Доналд Садуей: Липсващата връзка за възобновяема енергия

Какъв е ключът да се използва алтернативна енергия, като например слънчева енергия или енергията на вятъра? Съхраняване - по такъв начин ще може да имаме на разположение енергия дори когато няма слънце и не духа вятър. В този достъпен, въодушевяващ разговор Доналд Садуей използва черната дъска, за да ни покаже бъдещето на батерии с голям капацитет, които съхраняват възобновяема енергия. И той казва: "Трябва да мислим различно по този проблем. Трябва да мислим широкомащабно. Трябва да мислим евтино."

Захранването с електричество на лампите в този театър

беше генерирано само преди няколко минути.

При положението в момента,

търсенето на електричество трябва да бъде в постоянен баланс

с доставянето на електричество.

Ако по времето, за което дойдох тук, на тази сцена,

няколко десетки мегавата енергия от вятъра

спрат да захранват мрежата,

разликата трябва да бъде незабавно

компенсирана от други генератори.

Но заводите, които обработват въглища, ядрените заводи

не могат да реагират достатъчно бързо.

Гигантска батерия може да реагира.

С гигантска батерия

ще можем да решим проблема за прекъсването на електрически ток,

който спира захранването на мрежата

от вятъра и слънцето,

по същия начин, по който въглищата, газа и ядрената енергия я захранват сега.

Както виждате, тук батерията

е ключовото устройство.

С нея можем да извличаме електричество от слънцето

дори когато то не свети.

И това променя всичко.

Поради това възобновяемата енергия,

като например вятъра и слънцето,

идва от крилата на вятърната мелница

тук, на централната сцена.

Днес искам да ви разкажа за такова устройство.

То се нарича течна метална батерия.

Това е нова форма за съхранение на енергия,

която изобретих в MIT

заедно с екип от мои студенти

и докторанти.

Сега темата на конференцията на TED за тази година е Пълен спектър.

OED дефинира спектъра

като "Целият обхват от дължини на вълни

елетромагнитно излъчване

от най-дългите радио вълни до най-късите гама лъчи

при които обхватът от видима светлина

е само малка част."

И така, не съм тук днес само за да ви кажа

как екипът ми в MIT намери в природата

решение за един от най-големите световни проблеми.

Искам да разгледам целия спектър и да ви разкажа как,

в процеса на разработване на

тази нова технология

открихме някои изненадващи различия,

които могат да служат като уроци за иновация,

идеи, които си струва да бъдат разпространени.

И както знаете,

за да изведем тази страна от сегашната енергийна ситуация,

ние не можем просто да дискутираме извеждането й;

не можем просто да я изкараме;

не можем да бомбардираме извеждането й.

Ще го направим по старомодния американски начин,

ще изобретим, как да я изведем,

като работим заедно.

(Аплодисменти)

Сега нека да започнем.

Батерията беше изобретена преди около 200 години

от професор, Алесандро Волта,

в университета в Падуа в Италия.

Неговото изобретение даде началото на нова област от науката,

електрохимия,

и на нови технологии

като например електродекомпозиция.

Може би незабелязано,

изобретяването на батерията от Волта

също така за пръв път

демонстрира ползата от това, да бъдеш професор.

(Смях)

Преди Волта, никой не можеше да си представи,

че един професор може да бъде полезен.

Ето първата батерия -

куп от монети, цинк и сребро,

разделени от мукава, накисната в солен разтвор.

Това е началото

на произвеждането на батерия -

два електрода,

в този случай от метал с различен състав,

и електролит,

в този случай сол разтворена във вода.

Науката е толкова проста.

Извинете ме, пропуснах някои подробности.

Сега ви научих,

че науката за батерията е проста

и че съхраняването в мрежа

е задължително,

но факт е,

че сега просто няма технология на батерия,

която може да покрие

големите изисквания за работа на мрежата -

именно необикновено голяма енергия,

дълъг живот на обслужване

и много ниска цена.

Трябва да мислим за проблема по различен начин.

Трябва да мислим широкомащабно,

трябва да мислим евтино.

И така, нека да излезем от парадигмата

да търсим най-великата химия

и да проследим кривата на цената

като просто правим повече и повече от даден продукт.

