L'elettricità che alimenta le luci in questo teatro
è stata generata pochi minuti fa.
Data la situazione attuale,
la domanda di elettricità deve essere in costante equilibrio
con l'offerta.
Se nel tempo che ho impiegato per arrivare fino a questo palco,
alcune decine di megawatt di energia eolica
cessassero di fluire nella rete,
la differenza dovrebbe essere compensata
immediatamente da altri generatori.
Ma le centrali a carbone e quelle nucleari
non possono rispondere con sufficiente rapidità.
Una batteria gigante potrebbe.
Con una batteria gigante,
saremmo in grado di affrontare il problema dell'intermittenza
che impedisce all'energia eolica e solare
di contribuire alla rete elettrica
nello stesso modo in cui lo fanno oggi il carbone, il gas e il nucleare.
Vedete, la batteria
è la chiave per renderlo possibile.
Potremmo ricavare energia dal sole
anche quando non splende.
E questo cambia tutto.
Perché a quel punto, le energie rinnovabili
come quella del sole e del vento,
escono dalle quinte, portandosi
qui, al centro della scena.
Oggi voglio parlarvi di un dispositivo simile.
Si chiama batteria a metallo liquido.
Si tratta di una nuova forma di stoccaggio dell'energia
che ho inventato al MIT
insieme ad un gruppo di miei studenti
e dottori di ricerca.
Il tema del TED di quest'anno è Full Spectrum [ampio spettro].
L'Oxford English Dictionary definisce spettro
"L'intera gamma di lunghezze d'onda
della radiazione elettromagnetica,
dalle onde radio più lunghe ai raggi gamma più brevi,
di cui l'intervallo di luce visibile
è solo una piccola parte".
Quindi non sono qui oggi solo per raccontarvi
come la mia squadra al MIT ha tratto dalla natura
una soluzione a uno dei grandi problemi del mondo.
Voglio percorrere l'ampio spettro e raccontarvi come,
nel corso dello sviluppo
di questa nuova tecnologia,
abbiamo scoperto delle eterodossie sorprendenti
che possono servire come lezione per l'innovazione,
idee degne di essere diffuse.
E sapete,
se vogliamo tirare il paese fuori dalla sua situazione energetica attuale,
non possiamo solo tutelare la nostra via d'uscita;
non possiamo solo scavare la nostra via d'uscita;
non possiamo bombardare la nostra via d'uscita.
Lo faremo alla vecchia maniera americana,
inventeremo la nostra via d'uscita,
lavorando insieme.
(Applausi)
Ora, cominciamo.
La batteria fu inventata circa 200 anni fa
da un professore, Alessandro Volta,
all'Università di Padova, in Italia.
La sua invenzione diede vita a un nuovo campo della scienza,
l'elettrochimica,
e a nuove tecnologie
come la galvanoplastica.
Forse trascurata,
l'invenzione della batteria da parte di Volta
per la prima volta dimostrò anche
l'utilità di un professore.
(Risate)
Fino a Volta, sembrava impensabile
che un professore potesse essere di alcuna utilità.
Ecco la prima batteria -
una pila di monete, zinco e argento,
separate da cartone intriso di sale.
Questo è il punto di partenza
per la progettazione di una batteria -
due elettrodi,
in questo caso metalli di diversa composizione,
e un elettrolita,
in questo caso sale disciolto in acqua.
La scienza è molto semplice.
Certo, ho lasciato fuori alcuni dettagli.
Ora vi ho insegnato
che la scienza della batteria è semplice
e la necessità dello stoccaggio dell'energia in rete
è urgente,
ma il fatto è
che oggi semplicemente non c'è tecnologia della batteria
in grado di soddisfare
la domanda di prestazioni richieste dalla rete -
cioè potenza eccezionalmente elevata,
durabilità
e bassissimo costo.
Dobbiamo pensare al problema in modo diverso.
Dobbiamo pensare in grande,
dobbiamo pensare a buon mercato.
Quindi, abbandoniamo l'idea
di cercare la chimica migliore
nella speranza di ridurre la curva dei costi
semplicemente facendo un sacco di prodotti.
Invece, inventiamo
il prezzo di vendita del mercato dell'elettricità.
Il che significa
che alcune parti della tavola periodica
sono assiomaticamente fuori dai limiti.
Questa batteria deve essere fatta
con elementi abbondanti in natura.
Io dico, se volete fare qualcosa di estremamente economico,
fatelo con la sporcizia -
(Risate)
preferibilmente sporcizia
di provenienza locale.
