Prąd zasilający światła w tej sali
został wytworzony kilka chwil temu.
Obecna sytuacja
wymaga, by zapotrzebowanie na elektryczność
było w równowadze z dostępnymi zasobami.
Jeśli w czasie, który zajęło mi wejście na tę scenę.
kilkadziesiąt megawatów energii wiatrowej
przestałoby napływać do sieci,
różnicę trzeba by wyrównać natychmiast
z innych generatorów.
Jednak elektrownie węglowe i atomowe
nie mogą zareagować wystarczająco szybko.
Mógłby za to ogromny akumulator.
Mając do dyspozycji ogromny akumulator,
rozwiązalibyśmy problem braku ciągłości,
który sprawia, że energia wiatrowa i słoneczna
nie jest w stanie zasilać sieci
tak, jak obecnie węglowa, gazowa i atomowa.
Akumulator
to tutaj kluczowe urządzenie.
Mając go, moglibyśmy korzystać z energii słonecznej,
nawet w okresach, kiedy słońce nie świeci.
I to właśnie zmienia wszystko.
Ponieważ energia odnawialna,
jak wiatr i słońce,
trafia wtedy z łopat wirnika
tutaj do samego środka.
Chcę dziś opowiedzieć o takim urządzeniu.
To akumulator z płynnych metali.
Jest to nowy sposób magazynowania energii,
który opracowałem na MIT
wraz z zespołem studentów
i doktorantów.
Motywem przewodnim tegorocznej Konferencji TED jest Pełne Spektrum.
OED (Oxford English Dictionary) definiuje spektrum
jako "Całkowity zakres długości fal
promieniowania elektromagnetycznego,
od najdłuższych fal radiowych po najkrótsze promienie gamma,
w którym zakres światła widzialnego
jest tylko małą częścią".
Dziś opowiem więc nie tylko o tym,
jak mój zespół na MIT zaczerpnął z natury
rozwiązanie jednego z największych problemów ludzkości.
Chcę w pełnym zakresie przedstawić wam
jak w trakcie rozwijania
tej nowej technologii,
odkryliśmy zaskakująco nietypowe rozwiązania,
które teraz mogą służyć jako lekcje innowacji,
pomysły warte rozpowszechniania.
I jeśli mamy przyczynić się do rozwiązania problemów energetycznych naszego kraju
I jeśli mamy przyczynić się do rozwiązania problemów energetycznych naszego kraju,
nie możemy osiągnąć tego tylko na drodze oszczędności;
nie możemy osiągnąć tego tylko wiertłami;
i nie możemy osiągnąć tego tylko bombami.
Zrobimy to na stary amerykański sposób,
osiągniemy to drogą wynalazku,
pracując wspólnie.
(Oklaski)
No to zaczynajmy.
Akumulator został wynaleziony ok. 200 lat temu
przez profesora Alessandro Voltę
na Uniwersytecie w Padwie we Włoszech.
Jego wynalazek dał początek nowej dziedzinie nauki,
elektrochemii,
oraz nowym technologiom
jak np. galwanizacji.
Prawdopodobnie przeoczonym zostało,
że wynalezienie akumulatora przez Voltę
po raz pierwszy także
potwierdziło użyteczność profesorów.
(Śmiech)
Do czasów Volty, nikt nie wyobrażał sobie,
że mógłby być jakikolwiek pożytek z profesora.
Oto pierwszy akumulator,
stos monet, cynk i srebro,
oddzielone tekturą nasiąkniętą solanką.
To pierwszy krok
do stworzenia akumulatora,
dwie elektrody,
w tym przypadku, metale o różnej strukturze,
i elektrolit,
tu akurat sól rozpuszczona w wodzie.
Nauka jest taka prosta.
Wprawdzie pominąłem tu kilka szczegółów.
Nauczyłem was już,
że nauka związana z akumulatorami jest prosta
i istnieje potrzeba magazynowania energii na dużą skalę
i istnieje potrzeba magazynowania energii na dużą skalę,
ale prawda jest taka,
że obecnie nie mamy takiej technologii akumulatorów
która byłaby zdolna sprostać
wymaganiom czynnościowym sieci elektrycznej,
a więc: niespotykanie duża moc,
długa żywotność
i super niskie koszty.
Musimy spojrzeć na ten problem inaczej:
musimy myśleć w kategoriach dużej skali,
a jednocześnie niskich kosztów.
Porzućmy więc typowe podejście
polegające na szukaniu najbardziej imponującej chemii
z nadzieją, że uda nam się potem zminimalizować koszty
wciąż zwiększając i zwiększając produkcję.
Zamiast tego, wynajdźmy coś,
kierując się akceptowalną ceną na rynku energii.
To oznacza,
że pewne części układu okresowego pierwiastków
z zasady nie wchodzą w rachubę.
Ten akumulator musi zostać wykonany
z elementów obficie występujących na Ziemi.
Mówię, że jeśli chcesz zrobić coś, co jest tanie jak barszcz,
zrób to z barszczu --
(Śmiech)
i to najlepiej
z lokalnie zgromadzonych składników.
