Donald Sadoway: A megújuló energia hiányzó láncszeme

Mi a kulcsa az alternatív energiák használatának, mint például a nap vagy a szél? A tárolás - így akkor is rendelkezésünkre áll az energia, amikor a nap nem süt és a szél nem fúj. Donald Sadoway a táblához visz bennünket ebben az érthető és inspiráló előadásban, hogy bemutassa a nagyméretű akkumulátorok jövőjét, melyek a megújuló energiát tárolhatják. Azt mondja: "Másképp kell a problémáról gondolkodnunk. Nagyban kell gondolkodnunk és olcsóban kell gondolkodnunk."

Ennek a színháznak a lámpáit tápláló áramot

csak néhány pillanattal ezelőtt állították elő.

Azért, mert a dolgok mai állása szerint

az áramszükségletnek állandó egyensúlyban kell lennie

az áramellátással.

Ha az alatt az idő alatt, amíg felsétáltam a színpadra

tizenakárhány megawattnyi szélerőmű

abbahagyná az áramtermelést,

a különbséget a többi generátornak kellene

azonnal pótólnia.

Azonban a szén- és atomerőművek

nem képesek elég hamar reagálni.

Egy hatalmas tároló akkumulátor tudna.

Egy hatalmas akkumulátorral

megoldhatnánk az ideiglenesség azon problémáját,

amely megakadályozza, hogy a szél és a Nap

ugyanúgy hozzájáruljon a energia hálózathoz,

mint napjainkban a szén, gáz és atomenergia.

Nos tudják, az akkumulátor

itt a lehetőség kulcsa.

Mert általa akkor is felhasználhatánk a Nap energiáját

amikor az nem süt.

És ez mindent megváltoztat.

Mert ezáltal a megújuló energiák

mint a szél- és napenergia,

előlépnének a háttérből

és a figyelem középpontjába kerülnének.

Ma egy ilyen eszközről szeretnék mesélni.

Úgy hívják, hogy folyékony-fém akkumulátor.

Ez az energiatárolás egy olyan új formája,

amit az MIT-n találtam fel

diákjaim és doktoranduszaim

segítségével.

Nos, az idei TED konferencia témája a Teljes Spektrum.

Az Oxford szótár definíciója szerint a spektrum

"Az elektromágneses sugárzás

hullámhosszának teljes terjedelme

a leghosszabb rádióhullámtól a legrövidebb gammasugárzásig

melyből a látható fény tartománya

csak egy kis rész."

Nem csak azért vagyok ma itt, hogy elmondjam

hogy az MIT-n hogyan sajtoltunk ki a természetből

egy megoldást a világ egyik nagy problémájára.

A teljes spektrumot szeretném bemutatni, és elmondani, hogy

ennek az új technológiának

a fejlesztésében

lelepleztünk néhány meglepő unortodoxiát

amely az innováció leckéjeként szolgálhat

terjesztésre érdemes gondolatként.

Tudják,

ha szeretnénk kijuttatni ezt az országot a jelen energiaválságból,

nem elég, ha megőrizzük az utunkat

nem elég, ha kifúrjuk az utunkat

nem robbanthatjuk ki az utunkat.

A régimódi amerikai módon fogjuk ezt megtenni

fel fogjuk találni azt az utat, hogy

hogyan tudunk együtt dolgozni.

(Taps)

Tehát akkor lássunk neki.

Az akkumulátort körülbelül 200 éve találta fel

egy Alessandro Volta nevű professzor

a Padovai Egyetemen, Itáliában.

Találmánya által egy új tudományterület született

az elektrokémia

és új technológiák,

mint például a galvanizálás.

Talán elkerülte a figyelmet, hogy

Volta találmánya, az akkumulátor

első alkalommal bizonyította

egy professzor hasznosságát.

(Nevetés)

Egészen Volta-ig senki se tudta elképzelni,

hogy egy professzornak lehet valami haszna is.

