Ennek a színháznak a lámpáit tápláló áramot
csak néhány pillanattal ezelőtt állították elő.
Azért, mert a dolgok mai állása szerint
az áramszükségletnek állandó egyensúlyban kell lennie
az áramellátással.
Ha az alatt az idő alatt, amíg felsétáltam a színpadra
tizenakárhány megawattnyi szélerőmű
abbahagyná az áramtermelést,
a különbséget a többi generátornak kellene
azonnal pótólnia.
Azonban a szén- és atomerőművek
nem képesek elég hamar reagálni.
Egy hatalmas tároló akkumulátor tudna.
Egy hatalmas akkumulátorral
megoldhatnánk az ideiglenesség azon problémáját,
amely megakadályozza, hogy a szél és a Nap
ugyanúgy hozzájáruljon a energia hálózathoz,
mint napjainkban a szén, gáz és atomenergia.
Nos tudják, az akkumulátor
itt a lehetőség kulcsa.
Mert általa akkor is felhasználhatánk a Nap energiáját
amikor az nem süt.
És ez mindent megváltoztat.
Mert ezáltal a megújuló energiák
mint a szél- és napenergia,
előlépnének a háttérből
és a figyelem középpontjába kerülnének.
Ma egy ilyen eszközről szeretnék mesélni.
Úgy hívják, hogy folyékony-fém akkumulátor.
Ez az energiatárolás egy olyan új formája,
amit az MIT-n találtam fel
diákjaim és doktoranduszaim
segítségével.
Nos, az idei TED konferencia témája a Teljes Spektrum.
Az Oxford szótár definíciója szerint a spektrum
"Az elektromágneses sugárzás
hullámhosszának teljes terjedelme
a leghosszabb rádióhullámtól a legrövidebb gammasugárzásig
melyből a látható fény tartománya
csak egy kis rész."
Nem csak azért vagyok ma itt, hogy elmondjam
hogy az MIT-n hogyan sajtoltunk ki a természetből
egy megoldást a világ egyik nagy problémájára.
A teljes spektrumot szeretném bemutatni, és elmondani, hogy
ennek az új technológiának
a fejlesztésében
lelepleztünk néhány meglepő unortodoxiát
amely az innováció leckéjeként szolgálhat
terjesztésre érdemes gondolatként.
Tudják,
ha szeretnénk kijuttatni ezt az országot a jelen energiaválságból,
nem elég, ha megőrizzük az utunkat
nem elég, ha kifúrjuk az utunkat
nem robbanthatjuk ki az utunkat.
A régimódi amerikai módon fogjuk ezt megtenni
fel fogjuk találni azt az utat, hogy
hogyan tudunk együtt dolgozni.
(Taps)
Tehát akkor lássunk neki.
Az akkumulátort körülbelül 200 éve találta fel
egy Alessandro Volta nevű professzor
a Padovai Egyetemen, Itáliában.
Találmánya által egy új tudományterület született
az elektrokémia
és új technológiák,
mint például a galvanizálás.
Talán elkerülte a figyelmet, hogy
Volta találmánya, az akkumulátor
első alkalommal bizonyította
egy professzor hasznosságát.
(Nevetés)
Egészen Volta-ig senki se tudta elképzelni,
hogy egy professzornak lehet valami haszna is.
Itt látható az első akkumulátor
egy halom pénzérme, cink és ezüst
kartonnal elválasztva, tengervízben áztatva.
Ez a kiindulópont
az akkumulátor tervezésében -
két elektróda
ez esetben különféle anyagú fémek
és az elektrolit
ez esetben a vízben feloldott só.
Ennyire egyszerű a tudomány.
Kétségkívül kihagytam néhány részletet.
Most azt tanítottam önöknek,
hogy az akkumulátor-tudomány egyszerű
és a hálózati szintű tárolóegység
iránti igény sürgető,
de a valóság az,
hogy ma nem létezik olyan akkumulátor-technológia,
amely képes lenne
megfelelni a hálózat sürgető teljesítmény igényének,
konkrétan a rendkívüli magas teljesítménynek
hosszú üzemidővel
és szuperalacsony költséggel.
Másképp kell megközelítenünk a problémát.
Nagyban kell gondolkodnunk
és olcsóban kell gondolkodnunk.
Tehát vessük el azt a paradigmát,
hogy megkeressük a legtutibb kémiát
és remélhetőleg lenyomjuk az költség görbét azáltal,
hogy sok-sok terméket gyártunk.
Inkább a villamosenergia-piac
versenyképes árához igazodva találjunk fel.
Ez azt jelenti,
hogy a periódusos rendszer bizonyos részei
evidens módon ki vannak zárva.
Ezt az akkumulátort a Földön
bőségesen előforduló elemekből kell létrehozni.
Azt mondom, ha valami piszok olcsó dolgot szeretnél csinálni
csináld piszokból -
(Nevetés)
lehetőleg olyan piszokból
amelyik helyben megtalálható.
