Bu tiyatrodaki ışıkların kullandığı elektrik
sadece birkaç dakika önce üretildi.
Çünkü, günümüzün standartlarına göre,
elektrik talebi ile elektrik arzı dengede
olmak zorunda.
Eğer ben bu sahneye çıkana kadar geçen sürede
rüzgâr enerjisinden gelen onlarca megavat
şebekeye akmayı durdursaydı,
aradaki fark anında diğer jenaratörlerce
kapatılmak zorunda olacaktı.
Ancak, kömür santralleri ve nükleer santraller
yeterince hızlı cevap veremezler.
Devasa bir pil (batarya) yapabilir.
Devasa bir pil ile,
rüzgâr ve güneş enerjisinin aralıklı olması yüzünden
bugün kömür, gaz ve nükleerde olduğu gibi
şebekeye katkı sağlamakta
yetersiz kalması sorununa bir çözüm bulabilirdik.
Görüyorsunuz ki, pil
burada bu olanağı sağlayan anahtar cihaz.
Pil ile güneşten, parlamazken bile,
elektrik çekebilirdik.
Ve bu, her şeyi değiştirir.
Çünkü bu sayede, rüzgâr ve güneş
gibi yenilenebilir enerjiler
yardımcı görevlerden sıyrılıp
başrole geçecekler.
Bugün size böyle bir cihazdan bahsetmek istiyorum.
Sıvı metal pil (liquid metal battery) olarak adlandırılıyor.
Bu, MIT'de öğrencilerim ve
doktora sonrası öğrencilerinden oluşan ekibimle
birlikte icat ettiğim yeni bir
enerji depolama yöntemi.
Bu yılın TED Konferansı'nın konusu Tam Spektrum (Full Spectrum).
Oxford İngilizce Sözlüğü (OED), spektrumu
şöyle tanımlıyor,
"Görünen ışığın yalnızca küçük bir kısmını
oluşturduğu, en uzun radyo dalgalarından
en kısa gama ışınlarına kadar,
elektromagnetik radyasyonun tüm dalga boylarıdır.".
Bugün burada size sadece MIT'deki ekibimin
dünyanın en büyük sorunlarından birine nasıl
doğadan bir çözüm bulduğunu anlatmayacağım.
Tam kapsamlı olmak istiyorum ve
size bu yeni teknolojinin geliştirme
sürecinde, inovasyon için
ders olarak hizmet edebilecek
şaşırtıcı aykırıkları, yaymaya değer fikirleri
nasıl ortaya çıkardığımızı anlatmak istiyorum.
Ve biliyorsunuz ki,
eğer bu ülkeyi mevcut enerji darboğazından çıkaracaksak,
sadece yolumuzu koruyamayız,
sadece yolumuzu açamayız
ve yolumuzu patlatamayız da.
Bunu eski stil Amerikan yöntemiyle yapacağız,
yolumuzu icat edeceğiz,
birlikte çalışarak.
(Alkış)
Hadi başlayalım.
Batarya (pil), 200 yıl önce
Alessandro Volta isimli bir profesör tarafından
İtalya'da Padua Üniversitesi'nde icat edildi.
Bu icat yeni bir bilim doğurdu,
elektrokimya
ve yeni teknolojilere hayat verdi,
elektro kaplama gibi.
Muhtemelen küçümsendi ama,
Volta'nın bataryayı icat etmesi
ayrıca ilk defa
bir profesörün yararını da gösterdi.
(Kahkaha)
Volta'ya kadar hiç kimse bir profesörün
bir işe yarayacağını hayal bile edemezdi.
İşte ilk batarya-
çinko ve gümüşten bir yığın bozuk para,
tuzlu suya batırılan mukavva ile ayrılmış.
Bu, bir batarya tasarımı için
başlangıç noktasıdır-
iki elektrot,
bu örnek için farklı kompozisyonlara sahip metaller
ve bir elektrolit,
bu örnek için suda çözülmüş tuz.