Itt látható az első akkumulátor

egy halom pénzérme, cink és ezüst

kartonnal elválasztva, tengervízben áztatva.

Ez a kiindulópont

az akkumulátor tervezésében -

két elektróda

ez esetben különféle anyagú fémek

és az elektrolit

ez esetben a vízben feloldott só.

Ennyire egyszerű a tudomány.

Kétségkívül kihagytam néhány részletet.

Most azt tanítottam önöknek,

hogy az akkumulátor-tudomány egyszerű

és a hálózati szintű tárolóegység

iránti igény sürgető,

de a valóság az,

hogy ma nem létezik olyan akkumulátor-technológia,

amely képes lenne

megfelelni a hálózat sürgető teljesítmény igényének,

konkrétan a rendkívüli magas teljesítménynek

hosszú üzemidővel

és szuperalacsony költséggel.

Másképp kell megközelítenünk a problémát.

Nagyban kell gondolkodnunk

és olcsóban kell gondolkodnunk.

Tehát vessük el azt a paradigmát,

hogy megkeressük a legtutibb kémiát

és remélhetőleg lenyomjuk az költség görbét azáltal,

hogy sok-sok terméket gyártunk.

Inkább a villamosenergia-piac

versenyképes árához igazodva találjunk fel.

Ez azt jelenti,

hogy a periódusos rendszer bizonyos részei

evidens módon ki vannak zárva.

Ezt az akkumulátort a Földön

bőségesen előforduló elemekből kell létrehozni.

Azt mondom, ha valami piszok olcsó dolgot szeretnél csinálni

csináld piszokból -

(Nevetés)

lehetőleg olyan piszokból

amelyik helyben megtalálható.

Úgy kell tudnunk felépíteni ezt a dolgot,

hogy egyszerű gyártási technológiát és gyárakat használunk,

melyek nem kerülnek egy vagyonba.

Hat évvel ezelőtt

kezdtem gondolkodni ezen a problémán.

Azért, hogy friss látásmódot alkalmazzak

a villamosenergia tárolásának területén kívüli ötletet kerestem.

Valójában olyan technológiát kerestem,

amely se nem tárol, se nem termel elektromos áramot,

viszont áramot fogyaszt

abból is nagy mennyiséget.

Az alumínium gyártásáról beszélek.

Az eljárást 1886-ban találta fel

két 22 éves:

Hall az Egyesült Államokban és Heroult Franciaországban.

Csak néhány rövid évvel a felfedezésük után

az alumínium

az ezüst értékével egyenlő értékes fémből

egy gyakori szerkezeti elemmé vált.

Itt egy modern alumíniumkohó cellaházát láthatják.

Körülbelül 15 méter széles

és 800 méter hosszú

cellák hosszú sora, amelyek

belülről nagyon hasonlítanak Volta akkumulátorára

három fontos különbséget leszámítva.

Volta akkumulátora szobahőmérsékleten működik.

szilárd elektródákkal vannak ellátva

és az elektrolit só és víz oldata.

A Hall-Herout cella

magas hőmérsékleten működik

elég magas hőmérsékleten ahhoz,

hogy az alumínium folyékony legyen.

Az elektrolit

nem só és víz oldata,

hanem inkább só, amelyet megolvasztottak.

A folyékony fém, az olvasztott só

és magas hőmérséklet keveréke az,

amely lehetővé teszi, hogy magas áramot küldjünk keresztül.

Ma elő tudunk állítani ércből tiszta fémet

kilónként kevesebb, mint egy dollárért.

Ez a modern elektrometallurgia

gazdasági csodája.

Ez az, amely felkeltette és fenntartotta a figyelmemet

és megszállottja lettem olyan akkumulátor feltalálásának,

amely megtartja ezt az óriási méretgazdaságosságot.

És feltaláltam.

Folyékony akkumulátort készítettem

mindkét elektródát folyékony fémekből

az elektrolitot pedig olvasztott sóból.

Mindjárt megmutatom hogyan.

