Μπαταρίες από βαμβάκι και θαλασσινό νερό: Είναι αξιόπιστες;

Με την τεράστια ζήτηση για μπαταρίες που αναμένεται να υπάρξει τα επόμενα χρόνια, λόγω της αύξησης του αριθμού των ηλεκτρικών οχημάτων και των μεγάλων συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, ορισμένοι ερευνητές και επιχειρήσεις αναπτύσσουν μετά μανίας πιθανές εναλλακτικές λύσεις για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και γραφίτη που είναι σήμερα ο κανόνας.

Αυτοί υποστηρίζουν ότι θα μπορούσαμε να χρησιμοποιούμε πολύ πιο βιώσιμα και ευρέως διαθέσιμα υλικά για την παραγωγή μπαταριών.

Γιατί οι μπαταρίες λιθίου πρέπει να αντικατασταθούν

Η εξόρυξη λιθίου μπορεί να επιβαρύνει σημαντικά το περιβάλλον καθώς απαιτεί τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων νερού και ενέργειας. Το ανακτημένο λίθιο συχνά μεταφέρεται από τον τόπο εξόρυξής του για επεξεργασία σε μακρινές χώρες όπως η Κίνα. Ο γραφίτης, επίσης, εξορύσσεται ή παράγεται από ορυκτά καύσιμα, διαδικασίες με αρνητικές επιπτώσεις για το περιβάλλον.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι το κοβάλτιο, το οποίο χρησιμοποιείται σε πολλές μπαταρίες ιόντων λιθίου και εξορύσσεται κυρίως στη Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό. Όμως εκεί έχουν υπάρξει αναφορές για επικίνδυνες συνθήκες εργασίας.

Από το θαλασσινό νερό μέχρι τα βιολογικά απόβλητα και τις φυσικές χρωστικές ουσίες, υπάρχει μία μακρά λίστα ευρέως διαθέσιμων εναλλακτικών λύσεων στη φύση- το δύσκολο είναι να αποδειχθεί ότι οποιαδήποτε από αυτές μπορεί ρεαλιστικά να ανταγωνιστεί τα είδη μπαταριών που κυκλοφορούν ήδη στην αγορά, οι οποίες είναι απαραίτητες σε ένα κόσμο που κατακλύζεται από gadgets.

Οι αχανείς ωκεανοί του κόσμου αποτελούν ένα «πρακτικά απεριόριστο» απόθεμα υλικού για μπαταρίες

Δεν είναι η μόνη μπαταρία που χρησιμοποιεί άνθρακα από απόβλητα βιοϋλικών. Η Stora Enso στη Φινλανδία ανέπτυξε μια άνοδο μπαταρίας που χρησιμοποιεί άνθρακα από λιγνίνη, ένα συνδετικό πολυμερές που βρίσκεται στα δέντρα.

Το βαμβάκι θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί στη θέση του ηλεκτρολύτη που διευκολύνει τη ροή των ιόντων μεταξύ της καθόδου και της ανόδου, δημιουργώντας δυνητικά πιο σταθερές μπαταρίες στερεάς κατάστασης από αυτές που υπάρχουν σήμερα, σύμφωνα με ορισμένους ερευνητές.

Μια άλλη λύση αφορά μια μπαταρία που χρησιμοποιεί θαλασσινό νερό μεταφέροντας από αυτό ιόντα νατρίου, προκειμένου να δημιουργηθεί μια αποθήκη νατρίου. Για να επιτευχθεί αυτό, η ερευνητική ομάδα που ασχολείται με το εν λόγω project σχεδίασε έναν πολυμερικό ηλεκτρολύτη μέσω του οποίου μπορεί να περάσουν τα ιόντα νατρίου.

Το θαλασσινό νερό λειτουργεί εδώ ως κάθοδος, ή ως θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο. Αλλά δεν υπάρχει άνοδος, επειδή το νάτριο δεν φορτίζεται αρνητικά, απλώς συσσωρεύεται σε ουδέτερη μορφή. Οι εμπνευστές της όλης ιδέας υποστηρίζουν ότι η πλεονάζουσα αιολική ή ηλιακή ενέργεια θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη συσσώρευση του νατρίου, το οποίο μπορεί απλώς να παραμείνει εκεί μέχρι να χρειαστεί.

