De elektriciteit voor de verlichting in dit theater
werd slechts enkele ogenblikken geleden gegenereerd.
Omdat met de huidige stand van zaken
de vraag naar elektriciteit voortdurend in balans moet zijn
met de elektriciteitsopwekking.
Als toen ik het podium opliep
er een aantal megawatt windenergie
niet op het net zou zijn geraakt,
dan moest dat onmiddellijk worden gecompenseerd
door andere generatoren.
Maar kolencentrales en kerncentrales
kunnen niet snel genoeg reageren.
Een gigantische batterij zou dat wel kunnen.
Met een grote batterij
konden we de onderbrekingen aanpakken
die wind- en zonne-energie beletten
om op dezelfde manier aan het net te leveren
als kolen-, olie- en kerncentrales.
Een batterij
zou dit mogelijk maken.
Daardoor zouden we gebruik kunnen maken van zonne-energie
ook als de zon niet schijnt.
Dat verandert het hele plaatje.
Want dan kan duurzame energie
als wind- en zonne-energie,
in plaats van een bijrol,
de hoofdrol gaan spelen.
Vandaag ga ik het hebben over een dergelijk apparaat.
Het heet de vloeibaar-metaalbatterij.
Het is een nieuwe vorm van energieopslag
die ik aan het MIT heb ontwikkeld
samen met een team van mijn studenten
en postdoctoralen.
Het thema van de TED-conferentie van dit jaar is Full Spectrum (Gehele Spectrum).
De Oxford English Dictionary definieert spectrum
Als ‘Het volledige gamma van golflengten
van elektromagnetische straling,
van de langste radiogolven tot de kortste gammastralen
waarvan de reeks van zichtbaar licht
slechts een klein deel uitmaakt.’
Ik kom hier vandaag niet alleen vertellen
hoe mijn team bij MIT uit de natuur
een oplossing voor een van de grote problemen in de wereld heeft gehaald.
Ik ga het hele spectrum doorlopen en je vertellen
hoe we bij de ontwikkeling van
deze nieuwe technologie
nogal wat verrassende ketterijen ontdekten
die kunnen dienen als lessen voor innovatie,
als te verspreiden ideeën.
Weet je,
als we dit land uit zijn huidige situatie op energiegebied willen halen,
gaat dat niet door alleen te besparen;
niet door alleen maar te boren,
of te blijven bombarderen.
We gaan het op de ouderwetse Amerikaanse manier doen:
door nieuwe manieren te bedenken,
door samen te werken.
(Applaus)
Ik begin.
De batterij werd ongeveer 200 jaar geleden uitgevonden
door een professor, Alessandro Volta,
aan de Universiteit van Padua in Italië.
Zijn uitvinding was de start van een heel nieuw wetenschapsgebied,
de elektrochemie,
en nieuwe technologieën
zoals het galvaniseren.
Misschien was
Volta's uitvinding van de batterij
ook wel de eerste keer
dat het nut van een professor werd aangetoond.
(Gelach)
Vóór Volta kon niemand zich voorstellen
dat een professor van enig nut zou kunnen zijn.
Hier is de eerste batterij -
een stapel munten van zilver en zink,
gescheiden door gepekeld nat karton.
Dit is het uitgangspunt
voor het ontwerpen van een batterij -
twee elektroden,
in dit geval metalen van verschillende samenstelling,
en een elektrolyt,
in dit geval zout opgelost in water.
Zo eenvoudig is de wetenschap ervan.
Toegegeven, ik heb wel een paar details weggelaten.
Nu heb ik jullie geleerd
dat de wetenschap van een batterij simpel is
en de behoefte aan elektriciteitsopslag
dringend,
maar feitelijk
is er tegenwoordig gewoon geen batterijtechnologie
die kan voldoen aan
de enorme prestatie-eisen van het net:
namelijk ongewoon hoog vermogen,
lange levensduur
en superlage kosten.
We moeten anders gaan denken over het probleem.
We moeten groot denken,
we moeten goedkoop denken.
Laten we afstappen van het paradigma
van het zoeken naar de coolste chemie
en daarna de kosten proberen te drukken
door massaproductie.
Laten we in plaats daarvan gaan uitvinden
met de prijzen van de elektriciteitsmarkt in het achterhoofd.
Dat betekent
dat bepaalde delen van het periodiek systeem
al op voorhand uitgesloten zijn.
Deze batterij moet worden gemaakt
met op aarde overvloedig voorkomende elementen.
Ik zeg: als je iets spotgoedkoop wil maken,
maak het dan van rommel -
(Gelach)
bij voorkeur rommel
die je niet ver moet gaan zoeken.