Вместо това, нека намерим

оптималната цена на пазара на електричество.

И така, това значи,

че някои части от периодичната таблица

са по презумция извън границите.

Тази батерия трябва да бъде направена

от земни елементи които са в изобилие.

Казвам, че ако искате да направите нещо много евтино,

направете го от пръст -

(Смях)

за предпочитане мърсотия,

която може да бъде намерена наблизо.

И трябва да можем да построим това,

като използваме производствени техники и заводи,

които не са скъпи.

И така, преди шест години

започнах да мисля за този проблем.

И за да възприема свежа перспектива,

потърсих въодушевление извън областта на съхранение на енергия.

Всъщност, разгледах технология,

която нито съхранява, нито генерира електричество,

а вместо това, употребява електричество

в голям размер.

Говоря за производството на алуминий.

Процесът беше изобретен през 1886 г.

от двама 22 годишни момчета,

Хол в Съединените щати и Херолт във Франция.

И точно няколко години след тяхното откритие,

алуминият се измени

от скъп метал, който струва колкото среброто,

до прост структурен материал.

Гледате в клетъчната къща на модерна алуминиева топилня.

Тя е широка около 50 фута

и има дължина около половин миля -

ред след ред клетки,

които отвътре наподобяват батерията на Волта,

с три важни разлики.

Батерията на Волта работи при стайна температура.

Тя има твърди електроди

и електролит, който е разтвор на сол и вода.

Клетката на Хол - Херолт

работи при висока температура,

температура, която е достатъчно висока,

при което металът алуминий става течност.

Електролитът

не е разтвор на сол и вода,

а разтопена сол.

Точно тази комбинация от течен метал,

разтопена сол и висока температура,

ни позволява да изпращаме ток с висока честота през това нещо.

Сега можем да произвеждаме чист метал от руда

на цена по-малко от 50 цента от британска лира.

Това е икономическото чудо

на съвременната електрометалургия.

То привлече и задържа вниманието ми

в тази област и започнах да мисля за изобретяване на батерия,

която може да обхване такова гигантско намаление на разходите.

И го направих.

Направих батерията изцяло течна -

течен метал за двата електрода

и разтопена сол за електролита.

Ще ви покажа как.

И така, отгоре сложих течен метал

с ниска концентрация,

на дъното сложих течен метал с висока концентрация

и между тях сложих разтопена сол.

И така, сега,

как да изберем металите?

За мен, моделирането

винаги започва тук,

с периодичната таблица,

съставена от друг професор,

Димитри Менделеев.

Всичко, което знаем,

е направено от някаква комбинация,

която виждате изобразена тук.

И това включва телата ни.

Спомням си за момента,

когато търсех няколко метала,

които отговарят на нуждата

за земно изобилие и имат

различна плътност

и висока взаимна активност.

Почувствах се въодушевен,

когато разбрах, че ще намеря отговора.

Магнезий за горния слой.

И антимон

за слоя на дъното.

Както знаете, трябва да ви кажа

една от най-големите ползи от това, да бъдеш професор:

цветен тебешир.

(Смях)

И така, за да произвежда ток,

магнезият изгубва два електрона,

за да стане магнезиев йон,

който мигрира през електролита,

приема два електрона от антимона,

и след това се съединява с него, за да образува смес.

Електроните работят

в реалния свят,

като захранват устройствата ни.

Сега, за да заредим батерията,

я свързваме с източник на електричество.

Това може да бъде нещо като ферма за вятър.

След това обръщаме тока.

И това принуждава магнезия да излезе от сместа

и да се върне към горния електрод,

при което се възстановява първоначалния състав на батерията.

Токът, който протича между електродите,

генерира достатъчно топлина, за да запази необходимата температура.

Това е много хубаво,

поне на теория.

Но дали действително работи?

И така, какво да направим след това?

Отиваме в лабораторията.

Сега, да наема ли сезонни служители?

Не, наемам студент

и го обучавам,

как да мисли за проблема,

да го види от моята гледна точка

и след това го оставям.

Това е този студент, Дейвид Брадуел,

който на тази снимка

мисли, дали това нещо някога ще проработи.