E dobbiamo essere in grado di costruire questa cosa
utilizzando semplici tecniche di produzione e fabbriche
che non ci costino una fortuna.
Così, circa sei anni fa,
iniziai a pensare a questo problema.
E per adottare una nuova prospettiva,
cercai ispirazione al di fuori del campo dello stoccaggio energetico.
Infatti guardai verso una tecnologia
che non immagazzina né produce elettricità,
ma invece ne consuma
in grandi quantità.
Sto parlando della produzione di alluminio.
Il processo fu inventato nel 1886
da una coppia di 22enni -
Hall negli Stati Uniti e Heroult in Francia.
E solo pochi anni dopo la loro scoperta,
l'alluminio è passato
da metallo prezioso caro tanto quanto l'argento
a materiale strutturale comune.
State vedendo la casa di celle di una moderna fonderia di alluminio.
È larga circa 15 metri
e lunga circa un chilometro -
file e file di celle che,
all'interno, assomigliano alla pila di Volta,
con tre importanti differenze.
La pila di Volta funziona a temperatura ambiente.
È dotata di elettrodi solidi
e un elettrolita che è una soluzione di acqua e sale.
La cella di Hall-Heroult
funziona ad alta temperatura,
sufficientemente elevata
per mantenere l'alluminio liquido.
L'elettrolita
non è una soluzione di acqua e sale,
bensì di sale fuso.
È questa combinazione di metallo liquido,
sale fuso e alta temperatura
che ci permette di inviare corrente elevata attraverso questa cosa.
Oggi siamo in grado di produrre metallo vergine dal minerale
a meno di un dollaro al chilo.
Questo è il miracolo economico
dell'elettrometallurgia moderna.
È questo che ha attirato la mia attenzione
al punto che sono rimasto ossessionato dall'invenzione di una batteria
in grado di catturare questa economia su scala enorme.
E l'ho fatto.
Ho creato una batteria completamente liquida -
metalli liquidi per entrambi gli elettrodi
e un sale fuso per l'elettrolita.
Vi mostrerò come.
Ho messo metallo liquido
a bassa densità in alto,
metallo liquido ad alta densità in basso,
e sale fuso tra i due.
Quindi ora,
come scegliere i metalli?
Per me, l'esercizio di progettazione
inizia sempre da qui,
dalla tavola periodica,
formulata da un altro professore,
Dmitri Mendeleev.
Tutto quello che sappiamo
è costituito da una combinazione
di ciò che vedete raffigurato qui.
E questo include i nostri corpi.
Ricordo il giorno
in cui cercavo un paio di metalli
che potessero soddisfare le esigenze
di abbondanza in natura,
densità diversa e opposta,
e alta reattività reciproca.
Ho provato un'emozione incredibile
quando ho capito di aver trovato la risposta.
Magnesio per lo strato superiore.
E antimonio
per lo strato inferiore.
Sapete, devo dirvelo,
uno dei più grandi vantaggi dell'essere un professore:
gessetti colorati.
(Risate)
Quindi, per generare corrente,
il magnesio perde due elettroni
per diventare ione di magnesio
che poi migra attraverso l'elettrolita,
accetta due elettroni dall'antimonio,
e poi si mescola con questo per formare una lega.
Gli elettroni vanno a lavorare
nel mondo reale qui,
alimentando i nostri apparecchi.
Ora, per caricare la batteria,
colleghiamo una fonte di elettricità.
Potrebbe essere qualcosa di simile a un parco eolico.
E poi invertiamo la corrente.
Questo costringe il magnesio a scindersi
e ritornare all'elettrodo superiore,
ripristinando la costituzione iniziale della batteria.
E la corrente che passa tra gli elettrodi
genera calore sufficienti a mantenere costante la temperatura.
È molto bello,
almeno in teoria.
Ma funziona davvero?
Allora, cosa si fa dopo?
Andiamo in laboratorio.
Ora, posso assumere professionisti esperti?
No, assumo uno studente
e lo preparo,
gli insegno come pensare al problema
per vederlo dal mio punto di vista
e poi lo lascio libero.
Questo è lo studente, David Bradwell,
che in questa immagine
sembra chiedersi se questa cosa funzionerà mai.
Quello che non ho detto a David al momento
è che nemmeno io ero convinto che avrebbe funzionato.
Ma David è giovane e intelligente
e vuole un dottorato di ricerca,
e prosegue a costruire -
(Risate)
Procede a costruire
la prima batteria a metallo liquido
di questa chimica.