Teknik bu kadar basit.
Kabul ediyorum ki, bazı detayları atladım.
Şimdi size
batarya biliminin basitliğini ve
şebeke seviyesi depolamanın zorluğunu
göstermiş oldum.
Ama gerçek şu ki,
günümüzde şebekenin yüksek performans
gerekliliklerini
karşılayabilecek bir batarya teknolojisi yok-
yani, olağan dışı yüksek güç,
uzun kullanım ömrü
ve çok düşük maliyet.
Bu problem üzerinde farklı şekilde düşünmeliyiz.
Büyük düşünmeliyiz,
ucuz düşünmeliyiz.
Bu yüzden, havalı kimya araştırmaları
ardından bir sürü ürün çıkararak
maliyet eğrisini yakalayabileceğimizi umut etme
görüşünden vazgeçelim.
Yerine, elektrik borsasının
hedef fiyatına uygun ürünler icat edelim.
Bunun anlamı,
periyodik tablonun belli bölümlerinin
kesinlikle limitlerimizin dışında olduğudur.
Bu batarya, dünyada bolca bulunan
elementlerden yapılmalı.
Ben derim ki, eğer bir şeyi bedava yapmak
istiyorsanız, topraktan yapın-
(Kahkaha)
tercihen yerel olarak
elde edilen topraktan.
Ve bu şeyi basit üretim teknikleri ile
bir servete mal olmayacak fabrikalarda
üretebilmeliyiz.
Aşağı yukarı altı yıl önce,
bu problem üzerine düşünmeye başladım.
Ve yeni bir bakış açısı benimsemek için,
elektrik depolama alanının ötesinde bir ilham aradım.
Aslında, ne elektrik depolayan,
ne de elektrik üreten bir teknolojiye,
bunun yerine çok yüksek miktarlarda
elektrik tüketen bir teknolojiye baktım.
Alüminyum üretiminden bahsediyorum.
Süreç 1886'da
22 yaşında iki kişi tarafından icat edildi,
Birleşik Devletler'den Hall ve Fransa'dan Heroult.
Ve keşiflerinden sadece birkaç yıl sonra,
alüminyum
gümüş kadar pahalı bir metalden
bir genel yapı malzemesine dönüştü.
Modern bir alüminyum dökümhanesinin hücre evine bakıyorsunuz.
Yaklaşık 50 fit genişliğinde,
ve yarım mile kadar uzanıyor,
içinde Volta'nın bataryasını andıran,
sıra sıra dizilmiş hücreler var,
ancak üç temel farkla.
Volta'nın bataryası oda sıcaklığında çalışır.
Katı elektrotlar ile
su ve tuzdan oluşan bir elektrolit yerleştirilmiştir.
Hall-Heroult hücresi
yüksek sıcaklıklarda çalışır,
alüminyum metalini sıvı tutacak
kadar yüksek bir sıcaklıkta.
Elektrolit ise
su ve tuz çözeltisi değil,
ergimiş tuzdur.
Bu şeyden yüksek akım geçirmemize
izin veren, sıvı metal, ergimiş tuz
ve yüksek sıcaklık birleşimidir.
Günümüzde, cevherden saf metali
libresi 50 sentten daha ucuza üretebiliyoruz.
Bu, modern elektrometalürjinin
ekonomik mucizesidir.
Benim dikkatimi çeken ve
bende böylesi bir devasa ölçek ekonomisini yakalayabilecek
bir batarya icat etme takıntısı yaratan işte budur.
Ve yaptım da.
Bataryayı tamamen sıvı yaptım,
her iki elektrot için sıvı metaller
ve elektrolit için ergimiş tuz.
Size nasıl yapıldığını göstereceğim.
Üste düşük yoğunluklu
sıvı metali koydum,
alta yüksek yoğunluklu metali
ve araya ergimiş tuzu koydum.
Şimdi,
metaller nasıl seçilmeli?