Musimy być w stanie zbudować tą rzecz
przy użyciu prostych technik produkcji i fabryk
które nie kosztują zbyt dużo.
Około 6 lat temu
zacząłem zastanawiać się nad tym problemem.
Starając się przyjąć świeżą perspektywę,
szukałem inspiracji poza dziedziną magazynowania energii.
Właściwie to przyjrzałem się technologii,
która nie ma nic wspólnego ani z magazynowaniem, ani z wytwarzaniem energii elektrycznej,
a za to zużywa jej ogromne ilości.
Mam na myśli produkcję aluminium.
Proces ten został wynaleziony w 1886 r.
przez dwójkę 22-latków --
Halla ze Stanów Zjednoczonych i Heroult z Francji.
I w ciągu tylko kilku lat od ich odkrycia,
aluminium,
z metalu równie cennego jak srebro, zmieniło się
w popularny materiał budowlany.
Oto komórka nowoczesnej huty aluminium.
Ma ok. 15 m szerokości
i ciągnie się przez ok. 800 m --
rząd za rzędem komórek,
które w środku przypominają akumulator Volty,
z trzema istotnymi różnicami.
Akumulator Volty pracuje w temperaturze pokojowej.
Jest zaopatrzony w stałe elektrody
i elektrolit w formie roztworu wodnego soli.
Z kolei komórka Halla-Heroulta
pracuje w wysokiej temperaturze,
wysokiej na tyle,
że aluminium jako produkt jest metalem płynnym.
Elektrolitem
nie jest wodny roztwór soli,
lecz sól która została stopiona.
To ta kombinacja płynnego metalu,
stopionej soli i wysokiej temperatury
pozwala nam na przesyłanie przez nie prądu o wysokich natężeniach.
W dzisiejszych czasach, uzyskanie metali z rud,
kosztuje nas nie więcej niż dolara za kilogram.
To cud ekonomiczny
współczesnej elektrometalurgii.
Właśnie to przyciągnęło i skupiło moją uwagę
do tego stopnia, że ogarnęła mnie obsesja na punkcie wynalezienia akumulatora,
który uchwyciłby tę gigantyczną ekonomię skali.
No i udało się.
Zbudowałem akumulator w całości w stanie płynnym --
obie elektrody z płynnych metali
i elektrolit ze stopionej soli.
Pokażę wam jak.
Na górze umieściłem płynny metal o małej gęstości,
na dole płynny metal o dużej gęstości,
a w środku stopioną sól.
Pytanie,
jak wybrać właściwe metale?
Dla mnie, każdy projekt
zawsze zaczyna się tutaj,
na tablicy okresowej pierwiastków,
ogłoszonej przez kolejnego profesora,
Dmitrija Mendelejewa.
Wszystko co znamy
składa się z jakiejś kombinacji
tego, co mamy tu przedstawione.
Łącznie z naszymi własnymi organizmami.
Pamiętam dokładnie moment,
gdy pewnego dnia poszukiwałem pary metali,
która spełniałaby narzucone warunki
powszechnego występowania na Ziemi,
skrajnie różnej gęstości,
i wykazywałyby wysoką wzajemną reaktywność.
Przeszedł mnie dreszcz ekscytacji,
kiedy uświadomiłem sobie, że znalazłem odpowiedź.
Magnez na górną warstwę.
I antymon
na dolną warstwę.
Wiecie, muszę wam powiedzieć,
że jedną z największych zalet bycia profesorem
jest kolorowa kreda.
(Śmiech)
Więc żeby wytworzyć prąd,
magnez traci dwa elektrony
i staje się jonem magnezu,
który z kolei migruje przez elektrolit,
przyłącza 2 elektrony od antymonu,
i miesza się z nim tworząc stop.
Elektrony idą pracować
tutaj, w prawdziwym świecie,
napędzając nasze urządzenia.
Żeby naładować akumulator,
podłączamy źródło energii elektrycznej.
Może być to np. farma wiatrowa.
I wtedy odwracamy kierunek prądu.
To zmusza magnez do oddzielenia się
i powrotu na górną elektrodę,
tym samym odtwarzając początkowy stan akumulatora.
Przy tym, prąd przepływający między elektrodami
wytwarza wystarczająco dużo ciepła, by utrzymać wymaganą temperaturę.
Brzmi nieźle,
przynajmniej teoretycznie.
Ale czy faktycznie działa?
Więc jaki jest kolejny krok?
Idziemy do laboratorium.
I czy zatrudniam doświadczonych profesjonalistów?
Nie. Zatrudniam studenta
i pomagam mu,
uczę go, w jaki sposób podchodzić do problemu,
aby ujrzeć go z mojego punktu widzenia,
i później pozwalam mu pracować samodzielnie.
To właśnie ten student, David Bradwell,
który, na tym zdjęciu,
wydaje zastanawiać się, czy ten wynalazek w ogóle zadziała.
Nie przyznałem się wtedy Davidowi,
że sam nie byłem przekonany, że zadziała.
Ale David jest młody i mądry
i chce zrobić doktorat
i kontynuuje pracę...
(Śmiech)
Kontynuuje pracę
nad pierwszym akumulatorem z płynnych metali
w dzisiejszej chemii.
