Çimentoja që mund ta shndërrojë shtëpinë tuaj në një bateri gjigante

Nga Tom Ough, BBC

Një pirg cilindrash të lëmuar prej betoni me ngjyrë të zezë, të lyera me një tretësirë kripe dhe të gërshetuara me shumë kabllo, janë vendosur në tavolinën e një laboratori në Universitetin e Kembrixhit në Masaçusets, SHBA. Për një vëzhgues rastësor, kjo nuk do të thotë ndonjë gjë të madhe. Por më pas Damian Stefaniuk shtyp një çelës. Blloqet prej betoni të krijuara nga njeriu, janë të lidhura me një llambë LED e cila ndizet. “Në fillim nuk e besova as vetë”- tregon Stefaniuk, duke folur për herën e parë që u ndez llamba.

“Mendova se nuk e kisha shkëputur burimin e jashtëm të energjisë, dhe kjo ishte arsyeja pse ishte ndezur. Ishte një ditë e mrekullueshme. Ne ftuam studentët, dhe unë ftova profesorët që ta shihnin me sytë e tyre, sepse në fillim as ata nuk e besonin se kjo gjë funksiononte vërtet”- shton ai.

Arsyeja e entuziazmit? Kjo copë betoni e padëmshme dhe e errët, mund të përfaqësojë të ardhmen e ruajtjes së energjisë. Premtimi i shumicës së burimeve të rinovueshme të energjisë, është ai i energjisë së pastër të pafundme, që na jepet aktualisht nga Dielli, era dhe deti.

Megjithatë, Dielli nuk shkëlqen gjatë gjithë kohës, era nuk fryn gjithmonë, dhe kur deti është i qetë, ujërat e tij nuk prodhojnë dot energji. Pra këto janë burime energjie që mund t’i përdorim me ndërprerje, dhe në botën tonë moderne shumë të uritur për energji, kjo gjë përbën një problem madhor. Dhe do të thotë që ne duhet ta ruajmë atë energji në bateri. Por bateritë mbështeten tek materiale të tilla si litiumi, i cili është në dispozicion në sasi shumë më të vogla se sa duhet për të përmbushur kërkesën e krijuar nga synimi i botës për të de-karbonizuar sistemet e saj të energjisë dhe transportit.

Në mbarë botën ekzistojnë vetëm 101 miniera litiumi, dhe analistët e ekonomisë janë pesimistë mbi aftësinë e tyre për të përballur kërkesën globale në rritje për këtë metal të rrallë. Nga ana tjetër, ekspertët e mjedisit vënë në dukje se minierat e litiumit përdorin shumë energji dhe ujë, të cilat i zbehin edhe përfitimet mjedisore të kalimit tek burimet e rinovueshme të energjisë.

Gjithashtu, proceset e përfshira në nxjerrjen e litiumit, mund të çojnë ndonjëherë në rrjedhjen e kimikateve toksike tek burimet e ujit në zonë. Pavarësisht disa zbulimeve të reja të rezervave të litiumit, rezervat e pakta të këtij materiali, mbështetja e tepërt tek vetëm një pjesë të vogël minierash në mbarë botën dhe ndikimi i tij negativ në mjedis, kanë nxitur kërkimin për materiale alternative për prodhimin e baterive.

Këtu hyn në lojë Stefaniuk dhe betoni i tij i veçantë. Ai dhe kolegët e tij në Institutin e Teknologjisë në Masaçusets (MIT), kanë zbuluar një mënyrë për të krijuar një pajisje të ruajtjes së energjisë, të njohur si një super-kondensator nga tre materiale bazë shumë të lira:ujë, çimento dhe një blozë, një substancë e quajtur edhe si karboni i zi.

Super-kondensatorët janë shumë efikasë në ruajtjen e energjisë, por ndryshojnë nga bateritë në disa aspekte të rëndësishme. Ato mund të karikojnë shumë më shpejt me energji sesa një bateri me litium-jon, dhe nuk vuajnë nga të njëjtat nivele të degradimit të rendimentit me kalimin e kohës.

Por nga ana tjetër, super-kondensatorët e lëshojnë me shpejtësi fuqinë që ruajnë, duke i bërë ata më pak të dobishëm në pajisje të tilla si telefonat celularë, laptopët ose makinat elektrike ku nevojitet një furnizim i qëndrueshëm i energjisë për një periudhë të gjatë kohore.

Megjithatë, Stefaniuk thotë se super-kondensatorët me çimenton prej karboni, mund të japin një kontribut të rëndësishëm në përpjekjet për de-karbonizimin e ekonomisë globale. “Nëse do të zgjerohet, kjo teknologji mund të ndihmojë në zgjidhjen e një çështjeje të rëndësishme – ruajtjen e energjisë së rinovueshme”- thotë ai.

Ai dhe kolegët e tij studiues në MIT dhe Institutin për Inxhinierinë e Frymëzuar Biologjikisht të Universitetit të Harvardit, parashikojnë disa përdorime për super-kondensatorët. Njëri prej tyre mund të jetë krijimi i rrugëve që ruajnë energjinë diellore, dhe më pas e lëshojnë atë për të rimbushur makinat elektrike.

Lëshimi i shpejtë i energjisë nga super-kondensatori i çimentos prej karboni, do t’i lejonte automjetet të merrnin një karikim të shpejtë të baterive të tyre. Një tjetër përdorim, do të ishte tek shtëpitë që ruajnë energjinë. “Ato mund të kenë mure, ose themele ose kolona, që janë aktive jo vetëm në mbështetjen e një strukture, por edhe që energjia të ruhet brenda tyre”- shprehet Stefaniuk.