Benim için, tasarım egzersizi
her zaman burada,
diğer bir profesör Dimitri Mendeleyev'in
oluşturduğu periyodik tablo
ile başlar.
Bildiğimiz her şey,
burada gösterilenlerin
bir kombinasyonundan oluşur.
Ve buna kendi bedenlerimiz de dâhil.
Bir gün, bolca bulunabilirlik,
farklılık, zıt yoğunluk ve ortak yüksek reaktivite
kısıtlarını karşılayacak
bir metal çifti
aradığım o anı
hatırlıyorum.
Cevabı bulduğumu fark ettiğimde,
gerçekleştirmenin heyecanını hissettim.
Üst tabaka için magnezyum.
Alt tabaka için
antimon
Bilirsiniz, size söylemeliyim,
profesör olmanın en büyük getirilerinden biri:
Renkli tebeşir.
(Kahkaha)
Akım üretebilmek için
magnezyum iki elektron kaybederek
magnezyum iyonu oluşturur,
bu iyon elektrolit boyunca ilerler,
antimondan iki elektron kabul eder
ve bir alaşım oluşturmak üzere onunla karışır.
Elektronlar dışarıdaki
gerçek dünyaya giderler,
cihazlarımızı çalıştırırlar.
Bataryayı şarj etmek için
bir elektrik kaynağı bağlarız.
Rüzgâr tarlası gibi bir şey olabilir.
Ve sonra akımı tersine çeviririz.
Bu magnezyumu alaşımdan çıkmaya zorlar
ve magnezyumu üst elektrota geri göndererek
bataryanın ilk hâline dönmesini sağlar.
Ve elektrotlar arasından geçen akım
yeterli ısı üreterek bataryayı uygun sıcaklıkta tutar.
Bu oldukça güzel,
en azından teoride.
Ama gerçekten çalışıyor mu?
Peki bundan sonra ne yapılmalı?
Laboratuvara gidelim.
Deneyimli profesyonelleri mi işe alsam?
Hayır, bir öğrenci işe alıp
ona rehberlik yaparım,
ona problem üzerinde nasıl düşüneceğini,
benim bakış açımdan nasıl bakacağını öğretirim
ve onu serbest bırakırım.
Bu, o öğrenci David Bradwell,
resimde
bunun çalışıp çalışmayacağını merak eder gibi görünüyor.
O zaman David'e söylemediğim şey,
kendimin bile bunun çalışacağına ikna olmamış olmamdı.
Ama, David genç, zeki
ve doktora derecesi istiyor,
bu sebeple yapmaya girişti.
(Kahkaha)
Bu kimyaya sahip olarak
üretilen ilk sıvı metal bataryayı
yapmaya başladı.
Ve David'in, MIT'den çekirdek sermayeyle fonlanan
ve gelecek vaat eden
ilk sonuçları sayesinde,
özel sektörden ve federal hükümetten
büyük yatırımlar
çekmeyi başardım.
Ve bu ekibimi, yüksek lisans öğrencileri, doktora sonrası araştırmacılar
ve hatta bazı lisans öğrencilerinden oluşan
20 kişilik bir ekip olarak genişletmeme olanak sağladı.
Gerçekten iyi, çok iyi insanları gruba çekebildim,
bilim ve topluma hizmet için
tutkumu paylaşan insanlar,
kariyer yapmak için bilim ve hizmet değil.
Eğer bu insanlara neden sıvı metal bataryalar
üzerine çalıştıklarını sorarsanız,
cevapları Başkan Kennedy'nin
1962'de Rice Üniversitesi'nde
söylediklerini hatırlatacaktır.
Müsaadenizle şöyle söylemek istiyorum-
"Şebeke seviyesi depolama konusunda çalışmayı tercih ettik,
kolay olduğu için değil,
zor olduğu için."
(Alkış)
Bu, sıvı metal bataryanın evrim sürecidir.
Saatte bir vat üreten vefakâr hücremizle işe koyulduk.
Ben onu fondip kadehi (shotglass) olarak adlandırdım.
