Chybějící článek k obnovitelné energii

Co je klíčem využívání obnovitelné energie, jejímž příkladem je energie větru a slunce? Sklad elektrické energie, s nímž by nám mohla téci elektrická energie z kohoutku, i když slunce nesvítí a vítr nefouká. Donald Sadoway nám srozumitelně a přitažlivě na obyčejné tabuli ukáže budoucnost velkokapacitních baterií, které skladují energii z obnovitelných zdrojů. Jak on sám říká: „Potřebujeme o tomto problému přemýšlet jinak. Potřebujeme přemýšlet ve velkém. Potřebujeme přemýšlet o dostupnosti."

Elektřina napájející
světla tohoto divadla

byla vyrobena jen před malým okamžikem.

Což je způsob, jak se to dnes dělá,

Spotřeba elektřiny
musí být ve stálé rovnováze

s vyrobenou elektřinou.

Pokud, by v době, která uběhla,
než jsem vyšel sem na jeviště,

desítky megawatt větrné energie

přestaly proudit do rozvodné sítě,

rozdíl by musel být okamžitě pokryt

z jiného zdroje.

Uhelné elektrárny a jaderné elektrárny

nemohou reagovat dostatečně rychle.

Obrovské baterie by však mohly.

S obrovskou baterií,

bychom byli schopni řešit
tento problém přerušovanosti,

čímž bychom předešli problému

dodávek elektřiny z větru a slunce tak,

jako to v současnosti dělá energie z uhlí,
zemního plynu a jádra.

Vidíte, baterie

je to klíčové zařízení.

S tímto bychom mohli vyrábět
elektřinu ze slunce

dokonce, i když nesvítí.

To všechno mění.

Protože obnovitelné zdroje energie,

jako vítr a slunce,

tímto opouští postranní část jeviště

a přicházejí sem na scénu.

Dnes vám chci říci o takovém zařízení.

Je to baterie založená na tekutých kovech.

Je to nový způsob ukládání energie,

kterou jsem vynalezl na MIT

spolu s týmem svých studentů

a doktorandů.

Letošní téma TEDu je Full Spectrum.

OED (Oxfordský slovník angličtiny),
definuje spektrum

jako: „Celý rozsah vlnových délek

elektromagnetického vlnění,

od nejdelších radiových vln
až po nejkratší gama záření,

včetně viditelného světla,

které je jen jeho malou částí."

Nejsem zde jen proto, abych vám řekl,

jak můj tým z MIT vyřešil,
za pomoci přírodních zákonů,

jeden z největších problémů světa.

Chci vám ukázat celé spektrum a říct vám,

jak jsme v průběhu vynalézání

této nové technologie,

odkryli překvapivé heterodoxie,

které mohou být brány
jako lekce pro inovace,

Myšlenky, které stojí za to šířit.

Vy víte,

že jestli chceme dostat tuto zemi
z nynější energetické situace,

tak si nemůžeme svou únikovou cestu ven,
jen tak "uchovat"

nemůžeme si ji jen tak "natěžit",

nemůžeme si ji "vybombardovat".

Uděláme to starým
dobrým americkým způsobem,

my naši cestu vynalezneme

společným úsilím.

(Potlesk)

Tak tedy začněme.

První baterii vynalezl
učenec Alessandro Volta

zhruba před 200 lety

na italské univerzitě v Padově.

Jeho vynález dal základ

nové vědní disciplíně, elektrochemii,

a také novým technologiím

jako je třeba galvanické pokovování.

Možná vám to trošku více přiblížím.

Voltův vynález baterie

také poprvé ukázal,

jak jde využít učenec.

(Smích)

Do té doby si nikdo
nedokázal představit,

že učenec může mít nějaké využití.

Toto je první baterie,

hromada mincí ze zinku a stříbra

oddělených lepenkou
namočenou ve slané vodě.

To je počáteční bod

vývoje baterie –

dvě elektrody,

v tomto případě dva kovy různého složení

a elektrolyt,

v tomto případě sůl rozpuštěná ve vodě.

Věda je opravdu takto jednoduchá.

Nepopírám, že jsem vynechal pár detailů.

Naučil jsem vás,

že věda o baterii je přímočará

a že potřeba skladu elektrické energie

je důležitá.

Pravda však je,

že dodnes nemáme technologii,

která by byla schopna

poskytnout požadované vlastnosti,

jmenovitě netypicky velký výkon

a dlouhou životnost

za malé peněžní náklady.

Potřebujeme se nad tímto
problémem zamyslet odlišně.

Potřebujeme myslet ve velkém

a potřebujeme myslet levně.

Zanechme stávajícího paradigmatu

v podobě hledání nejlepšího
chemického postupu v naději,

že dosáhneme požadovaného
snížení nákladů

vytvořením mnoha a mnoha výrobků.

Místo toho vynalézejme tak,

aby to odpovídalo ceně na trhu elektřiny.

