-
Prąd zasilający światła w tej sali
-
został wytworzony kilka chwil temu.
-
Obecna sytuacja
-
wymaga, by zapotrzebowanie na elektryczność
-
było w równowadze z dostępnymi zasobami.
-
Jeśli w czasie, który zajęło mi wejście na tę scenę.
-
kilkadziesiąt megawatów energii wiatrowej
-
przestałoby napływać do sieci,
-
różnicę trzeba by wyrównać natychmiast
-
z innych generatorów.
-
Jednak elektrownie węglowe i atomowe
-
nie mogą zareagować wystarczająco szybko.
-
Mógłby za to ogromny akumulator.
-
Mając do dyspozycji ogromny akumulator,
-
rozwiązalibyśmy problem braku ciągłości,
-
który sprawia, że energia wiatrowa i słoneczna
-
nie jest w stanie zasilać sieci
-
tak, jak obecnie węglowa, gazowa i atomowa.
-
Akumulator
-
to tutaj kluczowe urządzenie.
-
Mając go, moglibyśmy korzystać z energii słonecznej,
-
nawet w okresach, kiedy słońce nie świeci.
-
I to właśnie zmienia wszystko.
-
Ponieważ energia odnawialna,
-
jak wiatr i słońce,
-
trafia wtedy z łopat wirnika
-
tutaj do samego środka.
-
Chcę dziś opowiedzieć o takim urządzeniu.
-
To akumulator z płynnych metali.
-
Jest to nowy sposób magazynowania energii,
-
który opracowałem na MIT
-
wraz z zespołem studentów
-
i doktorantów.
-
Motywem przewodnim tegorocznej Konferencji TED jest Pełne Spektrum.
-
OED (Oxford English Dictionary) definiuje spektrum
-
jako "Całkowity zakres długości fal
-
promieniowania elektromagnetycznego,
-
od najdłuższych fal radiowych po najkrótsze promienie gamma,
-
w którym zakres światła widzialnego
-
jest tylko małą częścią".
-
Dziś opowiem więc nie tylko o tym,
-
jak mój zespół na MIT zaczerpnął z natury
-
rozwiązanie jednego z największych problemów ludzkości.
-
Chcę w pełnym zakresie przedstawić wam
-
jak w trakcie rozwijania
-
tej nowej technologii,
-
odkryliśmy zaskakująco nietypowe rozwiązania,
-
które teraz mogą służyć jako lekcje innowacji,
-
pomysły warte rozpowszechniania.
-
I jeśli mamy przyczynić się do rozwiązania problemów energetycznych naszego kraju
-
I jeśli mamy przyczynić się do rozwiązania problemów energetycznych naszego kraju,
-
nie możemy osiągnąć tego tylko na drodze oszczędności;
-
nie możemy osiągnąć tego tylko wiertłami;
-
i nie możemy osiągnąć tego tylko bombami.
-
Zrobimy to na stary amerykański sposób,
-
osiągniemy to drogą wynalazku,
-
pracując wspólnie.
-
(Oklaski)
-
No to zaczynajmy.
-
Akumulator został wynaleziony ok. 200 lat temu
-
przez profesora Alessandro Voltę
-
na Uniwersytecie w Padwie we Włoszech.
-
Jego wynalazek dał początek nowej dziedzinie nauki,
-
elektrochemii,
-
oraz nowym technologiom
-
jak np. galwanizacji.
-
Prawdopodobnie przeoczonym zostało,
-
że wynalezienie akumulatora przez Voltę
-
po raz pierwszy także
-
potwierdziło użyteczność profesorów.
-
(Śmiech)
-
Do czasów Volty, nikt nie wyobrażał sobie,
-
że mógłby być jakikolwiek pożytek z profesora.
-
Oto pierwszy akumulator,
-
stos monet, cynk i srebro,
-
oddzielone tekturą nasiąkniętą solanką.
-
To pierwszy krok
-
do stworzenia akumulatora,
-
dwie elektrody,
-
w tym przypadku, metale o różnej strukturze,
-
i elektrolit,
-
tu akurat sól rozpuszczona w wodzie.
-
Nauka jest taka prosta.
-
Wprawdzie pominąłem tu kilka szczegółów.
