Electricitatea care alimentează luminile din această sală
a fost generată acum câteva momente.
Conform situației actuale,
cererea de electricitate trebuie să fie în echilibru constant
cu furnizarea de electricitate.
Dacă în timpul cât a durat să intru aici pe scenă,
câteva zeci de megawaţi de energie eoliană
ar fi încetat să fie alimentate în reţea,
diferenţa ar fi trebuit compensată
de alte generatoare imediat.
Dar uzinele de cărbuni şi centralele nucleare
nu pot răspunde suficient de repede.
O baterie gigant ar putea.
Cu o baterie gigant,
am putea aborda problema intermitenţei
care împiedică vântul şi soarele
să contribuie la reţea
în acelaşi fel în care cărbunele, gazul şi energia nucleară o fac astăzi.
Vedeţi voi, bateria
e dispozitivul cheie.
Cu ea am putea folosi electricitate solară
chiar şi când soarele nu străluceşte.
Şi asta schimbă totul.
Pentru că atunci energiile regenerabile,
eoliană sau solară
vin din aripi
în centrul scenei.
Azi vreau să vă vorbesc despre un astfel de dispozitiv.
Se numeşte bateria cu metale lichide.
E o nouă formă de stocare a energiei
pe care am inventat-o la MIT
împreună cu o echipă de studenţi
şi post-doctoranzi.
Tema conferinţei TED din acest an e Spectrul Complet.
Dicţionarul Oxford defineşte spectru
ca fiind "Totalitatea lungimilor de undă
a radiaţiei electromagnetice,
de la cele mai lungi, unde radio, la cele mai scurte, raze gamma,
din care spectrul luminii vizibile
e doar o mică parte."
Nu sunt aici doar să vă povestesc
cum echipa mea de la MIT s-a inspirat din natură
pentru soluţia la una din cele mai mari probleme ale lumii.
Vreau să parcurg spectrul complet şi să vă spun
cum în procesul de dezvoltare
acestei tehnologii noi,
am descoperit câteva surprinzătoare heterodoxii
care pot servi drept lecţii de inovaţie,
idei care merită răspândite.
Şi ştiţi,
dacă va fi să scoatem ţara asta din situaţia energetică actuală,
nu putem s-o facem doar prin conservare
sau prin săpături;
sau prin bombardamente.
O vom face în stilul vechi american,
vom inventa,
lucrând împreună.
(Aplauze)
Acum să începem.
Bareria a fost inventată acum 200 de ani
de un profesor, Alessandro Volta,
la Universitatea din Padua, Italia.
Ivenţia sa a dat naştere la
un nou domeniu ştiinţific, electrochimia,
şi noi tehnologii
cum ar fi galvanizarea.
Poate e trecut cu vederea că
invenţia bateriei lui Volta
a demonstrat pentru prima oară
utilitatea unui profesor.
(Râsete)
Până la Volta nimeni nu-şi putea imagina
că un profesor putea folosi la ceva.
Iată prima baterie --
o stivă de monede, zinc şi argint,
separate de carton îmbibat în saramură.
Acesta e punctul de început
pentru proiectarea unei baterii:
doi electrozi,
în acest caz, metale de diferite compoziţii,
şi un electrolit,
în acest caz sare dizolvată în apă.
Stiinţa e atât de simplă.
Recunosc, am lăsat la o parte câteva detalii.
Acum v-am învăţat
că ştiinţa bateriilor e simplă
şi nevoia de stocare la nivel de reţea
e apăsătoare,
dar adevărul e
că azi nu există o tehnologie a bateriei
capabilă să susțină
epuizanta cerere de performanţă a reţelei --
adică putere neobişnuit de mare,
durată de viaţă îndelungată
şi costuri foarte mici.
Avem nevoie să abordăm problema diferit.
Trebuie să gândim la scară mare,
trebuie să gândim ieftin.
Aşadar să abandonăm paradigma
de-a căuta cea mai tare chimie
ca apoi eventual să coborâm curba costurilor
prin crearea multor produse.
În schimb, să inventăm
la nivelul preţului pieţei de electricitate.
Asta înseamnă
că anumite părţi ale tabelului periodic
sunt axiomatic interzise.
Această baterie trebuie făcută
din elemente existente în abundenţă.
Cred că dacă vrei să faci ceva extrem de ieftin,
fă-l din noroi --
(Râsete)
de preferinţă noroi
care se găseşte local.