Úgy kell tudnunk felépíteni ezt a dolgot,
hogy egyszerű gyártási technológiát és gyárakat használunk,
melyek nem kerülnek egy vagyonba.
Hat évvel ezelőtt
kezdtem gondolkodni ezen a problémán.
Azért, hogy friss látásmódot alkalmazzak
a villamosenergia tárolásának területén kívüli ötletet kerestem.
Valójában olyan technológiát kerestem,
amely se nem tárol, se nem termel elektromos áramot,
viszont áramot fogyaszt
abból is nagy mennyiséget.
Az alumínium gyártásáról beszélek.
Az eljárást 1886-ban találta fel
két 22 éves:
Hall az Egyesült Államokban és Heroult Franciaországban.
Csak néhány rövid évvel a felfedezésük után
az alumínium
az ezüst értékével egyenlő értékes fémből
egy gyakori szerkezeti elemmé vált.
Itt egy modern alumíniumkohó cellaházát láthatják.
Körülbelül 15 méter széles
és 800 méter hosszú
cellák hosszú sora, amelyek
belülről nagyon hasonlítanak Volta akkumulátorára
három fontos különbséget leszámítva.
Volta akkumulátora szobahőmérsékleten működik.
szilárd elektródákkal vannak ellátva
és az elektrolit só és víz oldata.
A Hall-Herout cella
magas hőmérsékleten működik
elég magas hőmérsékleten ahhoz,
hogy az alumínium folyékony legyen.
Az elektrolit
nem só és víz oldata,
hanem inkább só, amelyet megolvasztottak.
A folyékony fém, az olvasztott só
és magas hőmérséklet keveréke az,
amely lehetővé teszi, hogy magas áramot küldjünk keresztül.
Ma elő tudunk állítani ércből tiszta fémet
kilónként kevesebb, mint egy dollárért.
Ez a modern elektrometallurgia
gazdasági csodája.
Ez az, amely felkeltette és fenntartotta a figyelmemet
és megszállottja lettem olyan akkumulátor feltalálásának,
amely megtartja ezt az óriási méretgazdaságosságot.
És feltaláltam.
Folyékony akkumulátort készítettem
mindkét elektródát folyékony fémekből
az elektrolitot pedig olvasztott sóból.
Mindjárt megmutatom hogyan.
Alacsony sűrűségű
folyékony fémet tettem felülre,
nagy sűrűségű folyékony fémet tettem alulra
és olvasztott sót közéjük.
Tehát akkor
hogyan válasszuk ki a fémeket?
Számomra a tervezési feladat
mindig itt kezdődik
a periódusos rendszerrel,
melyet egy másik professzor nyilatkoztatott ki,
Dimitrij Mengyelejev.
Minden, amit tudunk
azoknak a kombinációja,
amelyet itt leírva láthatunk.
Beleértve a mi testünket is.
Felidézem azt a napot,
amikor kerestem azt a fémpárost,
amely megfelel ezeknek a követelményeknek:
a Földön gyakori az előfordulása
különböző, ellentétes sűrűségűek
és magas az egymással való reakcióképességük.
Éreztem a megvalósítás okozta izgalmat
amikor tudtam, hogy rá fogok jönni a válaszra.
Magnézium a felső rétegben.
És antimon
az alsó rétegben.
El kell mondanom önöknek,
hogy egyik legnagyobb előnye annak, hogy professzor vagyok,
az a színes kréta.
(Nevetés)
Tehát hogy áramot állítsunk elő
a magnézium elveszít két elektront,
hogy magnézium ionná válhasson,
melyek az elektroliton keresztül vándorolnak
és két elektront vesz fel az antimontól
majd ötvözetté alakul vele.
Az elektronok munkába állnak
itt kinn, a való világban,
hogy árammal lássák el az eszközeinket.
Ahhoz, hogy feltöltsük az akkumulátort
csatlakoztatunk egy áramforrást.
Olyasvalamit, mint mondjuk egy szélerőműpark.
Majd visszafordítjuk az áramot.
Ez arra kényszeríti a magnéziumot, hogy kilépjen az ötvözetből
és visszatérjen a felső elektródába,
helyreállítva az akkumulátor kiindulási állapotát.
Az áram, amely az elektródák között halad
elég hőt termel ahhoz, hogy megfelelő hőmérsékleten tartsa.
Ez nagyon klassz,
elméletben legalábbis.
De működik ez valójában?
Mi a következő lépés?
Bemegyünk a laboratóriumba.
Vegyek fel határozott időre egy szakértőt?
Nem, felveszek egy hallgatót
és mentorálom őt
megtanítom arra, hogyan gondolkodjon a problémáról,
hogy az én nézőpontomból lássa
majd szabadon engedem őt.
Ő az a hallgató, David Bradwell,
aki ezen a képen
úgy tűnik azon töpreng, hogy fog-e ez valaha is működni.
Amit nem mondtam el Davidnek akkor,
hogy én magam sem voltam meggyőződve, hogy működni fog.
De David fiatal és okos
és PhD-t szeretne szerezni
és elkezdi építeni...
