החשמל שמספק כוח לתאורה באולם הזה
הופק לפני רגעים ספורים בלבד.
מפני שבמצב העניינים היום,
הביקוש לחשמל צריך להימצא בשיווי משקל קבוע
מול אספקת החשמל.
אם בזמן שנדרש לי לצאת אל הבמה,
כמה עשרות מגה-ווט של אנרגיית רוח
היו מפסיקים לזרום לרשת החשמל,
היה צורך לפצות מיד על ההפרש
ממחוללים אחרים.
אבל תחנות כוח פחמיות, גרעיניות
לא היו יכולות להגיב מספיק מהר.
ואילו מצבר ענק - כן.
בעזרת מצבר ענק
היינו מסוגלים לטפל בבעיית החוסרים הזמניים
שמונעים מאנרגיית הרוח והשמש
לתרום את חלקם לרשת
בדומה לפחם, גז וגרעין.
המצבר
היא התקן המפתח כאן.
בעזרתו נוכל להפיק חשמל מהשמש
אפילו כשהשמש לא זורחת.
וזה משנה הכל.
מפני שמקורות האנרגיה המתחדשים
כמו הרוח והשמש
עוברים אז מהשוליים
ואל מרכז הבמה.
היום ברצוני לספר לכם על התקן כזה.
הוא נקרא מצבר מתכת נוזלית.
זו צורת חדשה של אגירת אנרגיה
שהמצאתי בטכניון של מסצ'וסטס
יחד עם צוות סטודנטים שלי
ושל בוגרים.
הנושא של TED השנה הוא "ספקטרום מלא".
מילון אוקספורד מגדיר את הספקטרום כך:
כל טווח אורכי הגל
של קרינה אלקטרומגנטית,
מגלי הרדיו הארוכים ביותר ועד קרני הגמא הקצרות ביותר
כאשר תחום האור הנראה לעין
תופס בו רק חלק קטן."
אז לא באתי לכאן רק כדי לספר לכם
איך הצוות שלי באם-איי-טי הפיק מהטבע
פתרון לאחת הבעיות הגדולות בעולם.
אלא גם ללכת על כל הספקטרום ולספר לכם איך,
בתהליך הפיתוח
של הטכנולוגיה החדשה הזו,
חשפנו כמה כפירות-בעיקר מפתיעות
שיכולות לשמש כלקחים בתחום החדשנות,
רעיונות שראוי להפיץ.
ואתם יודעים,
אם בדעתנו להוציא את המדינה הזו ממשבר האנרגיה הנוכחי שלה,
לא נוכל להשיג זאת באמצעים שמרניים בלבד;
לא נוכל סתם להמשיך בקידוחים;
לא נוכל להשיג זאת רק ע"י פיצוצים.
אנו נעשה את זה בדרך האמריקאית המסורתית,
כלומר בעזרת המצאות,
ובעבודה משותפת.
(מחיאות כפיים)
וכעת הבה נתחיל.
הסוללה הומצאה בערך לפני 200 שנה
על ידי פרופסור אלסנדרו וולטה,
באוניברסיטת פדואה שבאיטליה.
המצאתו הולידה תחום מדעי חדש,
האלקטרוכימיה,
וטכנולוגיות חדשות
כמו הציפוי באלקטרוליזה.
עניין שאולי לא זכה להתייחסות,
הוא שהמצאת הסוללה ע"י וולטה
לראשונה גם
המחישה את התועלת שיש בפרופסורים.
(צחוק)
לפני וולטה איש לא היה יכול לדמיין
פרופסור שיש לו איזה שימוש.
הנה הסוללה הראשונה --
ערימה של מטבעות, אבץ וכסף,
מופרדות בקרטון ספוג במי-מלח.
זו נקודת ההתחלה
בתכנון סוללה --
שתי אלקטרודות,
במקרה זה, מתכות בהרכבים שונים,
ואלקטרוליט,
במקרה זה, מלח מומס במים.
עד כדי כך הצד המדעי הוא פשוט.