Ωστόσο, υπάρχουν προκλήσεις με όλα αυτά. Το νάτριο – όπως και το λίθιο – αντιδρά ενεργειακά όταν έρχεται σε επαφή με το νερό καθώς γίνεται μια έκρηξη. Επομένως, είναι ζωτικής σημασίας να διασφαλιστεί ότι δεν θα διαρρεύσει θαλασσινό νερό στην αποθήκη νατρίου – διαφορετικά, θα μπορούσε να προκληθεί καταστροφή.

Από την άλλη, ορισμένοι ερευνητές αναζητούν ένα υλικό που βρίσκεται στα οστά και τα δόντια μας, ως ασφαλέστερη εναλλακτική λύση για τις καθόδους – το ασβέστιο. Θα μπορούσε, για παράδειγμα, να συνδυαστεί με πυρίτιο, το οποίο θα βοηθούσε τη μεταφορά ιόντων ασβεστίου, σε μια μελλοντική μπαταρία.

Τα υλικά τα οποία θα μπορούσαν να καταστήσουν ελκυστικές τις μελλοντικές μπαταρίες γίνεται όλο και πιο παράξενα. Ο George John από το City College of New York-CUNY και οι συνάδελφοί του ερευνούν εδώ και καιρό τις δυνατότητες των κινονών – πρόκειται για βιολογικές χρωστικές ουσίες που βρίσκονται σε φυτά και άλλους οργανισμούς – ώστε να λειτουργούν ως ηλεκτρόδια σε μπαταρίες. Είχαν μάλιστα ελπιδοφόρα αποτελέσματα με ένα μόριο που προέρχεται από τη χένα – τη βαφή για τατουάζ που προέρχεται από το δέντρο της χένας Lawsonia inermis.

Ένα από τα εμπόδια, σημειώνει, είναι ότι το φυσικό μόριο της χένας είναι πολύ διαλυτό. Όταν χρησιμοποιείται ως κάθοδος, διαλύεται σταδιακά σε έναν υγρό ηλεκτρολύτη. Συνδυάζοντας όμως τέσσερα μόρια χένας μαζί και προσθέτοντας λίθιο, ο John εξηγεί ότι κατάφεραν να φτιάξουν ένα ανακυκλώσιμο υλικό με κρυσταλλική δομή πολύ πιο στιβαρή.

Άλλοι ερευνητές εξετάζουν τη χρήση υλικών τόσο διαφορετικών όσο τα απόβλητα καλαμποκιού και τα κελύφη από σπόρους πεπονιού για τη δημιουργία νέων τύπων ηλεκτροδίων για χρήση σε μπαταρίες. Η πρόκληση, ωστόσο, είναι η παραγωγή τους σε κλίμακα ώστε να μπορεί να καλύψει την αυξανόμενη ζήτηση της βιομηχανίας μπαταριών.

Σε γενικές γραμμές, για κάθε εναλλακτικό υλικό μπαταρίας η πρόκληση είναι πάντα η κάλυψη της αναμενόμενα υψηλής ζήτησης. Πάρτε τη σημερινή τεχνολογία μπαταριών με βάση το λίθιο και το γραφίτη. Αν συνεχίσουμε να τη χρησιμοποιούμε, ο κόσμος θα χρειάζεται περίπου δύο μεγατόνους γραφίτη ετησίως μέχρι το 2030, προκειμένου να ικανοποιήσει την ακμάζουσα βιομηχανία μπαταριών, έναντι 700 κιλοτόνων σήμερα.

Μολαταύτα, η μετατόπιση των διαδικασιών παραγωγής μακριά από τον γραφίτη θα ήταν πολύ δαπανηρή και δυνητικά ένας μεγάλος εμπορικός κίνδυνος, σημειώνει η Jill Pestana, επιστήμονας και μηχανικός στον τομέα των μπαταριών. Η ίδια παραμένει εξαιρετικά δύσπιστη σχετικά με τη χρήση των βιοαποβλήτων για ανόδους άνθρακα, καθώς, όπως η ίδια επικαλείται, οι πηγές τέτοιων αποβλήτων μπορεί να μην είναι πάντα πολύ φιλικές προς το περιβάλλον.

Πηγή: BBC