Por është ende herët. Për momentin, super-kondensatori prej betoni, mund të ruajë pak më pak se 300 vat/orë për metër kub, mjaftueshëm për të fuqizuar një llambë LED 10 vat për 30 orë.  Fuqia e prodhimit mund të duket e ulët në krahasim me bateritë konvencionale, por një themel me 30-40 metra kub beton, mund të mjaftojë për të përmbushur nevojat ditore të energjisë të një familjeje thekson Stefaniuk.

“Duke pasur parasysh përdorimin e gjerë të betonit në nivel global, ky material ka potencialin të jetë shumë konkurrues dhe i dobishëm në ruajtjen e energjisë”-deklaron eksperti. Stefaniuk dhe kolegët e tij në MIT, e vërtetuan fillimisht këtë koncept duke krijuar super-kondensatorë 1 Vat, përpara se disa copa betoni të lidheshin së bashku në seri për të fuqizuar një llambë LED 3 Vat.

Që atëherë, ata e kanë rritur madhësinë për të prodhuar një super-kondensator 12 Vat. Vetë Stefaniuk ia ka dalë të përdorë versione më të mëdha të super-kondensatorit për të fuqizuar një tastierë video-lojërash. Tani ekipi i ekspertëve po planifikon të ndërtojë versione më të mëdha, duke përfshirë një pajisje deri në 45 metra kub beton, që do të ishte në gjendje të ruante rreth 10 kWh energji të nevojshme për të fuqizuar një shtëpi për një ditë.

Super-kondensatori funksionon për shkak të një vetie të pazakontë të karbonit të zi:është shumë përçues. Kjo do të thotë se kur karboni i zi kombinohet me pluhur çimentoje dhe ujë, krijon një lloj betoni që është plot me rrjete materialesh përcjellëse, duke marrë një formë që i ngjan rrënjëve të vogla gjithnjë të degëzuara.

Kondensatorët janë të formuara nga dy pllaka përçuese me një membranë midis tyre. Në këtë rast, të dyja pllakat janë bërë nga çimentoja e zezë e karbonit, të cilat janë njomur në një kripë elektrolite të quajtur klorur kaliumi. Kur një rrymë elektrike kalohet tek pllakat e njomura me kripë, pllakat e ngarkuara pozitivisht grumbullojnë jone të ngarkuara negativisht nga kloruri i kaliumit.

Dhe për shkak se membrana e pengon shkëmbimin e joneve të ngarkuara midis pllakave, ndarja e ngarkesave krijon një fushë elektrike. Duke qenë se super-kondensatorët mund të grumbullojnë sasi të mëdha ngarkese shumë shpejt, kjo mund t’i bëjë ato të dobishme për ruajtjen e energjisë së tepërt, të prodhuar nga burime të rinovueshme me ndërprerje si era dhe Dielli.

“Kjo do të largonte presionin nga rrjeti, në momentet kur nuk fryn era, dhe nuk shkëlqen Dielli”- thotë Stefaniuk. Gjithsesi super-kondensatorët nuk janë të përsosur. Variantet ekzistuese e shkarkojnë shpejt energjinë dhe nuk janë ideale për prodhim të qëndrueshëm, i cili do të nevojitej për të fuqizuar një shtëpi gjatë gjithë ditës.

Stefaniuk thotë se ai dhe kolegët e tij, po punojnë për një zgjidhje që do të lejonte që të modifikohet versioni i tyre me çimento të përzier me karbon. Mund të ketë edhe probleme të tjera që duhet kapërcyer. Shtimi i më shumë karboni të zi, e lejon super-kondensatorin të ruajë më shumë energji, por në të njëjtën kohë e bën pak më të dobët betonin.

Ndërsa super-kondensatorët me çimento karboni, mund të ndihmojnë për të reduktuar varësinë tonë nga litiumi, ata kanë ndikimin e tyre mjedisor. Prodhimi i çimentos është përgjegjës për 5-8 për qind të emetimeve të dioksidit të karbonit nga aktiviteti njerëzor në nivel global. Dhe çimentoja e karbonit e nevojshme për super-kondensatorët, do të duhej të bëhej rishtas në vend se të montohet në strukturat ekzistuese. Megjithatë, duket se kjo është një risi premtuese, thotë Majkëll Short, i cili drejton Qendrën për Inxhinieri të Qëndrueshme në Universitetin Tisajd në Britaninë e Madhe.

“Hulumtimi hap shumë rrugë potenciale interesante rreth përdorimit të vetë mjedisit të ndërtuar, si një mjet për ruajtjen e energjisë. Meqë materialet janë të zakonshme dhe prodhimi relativisht i drejtpërdrejtë, kjo tregon se kjo qasje duhet të hulumtohet më tej dhe mund të jetë potencialisht një pjesë shumë e dobishme e tranzicionit, drejt një të ardhmeje më të pastër dhe më të qëndrueshme”- thekson ai.

Gjithsesi, do të nevojiten më shumë kërkime për ta zhvendosur këtë risi nga laboratori në botën reale.

“Shpeshherë, zbulimet e reja janë problematike kur përpiqemi të kalojmë nga shkalla laboratorike tek përdorimi në shkallë më të gjerë. Kjo mund të ndodhë për shkak të kompleksitetit të prodhimit, mungesës së burimeve ose ndonjëherë për shkak të parimeve fizike ose kimike themelore. Vetitë e dëshirueshme që ndodhin në shkallë më të vogla, mund të dobësohen apo edhe të zhduken në formate më të mëdha”- nënvizon eksperti.