To znamená,

že některé části periodické tabulky prvků

jsou axiomaticky nepřípustné.

Tato baterie musí být vytvořena

z prvků,
které se na zemi hojně vyskytují.

Jestli chcete vytvořit něco
levného jako prach,

vytvořte to z prachu.

(Smích)

– nejlépe z prachu,

který je regionálně dostupný.

Potřebujeme být schopni vybudovat tuto věc

použitím jednoduchých výrobních
technologií a postupů,

které nestojí jmění.

Před šesti lety

jsem začal přemýšlet o tomto problému.

Za účelem získání nového pohledu,

jsem hledal inspiraci
za hranicí elektrického skladování.

V podstatě jsem zkoumal technologie,

které ani neskladují,
ale ani negenerují elektrickou energii,

místo toho ji spotřebovávají

ve velkém množství.

Mluvím o výrobě hliníku.

Tento proces byl vynalezen v roce 1886

dvěma dvaadvacetiletými muži

Hallem ve Spojených státech
a Heroultem ve Francii.

Což za pouhých několik let

způsobilo změnu,

ze vzácného hliníku,
stejně drahého jako stříbro,

se stal běžný konstrukční materiál.

Díváte se na dům plný
moderních elektrolyzních pecí.

Je okolo 15,3 m široký

a 0,8 km dlouhý.

Řada za řadou
skládající se z buněk,

které uvnitř připomínají Voltovu baterii

se třemi důležitými rozdíly.

Voltova baterie pracuje
při pokojové teplotě.

Má vestavěné pevné elektrody

a elektrolyt je roztok soli a vody.

Hall-Heroultův elektrolyzér

pracuje při vysoké teplotě.

Tato teplota je tak vysoká,

že hliníkový produkt je v tekuté fázi.

Elektrolyt

není roztok soli a vody,

nýbrž spíše sůl, která je roztavena.

Je to ta kombinace tekutého kovu,

tavené soli a vysoké teploty,

která nám umožňuje
nechat protékat vysoký proud.

V současnosti můžeme
produkovat čistý kov z rudy

za cenu menší než 50 centů za 0,23 kg.

Je to ekonomický zázrak

moderní elektrometalurgie.

Toto si získalo moji pozornost

až do té míry, že jsem se stal
posedlým výzkumem baterie,

která by mohla dosáhnout
takovéto obrovské úspory.

Zvládl jsem to.

Vytvořil jsem tu baterii,

v které jsou obě elektrody z tekutého kovu

a elektrolyt je roztavená sůl.

Ukáži vám, jak jsem to udělal.

Do horní vrstvy

jsem dal tekutý kov o malé hustotě

a do spodní vrstvy
tekutý kov s velkou hustotou,

roztavená sůl je mezi nimi.

Tedy,

jak vybrat tyto kovy?

Pro mě začíná návrhářská rozcvička

vždy zde,

u periodické soustavy prvků,

kterou formuloval jiný učenec,

Dmitrij Mendělejev.

Vše, co známe,

je vytvořeno nějakou kombinací toho,

co tu vidíte zobrazeno.

Včetně našich těl.

Vybavuji si ten den,

kdy jsem hledal kovy,

které by splňovaly omezení jako

hojnost pozemského výskytu,

rozdílnost hustot

a vysokou vzájemnou reaktivitu.

Vzrušilo mě,

když jsem zjistil,
že jsem přišel na odpověď.

Hořčík pro horní vrstvu

a antimon

pro spodní vrstvu.

Musím vám něco říci.

Jedním z největších
benefitů toho, že jste lektor,

jsou barevné křídy.

(Smích)

Aby se vytvořil proud,

hořčík ztrácí dva elektrony

a stává se z něj iont,

který putuje přes elektrolyt,

pohlcuje dva elektrony od antimonu,

slučují se a vytvářejí slitinu.

Elektrony jdou do práce

v reálném vnějším světě,

poskytují energii našim zařízením.

K dobytí

připojíme baterii ke zdroji elektřiny,

například k větrné elektrárně,

a otočíme cestu proudu.

Tyto síly nutí slitinu k rozpadu

a vrací hořčík k horní elektrodě,

obnovují počáteční stav baterie.

Průchod proudu mezi elektrodami

vytváří dostatek tepla
k udržení požadované teploty.

Je to docela dobré,

aspoň teoreticky.

Funguje to však?

Co dělat dál?

Přesunuli jsme se do laboratoře.

Najal jsem ostřílené profesionály?

Ne, najal jsem studenta

a vedl jsem ho,

učil jsem ho, jak přemýšlet o problému,

aby jej viděl z mojí perspektivy

a potom jsem ho nechal pracovat.

To je ten student, David Bradwell,

který se na tomto obrázku

zdá být zvědavý,
jestli to bude někdy fungovat.