למען האמת, השמטתי כמה פרטים.
עכשיו לימדתי אתכם
שמדע הסוללות הוא פשוט
ושהצורך באגירת אנרגיה ברמת הרשת
הוא חיוני,
אבל העובדה היא
שכיום פשוט אין טכנולוגיית סוללות
שמסוגלת לעמוד
בדרישות הביצועים של הרשת --
בעיקר במתח גבוה ביותר,
זמן שירות ארוך
ועלות נמוכה מאד.
אנחנו צריכים לחשוב אחרת על הבעיה.
עלינו לחשוב בגדול,
עלינו לחשוב בזול.
אז בואו ננטוש את הפרדיגמה
של חיפוש הכימיה הכי מגניבה
בתקווה שנצליח להוריד את עקומת העלות
בכך שפשוט נייצר המון מוצרים.
אלא הבה נמציא המצאות
בהתאם למחירי שוק החשמל.
וזה אומר
שחלקים מסוימים בטבלת היסודות
נותרים בבירור מחוץ לתחום.
את המצבר הזה צריך לייצר
מחומרים שיש בכדור הארץ בשפע.
ואני אומר שאם רוצים לייצר משהו זול כמו עפר,
תייצרו אותו מעפר --
(צחוק)
רצוי עפר
ממקור מקומי.
ועלינו להיות מסוגלים לבנות את הדבר הזה
בתהליכי ומתקני ייצור פשוטים
שלא עולים הון.
אז לפני כשש שנים,
התחלתי לחשוב על הבעיה הזאת.
וכדי לאמץ נקודת מבט רעננה,
חיפשתי השראה מחוץ לתחום אגירת החשמל.
למעשה, בחנתי טכנולוגיה
שלא אוגרת וגם לא מייצרת חשמל,
אלא צורכת חשמל,
כמויות חשמל אדירות.
אני מדבר על ייצור אלומיניום.
התהליך הומצא ב-1886
על ידי שני בני 22 --
האל בארה"ב והירו בצרפת.
ורק כמה שנים אחרי תגליתם,
האלומיניום הפך
ממתכת יקרה שעולה כמו כסף
לחומר בניה נפוץ.
אתם מביטים בבניין מודרני של כור תאי היתוך אלומיניום.
רוחבו הוא כ-16 מטר
והוא נמשך לאורך של כ 800 מטר --
שורה אחרי שורה של תאים
שמזכירים מבפנים את הסוללה של וולטה,
עם שלושה הבדלים חשובים.
הסוללה של וולטה עובדת בטמפרטורת החדר.
היא מלאה באלקטרודות מוצקות
ובאלקטרוליט שהוא תמיסה של מלח ומים.
התא של האל-הירו
פועל בטמפרטורות גבוהות,
טמפרטורה גבוהה מספיק
להפוך את תוצר האלומינייום לנוזלי.
האלקטרוליט
הוא לא תמיסה של מלח ומים,
אלא מלח מותך.
תערובת זו של מתכת מותכת,
מלח מותך וטמפרטורות גבוהות
היא שמאפשרת לנו להעביר זרם גבוה דרך הדבר הזה.
היום אנחנו יכולים ליצור מתכת טהורה מעפרה
בעלות של פחות מ-50 סנט לקילו.
זה הנס הכלכלי
של המטלורגיה החשמלית המודרנית.
זה מה שמשך ולכד את תשומת לבי
עד כדי כך שנעשיתי כפייתי בנוגע להמצאת מצבר
שיכול להיות כלכלי בקנה-מידה עצום כזה
וכך עשיתי.
יצרתי את המצבר הנוזלי כולו --
מתכת נוזלית לשתי האלקטרודות
ומלח מותך כאלקטרוליט.
אראה לכם איך.
שמתי למעלה
מתכת נוזלית בצפיפות נמוכה,
מתכת נוזלית בצפיפות גבוהה בתחתית,
וביניהן מלח מותך.
כעת השאלה היא,
איך לבחור את המתכות?