Trebuie să putem construi
folosind tehnici simple şi fabrici
care nu costă o avere.
Acum şase ani,
am început să mă gândesc la această problemă.
Pentru a adopta o perspectivă nouă,
am căutat inspiraţie dincolo de domeniul stocării electricității.
De fapt, m-am uitat la o tehnologie
care nici nu stochează nici nu generează electricitate,
ci consumă electricitate,
cantităţi uriașe.
Vorbesc despre producerea aluminiului.
Procesul a fost inventat în 1886
de doi tineri de 22 de ani --
Hall din Statele Unite şi Heroult din Franţa.
La câţiva ani după descoperirea lor,
aluminiul s-a schimbat
dintr-un metal preţios care costa cât argintul
într-un material structural comun.
Vă uitaţi la celule unui cuptor modern de topit aluminiu.
Are o lăţime de 15 m
și se întinde cam 800 m.
Rânduri de celule
care înăuntru semănă cu o baterie Volta,
cu trei diferenţe importante.
Bateria Volta funcţionează la temperatura camerei.
E dotată cu electrozi solizi
şi un electrolit, o soluţie de sare în apă.
Celula Hall-Heroult
operează la temperaturi înalte,
o temperatură suficient de mare
ca produsul metalic de aluminiu să fie lichid.
Electrolitul
nu e o soluţie de sare în apă,
ci de sare topită.
Această combinaţie
de metal lichid, sare topită și temperaturi mari
permite să trimitem curent de mare voltaj prin ea.
Azi putem produce metal primar din minereu
la preț mai mic de $1 /kg.
Acesta e miracolul economic
al electrometalurgiei moderne.
Asta mi-a reținut atenţia
încât am devenit obsedat de inventarea unei baterii
care putea capta această uriașă economie la scară.
Şi aşa am făcut.
Am făcut bateria complet lichidă:
metale lichide pentru ambii electrozi
şi sare topită ca electrolit.
Vă voi arăta.
Am pus metal cu densitate mică
deasupra,
un metal cu desitate mare dedesubt,
şi sare topită între.
Acum,
cum alegem metalele?
Pentru mine, exerciţiul de design
începe mereu aici
cu tabelul periodic,
enunţat de alt profesor,
Dimitri Mendeleev.
Tot ce cunoaștem
e compus dintr-o anumită combinaţie
a ceea ce vedeţi aici.
Şi asta include propriile noastre corpuri.
Îmi amintesc momentul într-o zi
când căutam o pereche de metale
care să îndeplinească constrângerile
abundenţei în scoarța pământului,
densități diferite, opuse
şi reactivitate reciprocă ridicată.
Am simţit satisfacţia realizării
când am realizat că am găsit răspunsul.
Magneziu pentru stratul de deasupra.
Şi antimoniu
pentru stratul de dedesubt.
Trebuie să vă spun
unul din cele mai mari beneficii ale profesoratului:
creta colorată.
(Râsete)
Pentru a produce curent,
magneziu pierde 2 electroni
devenind ion de Mg,
care apoi migrează prin electrolit,
acceptă 2 electroni de la Sb,
iar apoi se amestecă formând un aliaj.
Electronii îşi fac treaba
în lumea de afară,
dând energie dispozitivelor noastre.
Pentru a încărca bateria,
conectăm la o sursă de electricitate.
Ar putea fi o fermă eoliană.
Şi apoi inversăm curentul.
Acesta forţează Mg să iasă din aliaj,
să se reîntoarcă la electrodul de sus,
restaurând constituţia iniţială a bateriei.
Şi curentul ce trece între electrozi
generează suficientă căldură pentru a-i menţine temperatura.
Destul de tare,
cel puţin în teorie.
Dar funcţionează cu adevărat?
Ce-i de făcut în continuare?
Ne ducem în laborator.
Voi angaja profesionişti experimentaţi?
Nu, angajez un student,
îl instruiesc,
îl învăţ cum să gândească problema
din perspectiva mea
şi apoi îl las liber.
Acesta e studentul, David Bradwell,
care, în această imagine,
pare să se întrebe dacă lucrul ăsta va funcţiona vreodată.
Nu i-am spus lui David atunci
că nici eu nu eram convins că va funcţiona.