(Nevetés)
Elkezdi építeni
a kémia valaha volt első
folyékony fémből készült akkumulátorát.
David kezdeti, ígéretesnek tűnő eredményeire alapozva,
melyet kezdeti befektetésként
az MIT finanszírozott,
sikerült jelentős kutatási alapot megszereznem
a magánszektortól
és a szövetségi kormánytól.
Ez lehetővé tette számomra, hogy húszfősre bővítsem a csapatomat,
diplomásokkal, posztdoktorokkal
sőt, még egyetemi hallgatókkal is.
Sikerült igazán jó embereket összegyűjteni,
olyanokat, akik osztoznak a szenvedélyemben,
tudomány és szolgálat a társadalomért,
nem pedig tudomány és szolgálat a karrierépítésért.
Ha megkérdezik az embereket,
hogy miért dolgoznak a folyékony fémből készült akkumulátoron,
a válaszuk visszaidézi
Kennedy elnök megjegyzését,
1962-ben a Rice Egyetemen,
amikor azt monda - és most szabadon idézem -
"Nem azért választottuk, hogy az áramhálózati szintű tárolón dolgozzunk
mert könnyű,
hanem mert nehéz."
(Taps)
Tehát így fejlődött ki a folyékony fém akkumulátor.
Itt kezdtük, az igáslovunkkal, az egy wattórás cellával.
Úgy hívom, hogy feles pohár.
Több mint négyszáz ilyet működtettünk,
a teljesítményüket a kémiai sokféleséggel tökéletesítettük -
nem csak magnéziummal és antimonnal.
Menet közben 20 wattórásra növeltük.
Ezt hokikorongnak hívom.
Ugyanazokat a figyelemre méltó eredményeket kaptuk.
Aztán a csészealj következett.
Ez 200 wattórás teljesítményű.
A technológia igazolta magát,
hogy masszív és bővithető.
De az iram nem volt elég gyors számunkra.
Így másfél évvel ezelőtt,
David és én
egy másik kutatótárssal együtt
létrehoztunk egy vállalatot,
hogy felgyorsítsuk a fejlődés ütemét
és a termék gyártásáért folytatott versenyt.
Így ma az LMBC-ben
negyven centiméter átmérőjű cellákat építünk
melyek kapacitása egy kilowattóra -
ezerszer nagyobb kapacitású,
mint a kezdeti feles pohárnyi cella.
Pizzának nevezzük ezt.
Ezután van egy négy kilowattórás cella készülőben.
Ez 90 centiméter átmérőjű lesz.
Ezt bisztróasztalnak nevezzük,
de még nincs kész a bemutatásra.
A technológia egy változata szerint
összerakjuk ezeket a bisztróasztalokat modulokká,
hogy egy óriási akkumulátorrá alakítsuk a modulokat
amely belefér egy 12 méteres konténerbe,
hogy terepen helyezzük el.
Ennek a névleges teljesítménye két megawattóra -
kétmillió wattóra.
Ez már elegendő energia ahhoz,
hogy kétszáz amerikai háztartás
napi energiaigényét ellássa.
Tehát itt van a az áramhálózati szintű akkumulátor:
csendes, nincs káros kibocsátása,
nincsenek mozgó alkatrészek,
távolról irányítható,
versenyképes piaci árra tervezve,
állami támogatás nélkül.
Tehát mit tanultunk mindebből?
(Taps)
Tehát mit tanultunk mindebből?
Hadd osszak meg önökkel
néhány meglepetést, az unortodoxiákat.
Ezek a látható dolgok mögött helyezkednek el.
Hőmérséklet:
Az általános igazság szerint alacsonyra kell állítani
szobahőmérsékletre, vagy a körülire
majd építsünk be egy ellenőrző rendszert, hogy tartsuk ezt.
Kerüljük el a hőmérséklet elszabadulását.
A folyékony fém akkumulátort magas hőmérsékleten való működésre terveztük
minimális szabályozással.
Az akkumulátorunk kezelni tudja a magas hőmérséklet-emelkedéseket
amely az áram hullámzásából fakad.
Méretezés: Az általános igazság azt mondja,
hogy az árat nagy termeléssel csökkentsük.
A folyékony fém akkumulátor úgy csökkenti a költséget,
hogy kevesebbet, de nagyobbakat fogunk előállítani.
Végül az emberi erőforrás:
Az általános igazság szerint
alkalmazz akkumulátor specialistákat
tapasztalt profikat,
akik óriási tapasztalattal és tudással rendelkeznek.
Ahhoz, hogy kifejlesszük a folyékony fém akkumulátort,
egyetemi hallgatókat és posztdoktorokat vettem fel és mentoráltam őket.
Egy akkumulátorban
igyekszem maximalizálni az elektromos potenciált;
amikor mentorálok,
igyekszem maximalizálni az emberi potenciált.
Láthatják,
hogy a folyékony fém akkumulátor története
több, mint egy feltalált
technológia beszámolója,
hanem annak a vázlata,
hogyan találjunk fel feltalálókat a teljes spektrumon.
(Taps)