I na podstawie obiecujących pierwszych wyników Dawida,
które opłacone zostały
przez MIT,
udało mi się pozyskać dofinansowanie na badania
z sektora prywatnego
i rządu federalnego.
I to pozwoliło mi na zwiększenie mojej grupy do 20 osób,
magistrów, doktorantów,
a nawet licencjatów.
I udało mi się zgromadzić naprawdę wspaniałych, wspaniałych ludzi,
ludzi, którzy dzielą ze mną pasję
do nauki i służby społeczeństwu,
a nie nauki dla rozwoju własnej kariery.
I jeśli zapytacie któregoś z nich
dlaczego pracuje nad akumulatorem z płynnych metali,
odpowiedź nasunie wam na myśl
Prezydenta Kennedy'ego
na Uniwersytecie Rice w 1962 r
kiedy mówił -- i nieco pozwalam tu sobie --
"Wybieramy pracę nad magazynowaniem energii sieci elektrycznej,
nie dlatego, że jest to zadanie proste,
lecz dlatego, że jest trudne."
(Oklaski)
Tak więc wygląda ewolucja akumulatora z płynnych metali.
Zaczynamy tu od naszego konia pociągowego - 1-wato-godzinnej komórki.
Nazwałem ją kielonkiem.
Obsługiwaliśmy ich ponad 400,
doskonaląc je użyciem różnych kombinacji chemicznych --
nie tylko magnezu i antymonu.
W którymś momencie zwiększyliśmy skalę do komórki 20-wato-godzinnej.
Nazywam ją krążkiem hokejowym.
I otrzymaliśmy tak samo niezwykłe rezultaty.
I wtedy nadszedł czas na spodek.
To jest 200 wato-godzin.
Technologia wykazywała się
stabilnością i skalowalnością.
Ale dla nas, postęp nie był wystarczająco szybki.
Więc około półtora roku temu,
David i ja,
wraz z jeszcze jednym członkiem grupy badawczej,
założyliśmy firmę,
żeby przyspieszyć proces rozwoju
w wyścigu do rozpoczęcia produkcji.
Tak więc dzisiaj w LMBC,
budujemy komórki o średnicy 40 cm
i pojemności 1 kilowatogodziny --
1000 razy większej
od tej pierwszej komórki "kielonka".
Nazywamy ją pizzą.
A teraz patrzymy już na komórkę o pojemności 4-kilowatogodzin.
Będzie miała średnicę 91 cm.
Nazywamy ją stolikiem bistro,
ale nie jest jeszcze gotowa do pokazania w wieczornej telewizji.
I jedno z rozwiązań technologicznych, które przewidujemy
zakłada układanie tych blatów stołowych jeden na drugim w moduły,
agregację tych modułów w wielki akumulator
który zmieściłby się w 12-metrowym kontenerze spedycyjnym
do umieszczenia w terenie.
I to ma 2 megawatogodziny pojemności znamionowej --
dwa miliony watogodzin.
To jest wystarczająca ilość energii
żeby pokryć dzienne zapotrzebowanie
200 amerykańskich gospodarstw.
Więc proszę - magazynowanie na poziomie sieci elektrycznej,
ciche, bezemisyjne,
bez ruchomych części,
zdalnie sterowane,
zaprojektowane do ceny rynkowej
bez dotacji.
Czego się więc z tego wszystkiego nauczyliśmy?
(Oklaski)
Czego się więc z tego wszystkiego nauczyliśmy?
Pozwólcie, że podzielę się z wami
niektórymi z niespodzianek i heterodoksji.
Kryją się poza tym, co widoczne.
Temperatura:
Konwencjonalna mądrość głosi, że trzeba utrzymywać ją na niskim poziomie,
mniej więcej w temperaturze pokojowej,
instalując systemy kontroli, które ją utrzymają.
Unikajcie ucieczki ciepła.
Akumulator z płynnych metali jest tak zaprojektowany, aby działać w podwyższonej temperaturze
przy minimalnej regulacji.
Nasza bateria wytrzyma bardzo duże wzrosty temperatury
związane z dużymi skokami napięcia.
Skalowanie: Konwencjonalna mądrość głosi
że zwiększając produkcję, minimalizujemy koszty.
Produkcja płynnych akumulatorów będzie niewielka
ale obniżymy koszty, bo będą one większe.
I w końcu, zasoby ludzkie:
Konwencjonalna mądrość głosi
żę należy zatrudniać ekspertów,
doświadczonych profesjonalistów,
którzy oprą się na swym szerokim doświadczeniu i wiedzy.
Żeby opracować akumulator z płynnych metali,
zatrudniłem studentów i doktorantów i ich mentorowałem.
W dziedzinie akumulatorów,
staram się maksymalizować potencjał elektryczny;
podczas nauczania,
staram się maksymalizować potencjał ludzki.
Więc jak widzicie,
historia o akumulatorze z płynnych metali
jest nie tylko zapisem
wynalazku technologii,
lecz także wzorem
na wynajdywanie wynalazców. Pełne spektrum.
(Oklaski)