Dar David e tânăr şi inteligent
şi vrea un doctorat,
şi pornește să construiască --
(Râsete)
Pornește să construiască
prima baterie cu metale lichide
bazată pe această chimie.
Pe baza rezultatelor inițiale promiţătoare ale lui David,
care au fost plătite
cu fonduri private la MIT,
am putut atrage fonduri de cercetare majore
din partea sectorului privat
şi de la guvernul federal.
Iar asta mi-a permis să extind grupul la 20 de oameni,
un amestec de masteranzi, post-doctoranzi
și chiar câțiva studenți.
Am putut atrage oameni extrem de buni,
oameni care îmi împărtăşesc pasiunea
pentru ştiinţă în serviciul societăţii,
nu ştiinţă în scopul formării unei cariere.
Dacă întrebaţi aceşti oameni
de ce lucrează la bateria cu metale lichide,
răspunsul lor ar reînvia
remarcile Preşedintelului Kennedy
la Universitatea Rice din 1962
când a spus -- parafrazez aici--
"Alegem să lucrăm la stocarea la nivel de reţea,
nu pentru că e uşor,
ci pentru că e greu."
(Aplauze)
Iată evoluţia bateriei cu metale lichide.
Începem aici cu calul de bătaie, celula de 1 Watt/h.
Am numit-o păhărelul.
Am operat peste 400 din astea,
îmbunătățindu-le performanţa cu diverse elemente chimice --
nu doar cu Mg şi Sb.
Pe parcurs am ajuns la celula de 20 W/h.
O numesc pucul de hockey.
Am obţinut aceleaşi rezultate remarcabile.
Apoi a urmat discul,
de 200 W/h.
Tehnologia se dovedea
a fi robustă şi accesibilă.
Dar ritmul nu era destul de rapid.
Aşadar acum un an şi jumătate,
David şi cu mine,
împreună cu alt cercetător de la catedră,
am format o companie
să accelerăm rata progresului
şi cursa fabricării produsului.
În prezent la LMBC
construim celule cu diametrul de 40 cm
cu o capacitate de 1 KW/h --
o capacitate de 1000 de ori mai mare
decât celula păhărel iniţială.
Pe asta o numim pizza.
Apoi am avut la orizont o celulă de 4 KW/h.
Va avea un diametru de 90 cm.
O numim masa bistro,
dar nu e încă pregătită pentru atenţia publicului.
Într-o variantă a tehnologiei
am stivuit aceste mese bistro în module,
agregând modulele într-o baterie gigant
care intră într-un container de 12 m,
ce va fi amplasat în diverse locuri.
Acesta are o capacitate de 2 MW/h
= 2 milioane W/h.
E destulă energie
pentru a satisface cererile energetice zilnice
a 200 gospodării din America.
Aşadar iată stocarea la nivel de reţea:
silenţioasă, fără emisii
fără părţi care se mişcă,
controlată de la distanţă,
creată la preţul pieţii
fără subvenţii.
Ce am învăţat din toate astea?
(Aplauze)
Ce am învăţat din toate astea?
Permiteţi-mi să împărtăşesc cu voi
câteva dintre surprize, heterodoxii.
Sunt dincolo de ce e vizibil.
Temperatura:
Înţelepciunea convenţională spune s-o coborâm
aproape de temperatura camerei,
apoi instalează un sistem de control s-o menţină scăzută.
Evită instabilitatea termică.
Bateria cu metale lichide e concepută să opereze la temperaturi înalte
cu regularizare minimă.
Bateria noastră poate rezista la creşteri mari de temperatură
care apar din creşteri bruște de curent.
Multiplicare: Înţelepciunea convenţională spune
redu costurile producând la scară mare.
Bateria cu metale lichide e concepută să reducă costurile
producând mai puţine, dar mai mari.
Și în fine, operatorii:
Înţelepciunea convenţională spune
angajează experţi,
profesionişti experimentaţi,
care își pot folosi experienţa şi cunoştinţele vaste.
Pentru a dezvolta bateria cu metale lichide,
am angajat studenţi şi doctoranzi pe care i-am instruit.
Într-o baterie,
mă străduiesc să maximizez potenţialul electric;
în instruire,
mă străduiesc să maximizez potenţialul uman.
După cum vedeţi,
povestea bateriei cu metale lichide
e mai mult decât o simplă relatare
a invenției tehnologiei,
e un plan
pentru a inventa inventatori: spectru complet.
(Aplauze)