Bunlardan 400 taneden fazlasını çalıştırdık,
performanslarını mükemmelleştirmek için farklı bileşimler denedik,
sadece magnezyum ve antimonu değil.
Çalışmalar sırasında 20 vat-saatlık hücre büyüklüğüne ulaştık.
Bunu hokey diski (hockey puck) olarak isimlendirdim.
Ve aynı dikkat çekici sonuçlara ulaştık.
Ve sonrasında sıra çay tabağına (saucer) geldi.
200 vat-saat olan.
Teknoloji, kendini stabil ve ölçeklenebilir
olduğuna dair kanıtlıyordu.
Ama bu tempo bizim için yeterli değildi.
Bu yüzden bir buçuk yıl önce,
David, ben,
ve bir diğer araştırma görevlisi ile birlikte
ilerlemeyi hızlandırmak
ve bir an önce ürün çıkarabilmek için
bir şirket kurduk.
Bugün LMBC'de
16 inç çapa sahip,
bir kilovat-saat kapasiteli,
yani başlangıçtaki fondip kadehi hücresinin 1000 katı kapasiteye sahip olan
hücreler üretiyoruz.
Bunu pizza olarak adlandırdık.
Ufukta dört kilovat-saat kapasiteli bir hücre var.
36 inç çapında olacak.
Bunu bistro masası (bistro table) diye isimlendirdik,
ama henüz görücüye çıkmaya hazır değil.
Teknolojinin bir varyasyonu,
bu bistro masalarını modüller halinde istiflememize
ve modülleri sahada yerleştirmek üzere
40 fitlik nakliye konteynırlara sığan
devasa bir batarya olarak biraraya getirmemize olanak veriyor.
Ve bu, iki megavat-saat nominal kapasiteye sahip-
iki milyon vat-saat.
Bu miktarda enerji
200 Amerikan hanesinin
günlük elektrik ihtiyacını karşılamak için yeterli.
İşte artık şebeke seviyesi depolamaya sahipsiniz:
Sessiz, emisyonsuz,
hareketli parçaları yok,
uzaktan kontrollü,
sübvansiyon olmaksızın
pazar fiyatlarına göre tasarlandı.
Evet, şimdi bütün bunlardan ne öğrendik?
(Alkış)
Evet, şimdi bütün bunlardan ne öğrendik?
Sizinle bazı sürprizleri ve olağan dışı
durumları paylaşmama izin verin.
Görünenin ardındakileri.
Sıcaklık:
Geleneksel bilim düşük sıcaklık öneriyor,
oda sıcaklığını veya yakınlarını
ve sıcaklığı korumak için bir kontrol sistemi kurmayı.
Isıl kaçaklarını engelle.
Sıvı metal batarya yüksek sıcaklıklarda çalışmak üzere tasarlandı,
en az ayarlama ile.
Bizim bataryamız akım dalgalanmalarından kaynaklanan
çok yüksek sıcaklıklarla baş edebilir.
Ölçeklendirme: Geleneksel akıl der ki;
çok üreterek maliyeti düşür.
Sıvı metal bataryalar az üretilerek maliyeti düşürmek
üzere tasarlandı, ama daha büyük olacaklar.
Ve son olarak, insan kaynakları:
Geleneksel akıl der ki;
batarya uzmanlarını işe al,
deneyimli profesyonelleri,
geniş tecrübeleri ve bilgilerinden faydalanabilecek insanları.
Sıvı metal bataryayı geliştirmek için
öğrencileri ve doktora sonrası araştırmacıları işe aldım ve onlara danışmanlık yaptım.
Bir bataryada,
elektriksel potansiyeli maksimize etmek için didindim;
danışmanlık yaparken,
insan potansiyelini maksimize etmek için didindim.
Görüyorsunuz ki,
sıvı metal bataryanın hikâyesi
bir teknoloji icat etmekten
daha fazlası,
bu bir
mucit yetiştirme planı,
tam spektrum.
(Alkış)