E sulla base dei primi risultati promettenti di David,
che sono stati pagati
con i fondi del MIT,
sono riuscito ad ottenere grandi finanziamenti per la ricerca
dal settore privato
e dal governo federale.
E questo mi ha permesso di ampliare il mio gruppo a 20 persone,
un mix di studenti laureati, dottori di ricerca
e anche alcuni laureandi.
Sono riuscito a reclutare persone veramente valide,
persone che condividono la mia passione
per la scienza e il servizio alla società
e non scienza e servizio per fare carriera.
E se chiedete a queste persone
perché lavorano sulla batteria a metallo liquido,
la loro risposta risalirebbe
alle osservazioni del Presidente Kennedy,
fatte alla Rice University nel 1962,
quando disse - e qui mi prendo delle libertà -
"Abbiamo scelto di lavorare sullo stoccaggio dell'energia in rete
non perché sia facile,
ma perché è difficile".
(Applausi)
Questa è l'evoluzione della batteria a metallo liquido.
Iniziamo qui con il nostro cavallo di battaglia: la cella di un wattora.
Io la chiamo il "cicchetto".
Ne abbiamo costruite oltre 400,
perfezionando il loro rendimento con una varietà di composizioni chimiche -
non solo magnesio e antimonio.
Nel processo siamo passati alla cella di 20 wattora.
Io la chiamo il "disco da hockey".
E abbiamo ottenuto gli stessi notevoli risultati.
E poi era sul piattino.
Questa è di 200 wattora.
La tecnologia si stava dimostrando
solida e scalabile.
Ma il ritmo non era abbastanza veloce per noi.
Così un anno e mezzo fa,
io e David,
insieme ad un altro membro dello staff di ricerca,
abbiamo formato una società
per accelerare il ritmo dei progressi
e la corsa per la fabbricazione del prodotto.
Oggi nella LMBC,
stiamo costruendo celle di 41 cm di diametro
con una capacità di un chilowattora -
1.000 volte la capacità
dell'iniziale cella cicchetto.
Noi la chiamiamo "pizza".
E poi è già in fase di sviluppo una cella di quattro chilowattora
che avrà un diametro di 90 centimetri.
Noi la chiamiamo il "tavolo da bistrot",
ma non è ancora pronta per essere mostrata.
E una variante della tecnologia
ci consente di impilare questi tavoli da bistrot in moduli,
che vengono aggiunti in una batteria gigante
che si inserisce in un container di 12 metri
per il collocamento sul campo.
E questa ha una capacità nominale di due megawattora -
due milioni di wattora.
Energia sufficiente
a soddisfare il fabbisogno giornaliero di energia elettrica
di 200 famiglie americane.
Eccolo qui, l'accumulatore dell'energia di rete:
silenzioso, a emissioni zero,
senza parti in movimento,
telecomandato,
progettato per un prezzo di mercato
senza sovvenzioni.
Quindi, che cosa abbiamo imparato da tutto questo?
(Applausi)
Che cosa abbiamo imparato da tutto questo?
Vorrei condividere con voi
alcune sorprese, le idee non convenzionali.
Non si notano ad occhio nudo.
Temperatura:
Il buon senso suggerisce di mantenerla a basso livello,
a temperatura ambiente o quasi,
e poi installare un sistema di controllo per mantenerla costante.
Evitare fughe termiche.
La batteria a metallo liquido è progettata per funzionare a temperature elevate
con regolazione minima.
La nostra batteria è in grado di gestire altissime temperature
che provengono dagli sbalzi di tensione.
Proporzione: Il senso comune suggerisce
di ridurre i costi aumentando la produzione.
Le batterie a metallo liquido sono state progettate per ridurre i costi
producendo meno, ma saranno più grandi.
E infine, le risorse umane:
Il senso comune suggerisce
di assumere esperti della batteria,
professionisti stagionati,
che possano sfruttare la loro grande esperienza e la conoscenza.
Per sviluppare la batteria a metallo liquido,
ho assunto studenti e dottori di ricerca e li ho guidati.
In una batteria,
cerco di massimizzare il potenziale elettrico;
quando sono il mentore,
cerco di massimizzare il potenziale umano.
Quindi, vedete,
la storia della batteria a metallo liquido
più che un racconto
sull'invenzione della tecnologia,
è un progetto
per creare inventori, ad ampio spettro.
(Applausi)