Ερευνητές του ΜΙΤ δημιούργησαν σκυρόδεμα που λειτουργεί ως… μπαταρία

Ερευνητές του ΜΙΤ δημιούργησαν σκυρόδεμα που λειτουργεί ως… μπαταρία

Μπορεί να αποθηκεύει ενέργεια προσφέροντας λύση σε ένα δομικό πρόβλημα της βιομηχανίας των ΑΠΕ.

Το σκυρόδεμα έχει μια μακρά ιστορία καινοτομίας που χρονολογείται από το 6,500 π.Χ. Αν και οι περισσότερες εξελίξεις αυτού του υλικού μέσα στις χιλιετίες σχετίζονταν με την ανθεκτικότητα τα τελευταία χρόνια το σκυρόδεμα έχει μετατραπεί σε πλατφόρμα καινοτομίας για την επίλυση ορισμένων από τα πιο πιεστικά προβλήματα του κόσμου. Παρουσιάστηκε τώρα και ένα σκυρόδεμα που αποθηκεύει ενέργεια.

Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει σκυρόδεμα που μπορεί να αυτοεπιδιορθώνει τις ζημιές που προκαλούνται σε αυτό, σκυρόδεμα που λειτουργεί ως δεξαμενή αποθήκευσης άνθρακα και σκυρόδεμα που μπορεί ακόμη και να αυξήσει τις αποδόσεις των καλλιεργειών. Τώρα επιστήμονες από το Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης, το περίφημο MIT, παρουσιάζουν μια ριζοσπαστική νέα καινοτομία. Ένα σκυρόδεμα που μπορεί να λειτουργεί ως μπαταρία και πιο συγκεκριμένα ως μέσο αποθήκευσης της ενέργειας που παράγουν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας επιχειρώντας να δώσει λύση σε ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα που αντιμετωπίζει η βιομηχανία παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ.

Η μελέτη των ερευνητών που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «PNAS» περιγράφει πώς ένα μείγμα τσιμέντου, νερού, υπέρλεπτου carbon black (αιθάλης) που περιέχει νανοσωματίδια και ηλεκτρολυτών μπορεί να σχηματίσει αυτό που ονομάζουν ηλεκτραγώγιμο ανθρακούχο σκυρόδεμα ή ec3, το οποίο δημιουργεί ένα αγώγιμο νανοδομικό δίκτυο που μπορεί να λειτουργεί σαν μπαταρία.

«Κλειδί για τη βιωσιμότητα του σκυροδέματος είναι η ανάπτυξη πολυλειτουργικού σκυροδέματος που ενσωματώνει λειτουργίες όπως η αποθήκευση ενέργειας, η αυτοΐαση και η δέσμευση άνθρακα. Το σκυρόδεμα είναι ήδη το πιο χρησιμοποιούμενο δομικό υλικό στον κόσμο, οπότε γιατί να μην αξιοποιήσουμε αυτή την κλίμακα για να δημιουργήσουμε και άλλα οφέλη;» αναφέρει ο Άντμιρ Μάσιτς, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Τα πειράματα

Δεν είναι η πρώτη προσπάθεια να δοθούν στο σκυρόδεμα ηλεκτρικές δυνατότητες. Το 2023 τοποθετήθηκαν αυτοθερμαινόμενες πλάκες σκυροδέματος στο πάρκο Odori στο Σαπόρο της Ιαπωνίας, όπου πέφτουν σχεδόν 500 εκατοστά χιονιού κάθε χρόνο. Στη νέα αυτή μελέτη οι επιστήμονες του MIT απεικόνισαν τρισδιάστατα τη νανοδομή για να κατανοήσουν τη σύστασή της ενώ ταυτόχρονα βελτιστοποίησαν τους ηλεκτρολύτες που χρησιμοποιούνται στο ίδιο το σκυρόδεμα.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι η καλύτερη απόδοση επιτεύχθηκε με την προσθήκη οργανικών ηλεκτρολυτών, χρησιμοποιώντας άλατα τεταρτοταγούς αμμωνίου με ακετονιτρίλιο, απευθείας στο νερό ανάμιξης, κάτι που επέτρεψε τη δημιουργία παχύτερων ηλεκτροδίων με μεγαλύτερη αποθήκευση ενέργειας. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ένα κομμάτι ec3 στο μέγεθος ψυγείου μπορεί να αποθηκεύσει έως και 2 κιλοβατώρες ενέργειας.

«Οι αρχαίοι Ρωμαίοι έκαναν μεγάλες προόδους στην κατασκευή σκυροδέματος. Τεράστιες κατασκευές όπως το Πάνθεον στέκονται μέχρι σήμερα χωρίς οπλισμό. Αν διατηρήσουμε το πνεύμα τους, συνδυάζοντας την επιστήμη των υλικών με αρχιτεκτονικό όραμα, μπορεί να βρισκόμαστε στο κατώφλι μιας νέας αρχιτεκτονικής επανάστασης με πολυλειτουργικά σκυροδέματα όπως το ec3.» λέει ο Μάσιτς.

Συνεχίζοντας αυτό το ρωμαϊκό θέμα, οι ερευνητές δημιούργησαν επίσης μια μικροσκοπική αψίδα για να δοκιμάσουν πώς η δομή και η αποθήκευση ενέργειας μπορούν να συνυπάρχουν. Η κατασκευή λειτούργησε στα 9 βολτ, υποστήριξε το ίδιο της το βάρος και τροφοδότησε ένα φωτιστικό LED. Ενδιαφέρον είναι ότι το φως τρεμόπαιζε όταν η κατασκευή δεχόταν πίεση, κάτι που μπορεί να μην είναι ιδανικό για τον φωτισμό τεράστιων χώρων όπως το Πάνθεον, αλλά θα μπορούσε να αποδειχθεί εξαιρετικά χρήσιμο ως διαγνωστικό εργαλείο. Ίσως μπορέσουμε να το χρησιμοποιήσουμε ως ένδειξη για το πότε και σε ποιο βαθμό μια κατασκευή καταπονείται ή για να παρακολουθούμε τη συνολική της κατάσταση σε πραγματικό χρόνο, ανέφερε ο Masic.

Φυσικά, η πιο ελκυστική εφαρμογή αυτών των νέων μπαταριών σκυροδέματος αφορά την αποθήκευση πράσινης ενέργειας. Παρότι η παραγωγή πράσινης ενέργειας έχει αυξηθεί ραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες, η αποθήκευσή της παραμένει πρόκληση. Η ευρεία χρήση του σκυροδέματος σε πόλεις και προάστια θα μπορούσε να συμβάλει στην αντιμετώπιση αυτών των ελλείψεων.

«Αυτό που μας ενθουσιάζει περισσότερο είναι ότι πήραμε ένα υλικό τόσο αρχαίο όσο το σκυρόδεμα και δείξαμε ότι μπορεί να κάνει κάτι εντελώς νέο. Συνδυάζοντας τη σύγχρονη νανοεπιστήμη με ένα αρχαίο δομικό θεμέλιο του πολιτισμού, ανοίγουμε τον δρόμο για υποδομές που δεν απλώς υποστηρίζουν τη ζωή μας αλλά την τροφοδοτούν.» ανέφερε ο Τζέημς Γουίβερ, συν συγγραφέας της μελέτης.

Πηγή: Naftemporiki.gr