-
Nauczyłem was już,
-
że nauka związana z akumulatorami jest prosta
-
i istnieje potrzeba magazynowania energii na dużą skalę
-
i istnieje potrzeba magazynowania energii na dużą skalę,
-
ale prawda jest taka,
-
że obecnie nie mamy takiej technologii akumulatorów
-
która byłaby zdolna sprostać
-
wymaganiom czynnościowym sieci elektrycznej,
-
a więc: niespotykanie duża moc,
-
długa żywotność
-
i super niskie koszty.
-
Musimy spojrzeć na ten problem inaczej:
-
musimy myśleć w kategoriach dużej skali,
-
a jednocześnie niskich kosztów.
-
Porzućmy więc typowe podejście
-
polegające na szukaniu najbardziej imponującej chemii
-
z nadzieją, że uda nam się potem zminimalizować koszty
-
wciąż zwiększając i zwiększając produkcję.
-
Zamiast tego, wynajdźmy coś,
-
kierując się akceptowalną ceną na rynku energii.
-
To oznacza,
-
że pewne części układu okresowego pierwiastków
-
z zasady nie wchodzą w rachubę.
-
Ten akumulator musi zostać wykonany
-
z elementów obficie występujących na Ziemi.
-
Mówię, że jeśli chcesz zrobić coś, co jest tanie jak barszcz,
-
zrób to z barszczu --
-
(Śmiech)
-
i to najlepiej
-
z lokalnie zgromadzonych składników.
-
Musimy być w stanie zbudować tą rzecz
-
przy użyciu prostych technik produkcji i fabryk
-
które nie kosztują zbyt dużo.
-
Około 6 lat temu
-
zacząłem zastanawiać się nad tym problemem.
-
Starając się przyjąć świeżą perspektywę,
-
szukałem inspiracji poza dziedziną magazynowania energii.
-
Właściwie to przyjrzałem się technologii,
-
która nie ma nic wspólnego ani z magazynowaniem, ani z wytwarzaniem energii elektrycznej,
-
a za to zużywa jej ogromne ilości.
-
a za to zużywa jej ogromne ilości.
-
Mam na myśli produkcję aluminium.
-
Proces ten został wynaleziony w 1886 r.
-
przez dwójkę 22-latków --
-
Halla ze Stanów Zjednoczonych i Heroult z Francji.
-
I w ciągu tylko kilku lat od ich odkrycia,
-
aluminium,
-
z metalu równie cennego jak srebro, zmieniło się
-
w popularny materiał budowlany.
-
Oto komórka nowoczesnej huty aluminium.
-
Ma ok. 15 m szerokości
-
i ciągnie się przez ok. 800 m --
-
rząd za rzędem komórek,
-
które w środku przypominają akumulator Volty,
-
z trzema istotnymi różnicami.
-
Akumulator Volty pracuje w temperaturze pokojowej.
-
Jest zaopatrzony w stałe elektrody
-
i elektrolit w formie roztworu wodnego soli.
-
Z kolei komórka Halla-Heroulta
-
pracuje w wysokiej temperaturze,
-
wysokiej na tyle,
-
że aluminium jako produkt jest metalem płynnym.
-
Elektrolitem
-
nie jest wodny roztwór soli,
-
lecz sól która została stopiona.
-
To ta kombinacja płynnego metalu,
-
stopionej soli i wysokiej temperatury
-
pozwala nam na przesyłanie przez nie prądu o wysokich natężeniach.
-
W dzisiejszych czasach, uzyskanie metali z rud,
-
kosztuje nas nie więcej niż dolara za kilogram.
-
To cud ekonomiczny
-
współczesnej elektrometalurgii.
-
Właśnie to przyciągnęło i skupiło moją uwagę
-
do tego stopnia, że ogarnęła mnie obsesja na punkcie wynalezienia akumulatora,
-
który uchwyciłby tę gigantyczną ekonomię skali.
-
No i udało się.
-
Zbudowałem akumulator w całości w stanie płynnym --
-
obie elektrody z płynnych metali
-
i elektrolit ze stopionej soli.
-
Pokażę wam jak.
-
Na górze umieściłem płynny metal o małej gęstości,
-
Na górze umieściłem płynny metal o małej gęstości,
-
na dole płynny metal o dużej gęstości,
-
a w środku stopioną sól.
-
Pytanie,
-
jak wybrać właściwe metale?
