Энергия в бетоне. Является ли новой методика хранения излишков энергии?

Американские ученые буквально на днях сообщили, что разработали новый способ хранения излишков энергии в конструкциях на основе цемента. Исследование, проведенное Дамианом Стефанюком, привлекло внимание BBC благодаря своей инновационной методике.

Стефанюк создал суперконденсатор на основе цемента — одного из самых распространенных строительных материалов. Используя смесь бетона, сажи и воды, он предложил хранить избыточную энергию и предложил альтернативу литий-ионным аккумуляторам.

Суперконденсаторы имеют несколько преимуществ перед литий-ионными аккумуляторами. Они заряжаются значительно быстрее и не теряют емкость со временем. Однако, их быстрая разрядка ограничивает их использование в устройствах, требующих постоянной зарядки, таких как смартфоны, ноутбуки или электромобили.

Фото: Damian Stefaniuk

Тем не менее, углеродно-цементные суперконденсаторы обладают большим потенциалом для хранения избыточной энергии, полученной от возобновляемых источников, таких как ветровые и солнечные электростанции. Это позволит снизить нагрузку на электросеть в периоды, когда ветер не дует и солнце не светит. Варианты применения включают создание дорог, накапливающих солнечную энергию для беспроводной зарядки электромобилей, и фундаментов домов, хранящих энергию для питания жилых помещений.

На данный момент кубический метр бетонного суперконденсатора может хранить около 300 Вт·ч энергии, что достаточно для питания 10-ваттной светодиодной лампы в течение 30 часов. Исследователи планируют построить более объемные версии оборудования, такие как суперконденсатор объемом до 45 кубических метров, способный хранить около 10 кВт·ч энергии, что достаточно для питания целого дома в течение дня.

Однако технология пока не идеальна. Увеличение количества технического углерода повышает емкость суперконденсатора, но снижает прочность бетона. Кроме того, производство цемента является источником до 8% антропогенных выбросов CO2. Исследователи работают над оптимизацией состава бетона и рассматривают использование цемента с низким уровнем выбросов, производимого из побочных продуктов сталелитейной и химической промышленности.

Майкл Шорт, руководитель Центра устойчивой инженерии при Университете Тиссайд в Великобритании, считает это исследование многообещающим и открывающим множество интересных возможностей для использования искусственной среды в качестве носителя энергии. Однако он предупреждает, что новые открытия часто сталкиваются с трудностями при переходе от лабораторных исследований к широкому внедрению. Дальнейшие исследования и разработки могут привести к созданию более эффективных и экологически чистых решений для хранения энергии.

Еще в 2021 году шведские исследователи из Университета Чалмерса разработали инновационный бетон, способный хранить и передавать электроэнергию, а также обеспечивать здания 4G-соединением и питать светодиодные лампы. Этот бетон, состоящий из смеси цемента и углеродных волокон, обладает средней плотностью энергии 7 Вт·ч на квадратный метр. Несмотря на низкую плотность энергии, большой объем бетона в зданиях позволяет системе генерировать значительное количество энергии. Швеция продолжает лидировать в Европейском рейтинге инноваций, активно развивая и тестируя новые технологии.

Вообще идеи нехимических альтернатив батареям для энергетического перехода давно витают в воздухе, воде и прочих субстанциях, которые подвергают опытам ученые всего мира с целью найти иедальный материал и способ для хранения энергии. Ниже перечислены только некоторые.

1. Сжатый воздух. Энергия используется для сжатия воздуха, который затем хранится в резервуарах и может быть освобожден для выработки энергии. Преимущества включают использование простых механических частей и отсутствие необходимости в редких материалах. Однако эффективность системы ограничена потерями энергии при сжатии и декомпрессии.

2. Гравитационные батареи. Объекты (например, вода, бетонные блоки) поднимаются для накопления потенциальной энергии и опускаются для ее высвобождения. Примером является гидронасосная система, где вода перекачивается на высоту для хранения энергии. Системы на основе камней и бетонных блоков также перспективны.

3. Песочные/тепловые батареи. Электроэнергия используется для нагрева песка или другого материала, который сохраняет тепло и может выделять его при необходимости. Эта технология особенно эффективна для обогрева зданий и промышленных процессов.

4. Маховики. Энергия сохраняется в виде вращения механического колеса, которое может ускоряться или замедляться для высвобождения энергии. Преимущества включают быструю реактивность и долговечность.

5. Тепловая солнечная энергия. Солнечное тепло собирается и концентрируется для выработки электроэнергии, что позволяет хранить тепло и генерировать энергию даже после захода солнца.

Все-таки батареи остаются важным элементом для энергетического перехода благодаря своей способности быстро накапливать и высвобождать энергию. Однако нехимические альтернативы могут предоставить более устойчивые и экономичные решения для долгосрочного хранения энергии, особенно в масштабах коммунальных предприятий.

Для эффективного и устойчивого энергетического перехода необходимо использовать сочетание химических и нехимических решений для хранения энергии, чтобы справиться с колебаниями спроса и предложений энергии, особенно из возобновляемых источников.

Автор публикации

не в сети 1 день

Энергострана.ру

Энергострана.ру — это информационный портал, освещающий ключевые события и тенденции в российском топливно-энергетическом комплексе (ТЭК). Энергострана.ру также выступает площадкой для публикации официальных материалов энергетических компаний, предлагает возможности по размещению и продвижению контента, а также решения в области контент-маркетинга, цифровой рекламы и PR, помогая компаниям эффективно взаимодействовать с аудиторией.

Комментарии: 0Публикации: 5519Регистрация: 11-05-2019