Alacsony sűrűségű

folyékony fémet tettem felülre,

nagy sűrűségű folyékony fémet tettem alulra

és olvasztott sót közéjük.

Tehát akkor

hogyan válasszuk ki a fémeket?

Számomra a tervezési feladat

mindig itt kezdődik

a periódusos rendszerrel,

melyet egy másik professzor nyilatkoztatott ki,

Dimitrij Mengyelejev.

Minden, amit tudunk

azoknak a kombinációja,

amelyet itt leírva láthatunk.

Beleértve a mi testünket is.

Felidézem azt a napot,

amikor kerestem azt a fémpárost,

amely megfelel ezeknek a követelményeknek:

a Földön gyakori az előfordulása

különböző, ellentétes sűrűségűek

és magas az egymással való reakcióképességük.

Éreztem a megvalósítás okozta izgalmat

amikor tudtam, hogy rá fogok jönni a válaszra.

Magnézium a felső rétegben.

És antimon

az alsó rétegben.

El kell mondanom önöknek,

hogy egyik legnagyobb előnye annak, hogy professzor vagyok,

az a színes kréta.

(Nevetés)

Tehát hogy áramot állítsunk elő

a magnézium elveszít két elektront,

hogy magnézium ionná válhasson,

melyek az elektroliton keresztül vándorolnak

és két elektront vesz fel az antimontól

majd ötvözetté alakul vele.

Az elektronok munkába állnak

itt kinn, a való világban,

hogy árammal lássák el az eszközeinket.

Ahhoz, hogy feltöltsük az akkumulátort

csatlakoztatunk egy áramforrást.

Olyasvalamit, mint mondjuk egy szélerőműpark.

Majd visszafordítjuk az áramot.

Ez arra kényszeríti a magnéziumot, hogy kilépjen az ötvözetből

és visszatérjen a felső elektródába,

helyreállítva az akkumulátor kiindulási állapotát.

Az áram, amely az elektródák között halad

elég hőt termel ahhoz, hogy megfelelő hőmérsékleten tartsa.

Ez nagyon klassz,

elméletben legalábbis.

De működik ez valójában?

Mi a következő lépés?

Bemegyünk a laboratóriumba.

Vegyek fel határozott időre egy szakértőt?

Nem, felveszek egy hallgatót

és mentorálom őt

megtanítom arra, hogyan gondolkodjon a problémáról,

hogy az én nézőpontomból lássa

majd szabadon engedem őt.

Ő az a hallgató, David Bradwell,

aki ezen a képen

úgy tűnik azon töpreng, hogy fog-e ez valaha is működni.

Amit nem mondtam el Davidnek akkor,

hogy én magam sem voltam meggyőződve, hogy működni fog.

De David fiatal és okos

és PhD-t szeretne szerezni

és elkezdi építeni...

(Nevetés)

Elkezdi építeni

a kémia valaha volt első

folyékony fémből készült akkumulátorát.

David kezdeti, ígéretesnek tűnő eredményeire alapozva,

melyet kezdeti befektetésként

az MIT finanszírozott,

sikerült jelentős kutatási alapot megszereznem

a magánszektortól

és a szövetségi kormánytól.

Ez lehetővé tette számomra, hogy húszfősre bővítsem a csapatomat,

diplomásokkal, posztdoktorokkal

sőt, még egyetemi hallgatókkal is.

Sikerült igazán jó embereket összegyűjteni,

olyanokat, akik osztoznak a szenvedélyemben,

tudomány és szolgálat a társadalomért,

nem pedig tudomány és szolgálat a karrierépítésért.

Ha megkérdezik az embereket,

hogy miért dolgoznak a folyékony fémből készült akkumulátoron,

a válaszuk visszaidézi

Kennedy elnök megjegyzését,

1962-ben a Rice Egyetemen,

amikor azt monda - és most szabadon idézem -

"Nem azért választottuk, hogy az áramhálózati szintű tárolón dolgozzunk

mert könnyű,

hanem mert nehéz."