Но това, което тогава не казах на Дейвид,

беше че аз не бях убеден, че то ще работи.

Но Дейвид е млад и е умен,

и иска професорска титла,

и той започна да конструира -

(Смях)

Той започна да конструира

първата батерия от течен метал

от тази химия.

И въз основа на първоначалните обещаващи резултати на Дейвид,

които бяха платени,

с пари от MIT,

можах да привлека голямо финансиране за изследване

от частния сектор

и федералното правителство.

И това ми позволи да разширя групата до 20 човека,

която се състои от завършили студенти, аспиранти

и дори някои студенти.

И можах да привлека наистина, наистина способни хора,

хора, които споделят страстта ми

към наука и служба на обществото,

а не наука и служба за изграждане на кариера.

И ако попитате тези хора,

защо те разработват батерия от течен метал,

отговорът им ще ви върне

към бележките на президента Кенеди

в университета в Райс през 1962 г.,

когато той каза - и тук преразказвам свободно -

"Избираме да разработваме съхранение на енергия в мрежа

не защото е лесно,

а защото е трудно."

(Аплодисменти)

И така, това е еволюцията на батерията от течен метал.

Започваме с работна клетка с един ват - час.

Нарекох го измервателната колба.

Разработихме над 400 клетки,

като усъвършенствахме работата им с множество химически вещества -

не само магнезий и антимон.

В процеса на разработка измерихме клетка с до 20 ват - часа.

Наричам това хокейна шайба.

И получихме същите забележителни резултати.

И тогава резултатът беше на лице.

Това са 200 ват - часа.

Технологията се оказа

издръжлива и стабилна.

Но скоростта ни не беше достатъчно голяма.

И така, преди година и половина,

Дейвид и аз,

и още един член на изследователския екип,

създадохме компания,

която да ускори напредъка

и да участва в конкуренцията за създаване на продукт.

И така, сега, в LMBC,

изграждаме клетки с 16-инчов диаметър

с капацитет един киловат - час -

1 000 пъти повече от капацитета

на първоначалната клетка измервателна колба.

Наричаме това пицата.

И тогава получихме четири киловат - часа клетка на хоризонта.

Тя е 36 инча в диаметър.

Наричаме това масата в бистрото,

но това все още не е готово за разглеждане в прайм - тайм.

Един вариант на технологията

ни накара да съберем купчината от неща на масата в модули,

като събрахме модулите в гигантска батерия,

която се побира в 40-футов контейнер за доставки,

за да я сложим на полето.

Това има капацитет от два мегават - часа -

два милиона ват - часа.

Това е достатъчна енергия,

за да се покрие дневната нужда от електричество

на 200 американски домакинства.

И така, имаме съхранение на електричество в мрежа:

тихо, без емисии,

без движещи се части,

управлявано дистанционно,

предназначено за оптималната пазарна цена

без субсидия.

И така, какво научихме от всичко това?

(Аплодисменти)

И така, какво научихме от всичко това?

Нека споделя с Вас

някои от изненадите, различията.

Те са извън видимото.

Температура:

Една мъдрост гласи: установете ниска температура,

на или близо до стайната

и инсталирайте система за управление, която да я поддържа.

Избягвайте намаляване на температурата.

Батерията от течен метал е предназначена да работи при еднаква температура

с минимално регулиране.

Батерията ни може да работи при голямо повишаване на температура,

което е предизвикано от електрически вълни.

Измерване: Една мъдрост гласи:

Цената се намалява, като се произвежда повече.

Батерията от течен метал е предназначена да намали цената,

като се произвежда по-малко, но батериите ще бъдат по-големи.

И накрая, човешки ресурси:

Една мъдрост гласи:

наемете експерти по батерии,

сезонни работници,

които могат да предоставят своят голям опит и знания.

За да разработя батерията от течен метал,

наех студенти и аспиранти и ги обучавах.

В една батерия

се стремя да максимизирам електрическия потенциал;

когато обучавам,

се стремя да максимизирам човешкия потенциал.

И така, виждате,

че историята за батерията от течен метал

е повече от история

за изобретяване на технология,

тя е модел

за изобретяване на изобретатели, пълен спектър.

(Аплодисменти)