-
Dla mnie, każdy projekt
-
zawsze zaczyna się tutaj,
-
na tablicy okresowej pierwiastków,
-
ogłoszonej przez kolejnego profesora,
-
Dmitrija Mendelejewa.
-
Wszystko co znamy
-
składa się z jakiejś kombinacji
-
tego, co mamy tu przedstawione.
-
Łącznie z naszymi własnymi organizmami.
-
Pamiętam dokładnie moment,
-
gdy pewnego dnia poszukiwałem pary metali,
-
która spełniałaby narzucone warunki
-
powszechnego występowania na Ziemi,
-
skrajnie różnej gęstości,
-
i wykazywałyby wysoką wzajemną reaktywność.
-
Przeszedł mnie dreszcz ekscytacji,
-
kiedy uświadomiłem sobie, że znalazłem odpowiedź.
-
Magnez na górną warstwę.
-
I antymon
-
na dolną warstwę.
-
Wiecie, muszę wam powiedzieć,
-
że jedną z największych zalet bycia profesorem
-
jest kolorowa kreda.
-
(Śmiech)
-
Więc żeby wytworzyć prąd,
-
magnez traci dwa elektrony
-
i staje się jonem magnezu,
-
który z kolei migruje przez elektrolit,
-
przyłącza 2 elektrony od antymonu,
-
i miesza się z nim tworząc stop.
-
Elektrony idą pracować
-
tutaj, w prawdziwym świecie,
-
napędzając nasze urządzenia.
-
Żeby naładować akumulator,
-
podłączamy źródło energii elektrycznej.
-
Może być to np. farma wiatrowa.
-
I wtedy odwracamy kierunek prądu.
-
To zmusza magnez do oddzielenia się
-
i powrotu na górną elektrodę,
-
tym samym odtwarzając początkowy stan akumulatora.
-
Przy tym, prąd przepływający między elektrodami
-
wytwarza wystarczająco dużo ciepła, by utrzymać wymaganą temperaturę.
-
Brzmi nieźle,
-
przynajmniej teoretycznie.
-
Ale czy faktycznie działa?
-
Więc jaki jest kolejny krok?
-
Idziemy do laboratorium.
-
I czy zatrudniam doświadczonych profesjonalistów?
-
Nie. Zatrudniam studenta
-
i pomagam mu,
-
uczę go, w jaki sposób podchodzić do problemu,
-
aby ujrzeć go z mojego punktu widzenia,
-
i później pozwalam mu pracować samodzielnie.
-
To właśnie ten student, David Bradwell,
-
który, na tym zdjęciu,
-
wydaje zastanawiać się, czy ten wynalazek w ogóle zadziała.
-
Nie przyznałem się wtedy Davidowi,
-
że sam nie byłem przekonany, że zadziała.
-
Ale David jest młody i mądry
-
i chce zrobić doktorat
-
i kontynuuje pracę...
-
(Śmiech)
-
Kontynuuje pracę
-
nad pierwszym akumulatorem z płynnych metali
-
w dzisiejszej chemii.
-
I na podstawie obiecujących pierwszych wyników Dawida,
-
które opłacone zostały
-
przez MIT,
-
udało mi się pozyskać dofinansowanie na badania
-
z sektora prywatnego
-
i rządu federalnego.
-
I to pozwoliło mi na zwiększenie mojej grupy do 20 osób,
-
magistrów, doktorantów,
-
a nawet licencjatów.
-
I udało mi się zgromadzić naprawdę wspaniałych, wspaniałych ludzi,
-
ludzi, którzy dzielą ze mną pasję
-
do nauki i służby społeczeństwu,
-
a nie nauki dla rozwoju własnej kariery.
-
I jeśli zapytacie któregoś z nich
-
dlaczego pracuje nad akumulatorem z płynnych metali,
-
odpowiedź nasunie wam na myśl
-
Prezydenta Kennedy'ego
-
na Uniwersytecie Rice w 1962 r
-
kiedy mówił -- i nieco pozwalam tu sobie --
-
"Wybieramy pracę nad magazynowaniem energii sieci elektrycznej,
-
nie dlatego, że jest to zadanie proste,
-
lecz dlatego, że jest trudne."
-
(Oklaski)
-
Tak więc wygląda ewolucja akumulatora z płynnych metali.