(Taps)

Tehát így fejlődött ki a folyékony fém akkumulátor.

Itt kezdtük, az igáslovunkkal, az egy wattórás cellával.

Úgy hívom, hogy feles pohár.

Több mint négyszáz ilyet működtettünk,

a teljesítményüket a kémiai sokféleséggel tökéletesítettük -

nem csak magnéziummal és antimonnal.

Menet közben 20 wattórásra növeltük.

Ezt hokikorongnak hívom.

Ugyanazokat a figyelemre méltó eredményeket kaptuk.

Aztán a csészealj következett.

Ez 200 wattórás teljesítményű.

A technológia igazolta magát,

hogy masszív és bővithető.

De az iram nem volt elég gyors számunkra.

Így másfél évvel ezelőtt,

David és én

egy másik kutatótárssal együtt

létrehoztunk egy vállalatot,

hogy felgyorsítsuk a fejlődés ütemét

és a termék gyártásáért folytatott versenyt.

Így ma az LMBC-ben

negyven centiméter átmérőjű cellákat építünk

melyek kapacitása egy kilowattóra -

ezerszer nagyobb kapacitású,

mint a kezdeti feles pohárnyi cella.

Pizzának nevezzük ezt.

Ezután van egy négy kilowattórás cella készülőben.

Ez 90 centiméter átmérőjű lesz.

Ezt bisztróasztalnak nevezzük,

de még nincs kész a bemutatásra.

A technológia egy változata szerint

összerakjuk ezeket a bisztróasztalokat modulokká,

hogy egy óriási akkumulátorrá alakítsuk a modulokat

amely belefér egy 12 méteres konténerbe,

hogy terepen helyezzük el.

Ennek a névleges teljesítménye két megawattóra -

kétmillió wattóra.

Ez már elegendő energia ahhoz,

hogy kétszáz amerikai háztartás

napi energiaigényét ellássa.

Tehát itt van a az áramhálózati szintű akkumulátor:

csendes, nincs káros kibocsátása,

nincsenek mozgó alkatrészek,

távolról irányítható,

versenyképes piaci árra tervezve,

állami támogatás nélkül.

Tehát mit tanultunk mindebből?

(Taps)

Tehát mit tanultunk mindebből?

Hadd osszak meg önökkel

néhány meglepetést, az unortodoxiákat.

Ezek a látható dolgok mögött helyezkednek el.

Hőmérséklet:

Az általános igazság szerint alacsonyra kell állítani

szobahőmérsékletre, vagy a körülire

majd építsünk be egy ellenőrző rendszert, hogy tartsuk ezt.

Kerüljük el a hőmérséklet elszabadulását.

A folyékony fém akkumulátort magas hőmérsékleten való működésre terveztük

minimális szabályozással.

Az akkumulátorunk kezelni tudja a magas hőmérséklet-emelkedéseket

amely az áram hullámzásából fakad.

Méretezés: Az általános igazság azt mondja,

hogy az árat nagy termeléssel csökkentsük.

A folyékony fém akkumulátor úgy csökkenti a költséget,

hogy kevesebbet, de nagyobbakat fogunk előállítani.

Végül az emberi erőforrás:

Az általános igazság szerint

alkalmazz akkumulátor specialistákat

tapasztalt profikat,

akik óriási tapasztalattal és tudással rendelkeznek.

Ahhoz, hogy kifejlesszük a folyékony fém akkumulátort,

egyetemi hallgatókat és posztdoktorokat vettem fel és mentoráltam őket.

Egy akkumulátorban

igyekszem maximalizálni az elektromos potenciált;

amikor mentorálok,

igyekszem maximalizálni az emberi potenciált.

Láthatják,

hogy a folyékony fém akkumulátor története

több, mint egy feltalált

technológia beszámolója,

hanem annak a vázlata,

hogyan találjunk fel feltalálókat a teljes spektrumon.

(Taps)