Beton već gradi naš svet, a zahvaljujući inovaciji sa prestižnog Masačusetskog instituta za tehnologiju (MIT), mogao bi da postane i izvor – odnosno skladište – energije, pre svega iz obnovljivih izvora.
Napravljen kombinovanjem cementa, vode, ultra-fine ugljenične čađi (koja se sastoji od nanočestica) i elektrolita, elektronski provodljivi ugljenični beton (ec³) stvara provodljivu „nanomrežu” unutar betonskih struktura. To bi moglo omogućiti da konstrukcije koje srećemo svakodnevno – poput zidova, trotoara i mostova – skladište i otpuštaju struju.
Drugim rečima, beton oko nas bi jednog dana mogao služiti kao džinovske „baterije”.
Ovaj materijal zapravo nije nov izum. Ono što jeste novina je da se danas u njega može „upakovati” deset puta više energije.
U praksi to znači da je 2023. godine bilo potrebno oko 45 kubnih metara ec³ betona za skladištenje dovoljno energije za dnevne potrebe prosečnog domaćinstva. Poređenja radi, to je količina betona koja se iskoristi za tipičan podrum.
Zahvaljujući poboljšanom elektrolitu, sada taj isti zadatak može da se postigne sa samo 5 kubnih metara, što je ekvivalentno zapremini podrumskog zida.
U razvoju ec³ betona učestvovao je i naučnik Admir Mašić, poreklom iz Bosne i Hercegovine, inače vanredni profesor na MIT-u i vodeći autor nove studije.
„Ključ za održivost betona leži u razvoju ‘multifunkcionalnog betona’, koji integriše funkcionalnosti poput skladištenja energije, samoisceljenja i vezivanja ugljenika (sekvestracije)”, ističe Mašić. „Beton je već najkorišćeniji građevinski materijal na svetu, pa zašto ne bismo iskoristili taj obim za stvaranje i drugih koristi?”
Kako su inženjeri MIT-a desetostruko povećali kapacitet betonske baterije?
Ovo povećanje gustine energije (kapaciteta) postignuto je zahvaljujući dubljem razumevanju načina na koji nanougljenična mreža unutar ec³ betona funkcioniše i interaguje sa elektrolitima.
Istraživački tim je, koristeći napredne tehnike snimanja, uspeo da rekonstruiše provodljivu nanomrežu u dosad najvišoj rezoluciji. Otkrili su da ima fraktalnu strukturu, poput paučine, koja okružuje pore u betonu, što elektrolitu omogućava efikasniji prodor, a struji neometan protok kroz sistem.
„Razumevanje kako se ovi materijali ‘sastavljaju’ na nano-nivou ključno je za postizanje ovih novih funkcionalnosti”, objašnjava Admir Mašić.
Sa novim saznanjima o nanomreži, tim je testirao različite elektrolite i njihove koncentracije. Naučnici su otkrili da je čak i slana morska voda potencijalno dobar kandidat za elektrolit. To bi ec³ beton činilo idealnim za primenu u priobalnim i morskim konstrukcijama kao što su stubovi za vetroelektrane na moru.
Ipak, kako se navodi, najbolje rezultate postigli su organskim elektrolitima, posebno onima koji kombinuju amonijumove soli kakve se nalaze u dezinfekcionim sredstvima sa acetonitrilom – prozirnom, provodljivom tečošću.
Jedan kubni metar ovakvog ec³ betona, približne veličine frižidera, može da uskladišti preko 2 kilovat-sata energije, dovoljno za napajanje upravo frižidera tokom celog dana.
Takođe, uvođenje elektrolita direktno u vodu za mešanje (umesto naknadnog potapanja očvrslog betona) eliminisalo je ograničenje prodiranja. To je omogućilo livenje debljih elektroda koje mogu da skladište više energije.
Iako klasične baterije i dalje imaju veću gustinu energije, ec³ se može direktno integrisati u širok spektar arhitektonskih elemenata, od ploča i zidova do mostova, čime postiže isti životni vek kao i sama konstrukcija.
Ugledajući se na drevne Rimljane, koji su gradili monumentalne strukture bez armature, naučnici su napravili minijaturni luk od ec³ betona. Radeći na 9 volti, luk je nosio sopstvenu težinu i dodatno opterećenje dok je istovremeno napajao LED svetlo.
Međutim, kada se opterećenje luka povećalo, dogodilo se nešto neobično: svetlo je zatreperilo. Ovo je verovatno posledica načina na koji stres utiče na električne kontakte ili na distribuciju opterećenja.
Mašić sa MIT-a to vidi kao potencijal za samonadzornu sposobnost materijala.
„Mogli bismo ovo da iskoristimo kao signal kada je i u kojoj meri struktura pod stresom, ili da pratimo njeno opšte stanje u realnom vremenu.”
KLIMA101 NEDELJNI NEWSLETTER
Najnovija dostignuća u ec³ tehnologiji dovode je korak bliže primeni u stvarnom svetu i mogućnosti masovne proizvodnje. Zahvaljujući svojim svojstvima toplotne provodljivosti, ovaj beton već se koristi za zagrevanje trotoara u japanskom gradu Saporo, čime predstavlja potencijalnu alternativu posipanju soli.
Ali tim sa MIT-a ne planira da stane na tome… U želji da pomognu u energetskoj tranziciji, naučnici rade na primeni tehnologije na mestima poput parking mesta i puteva koji bi mogli puniti električna vozila, pa čak i na kućama koje bi mogle u potpunosti da funkcionišu van mreže pomoću solarnih panela i betonskih baterija.
„Kombinovanjem moderne nano-nauke sa drevnim gradivnim blokom civilizacije otvaramo vrata infrastrukturi koja ne samo da podržava naše živote, već ih i napaja energijom”, zaključuje koautor rada Džejms Viver.