Co jsem však Davidovi neřekl, bylo,

že jsem si také nebyl zcela jistý,
že to bude fungovat.

David je však mladý, chytrý

a chce Ph.D.

Tedy on začal výzkum...

(Smích)

Začal výzkum

první baterie založené na tekutých kovech

daného chemického složení.

Na základě Davidových
počátečních slibných výsledků,

které byly placeny

z fondu MIT,
který poskytuje počáteční investice,

jsem dokázal získat
největší část prostředků pro výzkum

z privátní sféry

a od federální vlády.

Což mi dovolilo rozšířit
skupinu pracovníků na 20 lidí

ve složení doktorandů a postdoktorandů

a dokonce i některých studentů.

Povedlo se mi získat velmi,
velmi dobré lidi,

lidi kteří ukazovali vášeň

pro vědu a službu společnosti,

ne pro vědu a vlastní kariérní růst.

Pokud byste se zeptali těchto lidí,

proč pracují na vývoji
baterie s tekutými kovy,

tak by se jejich odpověď odkazovala na

slova prezidenta Kennedyho,

kterou vyslovil v roce 1962
na Riceově univerzitě.

Tady si dovolím trochu parafrázovat.

„Vybrali jsme si práci na skladu energie,

ne však proto, že je to lehké,

ale proto, že je to těžké."

(Potlesk)

Toto je evoluce baterie s tekutými kovy.

Začali jsme zde,
s dříčem o výkonu jedné watt-hodiny.

Nazývám jej panák.

Těchto panáků jsme provozovali kolem 400.

Zlepšovali jsme jejich výkon
mnohými chemikáliemi,

ne jen hořčíkem a antimonem.

Během své cesty jsme zvýšili výkon
na 20 watt-hodin.

Nazývám jej hokejový puk.

Dostali jsme stejně skvělé výsledky.

Pokračování se nabízelo jako na podnose.

200 watt-hodinové zařízení.

Technologie dokázala,

že může dosáhnout velkých výkonů.

Tempo pro nás však nebylo dostatečné.

Proto jsme David a já,

před rokem a půl,

spolu s dalšími výzkumníky,

založili společnost

za účelem zrychlení tempa vývoje

a rychlosti výroby.

V současnosti v LMBC

vyrábíme elektrolyzéry o průměru 40 cm

s kapacitou jedné kilowatt-hodiny.

To je 1000 násobek kapacity

počátečního panáku.

Pracovní název tohoto zařízení je pizza.

Brzy již budeme dokonce vyrábět
čtyř kilowatt-hodinové zařízení.

Bude o průměru 91 cm.

Nazýváme jej bistro stolek,

zatím však není připraven
na prvotní zhlédnutí.

Jedna varianta technologie

je vrstvení těchto bistro stolků do modulů,

čímž by moduly tvořily obrovskou baterii,

která by se vešla
do 12 metrového kontejneru

situovaného v terénu.

Jmenovitá kapacita celého
zařízení má dvě megawatt-hodiny,

tedy dva miliony watt-hodin.

To je dostatek energie

k pokrytí denní
poptávky elektrické energie

200 amerických domácností.

Zde vidíte,
síťový sklad elektrické energie.

Je tichý, bez emisí,

bez pohybujících se částí,

řízený na dálku,

navržený dle cen trhu

bez nutnosti dotace k výstavbě.

Co jsme se dnes z toho všeho naučili?

(Potlesk)

Co jsme se dnes z toho všeho naučili?

Chci vám prozradit

pár překvapení, těch heterodoxů.

Leží za hranicí viditelnosti.

Teplota:

obecné povědomí nám říká, že má být nízká,

na nebo okolo pokojové teploty,

přičemž je potřeba použít kontrolní,
řídící systém a udržovat ji.

Vyhnout se nekontrolovatelné změně.

Baterie s tekutými kovy
pracuje za vysokých teplot

s minimální regulací.

Naše baterie si umí poradit
s velmi vysokým teplotními růsty,

které jsou způsobeny
prudkými výkyvy tekoucího proudu.

Škálování: obecné povědomí říká,

že cenu snížíme početnou produkcí.

Baterie s tekutými kovy
je navržena pro snížení ceny

produkcí menšího počtu s velkým výkonem.

Nakonec lidské zdroje.

obecné povědomí říká,

najmi dav expertů,

ostřílených profesionálů,

kteří mohou čerpat z
ohromného množství zkušeností a znalostí.

K vývoji baterii s tekutými kovy

jsem najal studenty a post-doktorandy,
které jsem dále vedl.

U baterie

jsem se snažil
maximalizovat elektrický potenciál.

Když jsem byl mentorem, snažil jsem se

maximalizovat lidský potenciál.

Nakonec vidíte,

že příběh o baterii s tekutými kovy

je více než zpráva

o vynalézání technologie.

Je to detailní plán

pro vynalézání vynálezců, v celém spektru.

(Potlesk)