-
Zaczynamy tu od naszego konia pociągowego - 1-wato-godzinnej komórki.
-
Nazwałem ją kielonkiem.
-
Obsługiwaliśmy ich ponad 400,
-
doskonaląc je użyciem różnych kombinacji chemicznych --
-
nie tylko magnezu i antymonu.
-
W którymś momencie zwiększyliśmy skalę do komórki 20-wato-godzinnej.
-
Nazywam ją krążkiem hokejowym.
-
I otrzymaliśmy tak samo niezwykłe rezultaty.
-
I wtedy nadszedł czas na spodek.
-
To jest 200 wato-godzin.
-
Technologia wykazywała się
-
stabilnością i skalowalnością.
-
Ale dla nas, postęp nie był wystarczająco szybki.
-
Więc około półtora roku temu,
-
David i ja,
-
wraz z jeszcze jednym członkiem grupy badawczej,
-
założyliśmy firmę,
-
żeby przyspieszyć proces rozwoju
-
w wyścigu do rozpoczęcia produkcji.
-
Tak więc dzisiaj w LMBC,
-
budujemy komórki o średnicy 40 cm
-
i pojemności 1 kilowatogodziny --
-
1000 razy większej
-
od tej pierwszej komórki "kielonka".
-
Nazywamy ją pizzą.
-
A teraz patrzymy już na komórkę o pojemności 4-kilowatogodzin.
-
Będzie miała średnicę 91 cm.
-
Nazywamy ją stolikiem bistro,
-
ale nie jest jeszcze gotowa do pokazania w wieczornej telewizji.
-
I jedno z rozwiązań technologicznych, które przewidujemy
-
zakłada układanie tych blatów stołowych jeden na drugim w moduły,
-
agregację tych modułów w wielki akumulator
-
który zmieściłby się w 12-metrowym kontenerze spedycyjnym
-
do umieszczenia w terenie.
-
I to ma 2 megawatogodziny pojemności znamionowej --
-
dwa miliony watogodzin.
-
To jest wystarczająca ilość energii
-
żeby pokryć dzienne zapotrzebowanie
-
200 amerykańskich gospodarstw.
-
Więc proszę - magazynowanie na poziomie sieci elektrycznej,
-
ciche, bezemisyjne,
-
bez ruchomych części,
-
zdalnie sterowane,
-
zaprojektowane do ceny rynkowej
-
bez dotacji.
-
Czego się więc z tego wszystkiego nauczyliśmy?
-
(Oklaski)
-
Czego się więc z tego wszystkiego nauczyliśmy?
-
Pozwólcie, że podzielę się z wami
-
niektórymi z niespodzianek i heterodoksji.
-
Kryją się poza tym, co widoczne.
-
Temperatura:
-
Konwencjonalna mądrość głosi, że trzeba utrzymywać ją na niskim poziomie,
-
mniej więcej w temperaturze pokojowej,
-
instalując systemy kontroli, które ją utrzymają.
-
Unikajcie ucieczki ciepła.
-
Akumulator z płynnych metali jest tak zaprojektowany, aby działać w podwyższonej temperaturze
-
przy minimalnej regulacji.
-
Nasza bateria wytrzyma bardzo duże wzrosty temperatury
-
związane z dużymi skokami napięcia.
-
Skalowanie: Konwencjonalna mądrość głosi
-
że zwiększając produkcję, minimalizujemy koszty.
-
Produkcja płynnych akumulatorów będzie niewielka
-
ale obniżymy koszty, bo będą one większe.
-
I w końcu, zasoby ludzkie:
-
Konwencjonalna mądrość głosi
-
żę należy zatrudniać ekspertów,
-
doświadczonych profesjonalistów,
-
którzy oprą się na swym szerokim doświadczeniu i wiedzy.
-
Żeby opracować akumulator z płynnych metali,
-
zatrudniłem studentów i doktorantów i ich mentorowałem.
-
W dziedzinie akumulatorów,
-
staram się maksymalizować potencjał elektryczny;
-
podczas nauczania,
-
staram się maksymalizować potencjał ludzki.
-
Więc jak widzicie,
-
historia o akumulatorze z płynnych metali
-
jest nie tylko zapisem
-
wynalazku technologii,
-
lecz także wzorem
-
na wynajdywanie wynalazców. Pełne spektrum.
-
(Oklaski)