We moeten dat ding kunnen bouwen
met eenvoudige fabricagetechnieken en fabrieken
die ons geen fortuin kosten.
Zo'n zes jaar geleden
begon ik over dit probleem na te denken.
Om nieuwe perspectieven te openen,
zocht ik inspiratie buiten het gebied van opslag van elektriciteit.
Sterker nog, ik keek naar een technologie
die elektriciteit opslaat noch voortbrengt,
maar die elektriciteit verbruikt,
in grote hoeveelheden.
Ik heb het over de productie van aluminium.
Het proces werd uitgevonden in 1886
door een paar 22-jarigen -
Hall in de Verenigde Staten en Heroult in Frankrijk.
Slechts een paar jaar na hun ontdekking
veranderde aluminium
van een edelmetaal zo duur als zilver
in een alledaags constructiemateriaal.
Je kijkt naar de productiehal van een moderne aluminiumsmelterij.
Ze is ongeveer 50 meter breed
en ongeveer een 800 meter lang -
Rij na rij van cellen
die van binnen lijken op de batterij van Volta,
maar met drie belangrijke verschillen:
De batterij van Volta werkt bij kamertemperatuur.
Ze had vaste elektroden
en een oplossing van zout in water als elektrolyt.
De Hall-Heroultcel
werkt bij hoge temperatuur,
een temperatuur hoog genoeg
om het aluminium vloeibaar te houden.
Dat elektrolyt
is geen oplossing van zout en water,
maar een gesmolten zout.
Het is deze combinatie van vloeibaar metaal,
gesmolten zout en hoge temperatuur
die ons toelaat een sterke stroom door dit ding te sturen.
Vandaag produceren we uit erts zuiver aluminium
tegen een kostprijs van minder dan 80 eurocent per kilogram.
Dat is het economische wonder
van de moderne electrometallurgie.
Dat trok mijn aandacht.
Ik werd geobsedeerd door het idee om een batterij uit te vinden
die deze gigantische schaalvoordelen ten nutte kon maken.
Dat deed ik ook.
Ik maakte een batterij met alleen maar vloeistoffen -
vloeibare metalen voor beide elektroden
en een gesmolten zout als elektrolyt.
Ik toon jullie hoe.
Een vloeibaar metaal
van lage dichtheid bovenaan,
een vloeibaar metaal van hoge dichtheid onderaan
en ertussen gesmolten zout.
Welke metalen
koos ik?
Het ontwerpen
begint voor mij altijd hier,
bij het periodiek systeem,
bedacht door weer een andere professor,
Dmitri Mendelejev.
Alles wat we kennen
is gemaakt van een combinatie
van wat je hier ziet afgebeeld.
Onze eigen lichamen niet uitgezonderd.
Ik herinner me de dag nog
toen ik op zoek was naar een paar metalen
die zouden voldoen aan de vereisten
van voorkomen op de aarde,
verschillende dichtheden en
hoge onderlinge reactiviteit.
Ik herinner me nog de opwinding
toen ik wist dat ik het antwoord had gevonden.
Magnesium voor de toplaag.
En antimoon
voor de onderste laag.
Een van de grootste voordelen
van een hoogleraarschap:
kleurkrijt.
(Gelach)
Om stroom te produceren,
verliest een magnesiumatoom twee elektronen
om een magnesiumion te worden,
dat dan door het elektrolyt migreert,
twee elektronen onttrekt aan het antimoon,
en er dan een legering mee vormt.
De elektronen gaan
in de buitenwereld arbeid verrichten
en onze toestellen voeden.
Om de batterij op te laden,
verbinden we ze met een bron van elektriciteit.
Bijvoorbeeld een windmolenpark.
We keren de stroom om.
Dit dwingt het magnesium uit de legering
en doet het teruggaan naar de bovenste elektrode,
om zo de originele opbouw van de batterij te herstellen.
De stroom die tussen de elektroden loopt
levert voldoende warmte om alles op temperatuur te houden.
Het is wel cool,
in theorie dan toch.
Maar werkt het echt?
Wat nu te doen?
We gaan naar het laboratorium.
Werf ik nu doorgewinterde professionals aan?
Nee, ik werf een student aan
en begeleid hem,
leer hem na te denken over het probleem,
om het te zien vanuit mijn perspectief
en laat hem erop los.
Dit is die student, David Bradwell,
die zich op deze foto
lijkt af te vragen of dit ding ooit zal werken.
Wat ik David toen niet vertelde
was dat ik zelf niet wist of het zou werken.
Maar David is jong en slim,
hij wil zijn graad halen
en begint er maar aan.