עבורי, התרגיל התכנוני
תמיד מתחיל כאן
בטבלת היסודות,
שנוצרה על ידי פרופסור אחר
בשם דימיטרי מנדלייב.
כל מה שאנחנו מכירים
מורכב מצירוף כלשהו
של מה שמתואר כאן.
וזה כולל את הגוף שלנו.
אני זוכר את הרגע המדויק כשיום אחד
חיפשתי זוג מתכות
שיעמדו בדרישות
של הימצאות בשפע בכדור הארץ,
דחיסות שונה והפוכה
ותגובתיות הדדית גבוהה.
חשתי את הריגוש של ההבנה
כשידעתי שהגעתי לתשובה.
מגנזיום עבור השכבה העליונה.
ואנטימון
עבור השכבה התחתונה.
אתם יודעים, אני חייב להגיד לכם,
זה אחד היתרונות הגדולים של להיות פרופסור:
גיר צבעוני.
(צחוק)
אז כדי ליצור זרם,
המגנזיום מאבד שני אלקטרונים
והופך ליון של מגנזיום,
שעובר דרך האלקטרוליט,
מקבל שני אלקטרונים מהאנטימון
ואז מתערבב איתו ויוצר סגסוגת.
האלקטרונים מתחילים לעבוד
בעולם האמיתי, כאן בחוץ,
ומפעילים את המכשירים שלנו.
עכשיו, כדי לטעון את המצבר,
אנחנו מחברים מקור חשמל.
זה יכול להיות משהו כמו חוות רוח.
ואז אנחנו הופכים את כיוון הזרם.
וזה מאלץ את המגנזיום להשתחרר מהסגסוגת
לחזור לאלקטרודה העליונה,
מה שמשחזר את מצבו המקורי של המצבר.
והזרם שעובר בין האלקטרודות
יוצר מספיק חום כדי לשמור על הטמפרטורה.
זה די מגניב,
לפחות בתאוריה.
אבל האם זה באמת עובד?
אז מה עושים עכשיו?
עכשיו נכנסים למעבדה.
האם אני שוכר מומחים מנוסים?
לא, אני שוכר סטודנט
וחונך אותו,
מלמד אותו איך לחשוב על הבעיה,
לראות אותה מנקודת המבט שלי
ואז משחרר אותו.
זהו הסטודנט: דייויד בראדוול,
שבתמונה הזו,
נראה כתוהה אם זה אי-פעם יעבוד.
מה שלא אמרתי לדייויד בזמנו
זה שאני עצמי לא בטוח שזה יעבוד.
אבל דייויד צעיר וחכם
והוא רוצה תואר דוקטור,
והוא ממשיך לבנות --
(צחוק)
הוא ממשיך לבנות
את מצבר המתכת הנוזלית הראשון אי-פעם
עם הכימיה הזאת.
ועל יסוד התוצאות הראשוניות המבטיחות של דייויד,
שמומנו
בכספי הזנק של אם-איי-טי,
הצלחתי להשיג מימון מחקרי גדול
מהמגזר הפרטי
ומהממשל הפדרלי.
וזה איפשר לי להרחיב את הצוות שלי ל-20 איש,
עירוב של סטודנטים לתואר שני, פוסט-דוקטורנטים
ואפילו סטודנטים לתואר ראשון.
והצלחתי למשוך אנשים ממש-ממש טובים,
אנשים ששותפים ללהט שלי
למדע ולשירות לחברה,
ולא למדע ולשירות לבניית קריירה.
ואם תשאלו את האנשים האלו
מדוע הם עובדים על מצבר מתכת נוזלית,
תשמעו בתשובתם הד
להערות הנשיא קנדי
באוניברסיטת רייס ב-1962
כשאמר-- בלשון חופשית--
"אנחנו בוחרים לעבוד על אחסון ברמת הרשת,
לא בגלל שזה קל,
אלא בגלל שזה קשה."
(מחיאות כפיים)
אז זו האבולוציה של מצבר המתכת הנוזלית.
