlerin ve binaların yapısal bütünlüğünü korumasını sağlamak için normal çimentoya ek olarak kullanılabileceğini de öne sürdü.

Birçok yeşil teknoloji gibi bu süper kapasitörün de iklim üzerinde kendi etkisi var. Uluslararası Enerji Ajansı'na göre çimento üretimi dünyadaki karbon emisyonlarının yaklaşık yüzde 7'sine katkıda bulunuyor, ancak bazı tahminler bu oranın yüzde 9'a kadar çıktığını gösteriyor.

Ancak çimentonun karbon ayak izi ulaşım sektörününkinden çok daha küçük. MIT araştırmacıları, temiz enerjinin ve elektrikli araçların daha fazla kullanılmasıyla önlenen emisyonların, beton üretiminin ürettiği emisyonları telafi etmekten daha fazla olduğunu söyledi.

Masic, "Bu teknoloji, yakıt yakan ve atmosfere CO2 yayan yenilenemeyen kaynaklardan yenilenebilir enerjiye verimli bir şekilde geçiş yapmamızı sağlayacak" dedi.

Bu arada araştırmacılar ilerlemeye devam ediyor. 12 voltluk bir pilin depolama kapasitesine sahip inşaat tuğlaları inşa etmeye çalışıyorlar. Araştırmacılar, enerjiden bağımsız evlere yönelik prototiplerin üç ila beş yıl içinde geliştirilebileceğini ve ardından yaklaşık beş yıl içinde kendi kendini şarj eden park yerleri ve yolların geliştirilebileceğini söyledi.

BÜ malzeme ve mühendislik profesörü Basu, "Çok sayıda mühendislik zorluğu olacak" dedi. "Ancak bunu yapmak için iyi bir süper kapasitör yaratmanın bilimsel zorluğu açısından büyük ilerleme kaydettiler."

Kaynak: The Boston Globe