(Gelach)
Hij bouwt vervolgens
de eerste vloeibaar-metaalbatterij
op basis van deze chemie.
Voor de eerste veelbelovende resultaten van David,
welke werden betaald
met startkapitaal aan het MIT,
kon ik een grote financiering voor het onderzoek
uit de particuliere sector
en de federale overheid aantrekken.
Daardoor kon ik mijn groep uitbreiden tot 20 personen,
een mix van master-studenten, post-docs
en zelfs een aantal bachelor-studenten.
Ik kon zeer goede mensen aantrekken,
mensen die mijn passie
voor wetenschap en dienst aan de samenleving delen,
geen carrièrejagers.
Als je deze mensen vraagt
waarom ze werken aan vloeibaar-metaalbatterijen,
dan gaat hun antwoord terug
naar de opmerkingen van president Kennedy
aan de Rice University in 1962
toen hij zei - en ik permitteer me hier wat vrijheden -
"We werken aan opslag op netniveau,
niet omdat het gemakkelijk is,
maar omdat het moeilijk is."
(Applaus)
Dit is de ontwikkeling van de vloeibaar-metaalbatterij.
We beginnen hier met ons werkpaard: de cel van één watt-uur.
Ik noemde ze het ‘borrelglas’.
We hebben er nu al meer dan 400 van laten werken,
hun prestaties geperfectioneerd met allerlei chemie -
niet alleen met magnesium en antimoon.
Ondertussen zijn we opgeschaald naar de 20 watt-uur cel.
Die noem ik de ‘hockeypuck’.
We kregen dezelfde opmerkelijke resultaten.
Toen kwam het ‘schotel’.
Die geeft 200 watt-uur.
De technologie bewijst zichzelf
als robuust en schaalbaar.
Maar het tempo lag voor ons wat te laag.
Daarom hebben David en ik
anderhalf jaar geleden
samen met ander onderzoekerlid
een vennootschap opgericht
om het wat sneller te laten vooruitgaan
en om dit product in productie te brengen.
Vandaag bouwen we bij LMBC
aan cellen met een diameter van 40 centimeter
en een capaciteit van één kilowattuur -
1000 keer het vermogen
van deze eerste borrelglascel.
Deze noemen we de ‘pizza’.
We kijken al uit naar een cel van vier kilowatt-uur.
Die gaat een diameter van 90 centimeter hebben.
We noemen ze de ‘bistrotafel’,
maar ze is nog niet klaar om ze in prime-time te bekijken.
Een variant op de techniek
is het stapelen van bistrotafels tot modules
en deze modules dan samen te voegen tot één gigantische batterij
die past in een container van 12 meter,
om ze waar gewenst te kunnen toepassen.
Die zou een nominale capaciteit van twee megawatt-uur hebben -
twee miljoen watt-uur.
Dat is genoeg energie voor
de dagelijkse elektrische behoeften
van 200 Amerikaanse huishoudens.
Dus voilà: opslag op netniveau.
Stil, emissievrij,
geen bewegende delen,
op afstand bediend,
prijstechnisch ontworpen voor zijn markt,
zonder subsidie.
Wat leert ons dit alles?
(Applaus)
Wat leert ons dit alles?
Laat ik met jullie enkele verrassingen,
enkele ketterijen delen.
Ze springen niet direct in het oog.
Temperatuur:
doorgaans streeft men ernaar die laag te houden,
dicht bij kamertemperatuur,
met een controlesysteem om haar constant te houden.
Voorkom oververhitting.
De vloeibaar-metaalbatterij is ontworpen voor gebruik bij hoge temperatuur
met een minimum aan regeling.
Onze batterij kan omgaan met de zeer hoge temperatuurstijgingen
van stroompieken.
Schaal: doorgaans streeft men
naar lagere kosten door massaproductie.
De vloeibaar-metaalbatterij is ontworpen om de kosten te verlagen
door het produceren van minder, maar grotere eenheden.
Tot slot, human resources:
de conventionele wijsheid zegt:
werf batterijdeskundigen aan,
ervaren professionals,
die kunnen putten uit hun ruime ervaring en kennis.
Om de vloeibaar-metaalbatterij te ontwikkelen,
huurde ik studenten en post-docs in en begeleidde ze.
In een batterij
streef ik ernaar om de elektrische potentiaal te maximaliseren;
als mentor streef ik ernaar
om het menselijk potentieel te maximaliseren.
Zo zie je maar,
dat het verhaal van de vloeibaar-metaalbatterij
meer is dan een verslag
van het uitvinden van een technologie;
het is een blauwdruk
voor het uitvinden van uitvinders: het volledige spectrum.
(Applaus)