התחלנו כאן עם סוס העבודה שלנו, תא של 1 וואט-שעה.
אני קורא לו הכוסית.
הפעלנו יותר מ-400 כאלה,
תוך שיפור הביצועים שלהם בעזרת כל מיני כימיות--
לא רק מגנזיום ואנטימון.
בדרך גדלנו לתא של 20 וואט-שעה.
אני קורא לו דיסקית ההוקי.
וקיבלנו את אותן תוצאות נפלאות.
ואז המשכנו לצלחת.
כאן זה 200 וואט-שעה.
הטכנולוגיה הוכיחה את עצמה
כאמינה וניתנת להגדלה.
אבל הקצב לא היה מהיר מספיק בשבילנו.
אז לפני שנה וחצי,
דייויד ואני,
יחד עם חבר-צוות נוסף,
הקמנו חברה
כדי להאיץ את קצב ההתקדמות
ואת המירוץ לייצר מוצר.
אז היום ב"תאגיד המצבר הנוזלי",
אנחנו בונים תאים בקוטר 40 ס"מ
בעלי קיבולת של 1 קילוואט-שעה--
פי 1,000 מהקיבולת
של תא הכוסית הראשון.
אנחנו קוראים לתא כזה "פיצה".
ובאופק יש לנו תא של 4 קילווואט-שעה.
הוא יהיה בקוטר 91 ס"מ.
אנחנו מכנים אותו "שולחן בר",
אך הוא עדיין לא מוכן לחשיפה בשעת צפיית-שיא.
וסוג אחד של הטכנולוגיה הזו
מאפשר לנו לערום את שולחנות הבר האלה זה על זה כמודולים,
ולחבר מודולים למצבר ענק
שנכנס למכולה של 12 מטר
ומיועד להצבה בשטח.
יש לה קיבולת מוצהרת של 2 מגה-וואט שעה--
שני מיליון וואט-שעה.
זו אנרגיה שמספיקה
כדי לעמוד בדרישה היומית
של 200 בתי אב אמריקאים.
אז הרי לכם אחסון ברמת הרשת:
שקט, נטול פליטות,
ללא חלקים נעים,
נשלט מרחוק,
מתוכנן לרמת המחירים בשוק
ללא סובסידיות.
ומה למדנו מכל זה?
(מחיאות כפיים)
מה למדנו מכל זה?
תנו לי לשתף אתכם
בכמה מההפתעות והכפירות במוסכמות.
הן נמצאות מעבר לתחום הנראה-לעין.
טמפרטורה:
ההגיון המקובל אומר לקבוע אותה נמוך,
סביב טמפרטורת החדר,
ואז להתקין מערכת בקרה כדי לשמור עליה.
למנוע בריחה תרמית.
מצבר מתכת נוזלית מתוכנן לעבוד בטמפרטורות גבוהות
עם ויסות מינימלי.
המצבר שלנו יכול לעמוד בעליות טמפרטורה גבוהות
שמקורן בנחשולי הזרם.
עליה בגודל: ההגיון המקובל אומר
להקטין עלויות ע"י ייצור כמויות.
מצברי מתכת נוזלית מתוכננים להפחית עלויות
ע"י ייצור של פחות מצברים, אך גדולים יותר.
ולבסוף, משאבי אנוש:
ההגיון המקובל אומר
לשכור מומחים למצברים,
אנשי מקצוע מנוסים,
שיכולים לשאוב מהנסיון והידע הרחב שלהם.
כדי לפתח מצברי מתכת נוזלית,
ואני שכרתי סטודנטים ובוגרים וחנכתי אותם.
במצבר,
אני שואף להגדיל את הפוטנציאל החשמלי;
כשאני מחנך,
אני שואף להגדיל את הפוטנציאל האנושי.
אז אתם רואים,
סיפור מצבר המתכת הנוזלית
הוא יותר מסיפור
העוסק בהמצאת טכנולוגיה,
אלא תוכנית
להמצאת ממציאים, תכנית לכל הספקטרום.
(מחיאות כפיים)