Новий вид цементу може перетворити будинки та дороги на гігантські батареї

Бетон, м’яко кажучи, дуже шкідливий для довкілля. Це найбільш споживаний продукт на планеті, за винятком води, і його вуглецевий слід підтверджує це: на виробництво цементу та бетону припадає цілих вісім відсотків світових викидів CO2, або понад чотири мільярди тонн парникового газу на рік.

Але новий матеріал, розроблений дослідниками з Массачусетського технологічного інституту, може допомогти вирішити цю проблему. Поєднавши воду, цемент і сажу, вони створили накопичувач енергії, відомий як суперконденсатор – схожий на гігантську бетонну батарею.

“Цей матеріал дуже цікавий”, – сказав Адмір Масіч, науковець з Массачусетського технологічного інституту і один з авторів винаходу, у своїй заяві, опублікованій минулого року.

“У вас є найбільш використовуваний штучний матеріал у світі, цемент, який поєднується з сажею, що є добре відомим історичним матеріалом – сувої Мертвого моря були написані з його допомогою, – пояснив він. “Ви маєте ці матеріали, яким щонайменше два тисячоліття, і коли ви поєднуєте їх у певний спосіб, ви отримуєте провідний нанокомпозит, і ось тоді все стає справді цікавим”.

Неймовірні властивості матеріалу пояснюються особливою природою сажі – вона має високу провідність, а також водовідштовхувальні властивості. Це означає, що, коли суміш застигає, сажа, по суті, перебудовується в розгалужену мережу дротів, що пронизують цемент.

За словами дослідників, це не лише величезний потенційний крок у глобальному переході до відновлюваної енергетики, але й суттєва перевага над більш традиційними батареями завдяки своєму рецепту. Незважаючи на вуглецеву вартість цементу, новий матеріал виготовляється лише з трьох компонентів, які є дешевими і доступними; літій, на якому базуються стандартні батареї, є обмеженим і дорогим з точки зору викидів CO2 – “особливо при видобутку твердих порід, на кожну тонну видобутого літію в повітря викидається 15 тонн CO2”, – зазначає Кліматичний портал Массачусетського Технологічного Інституту.

Оскільки цемент навряд чи найближчим часом кудись зникне, поєднання його з простою та ефективною системою зберігання енергії видається очевидним виграшем. “Враховуючи широке використання бетону в усьому світі, цей матеріал має потенціал бути дуже конкурентоспроможним і корисним для зберігання енергії”, – розповів цього тижня в інтерв’ю BBC Future Даміан Стефанюк, один з дослідників, що стоять за цим винаходом.

“Якщо технологію вдасться масштабувати, вона може допомогти вирішити важливу проблему – зберігання відновлюваної енергії”, – сказав він.

Як цього можна досягти? Одне з можливих рішень: використовувати її для прокладання доріг, дозволяючи самим автомагістралям збирати сонячну енергію, а потім бездротово заряджати електромобілі, які їдуть по них. Конденсатори вивільняють енергію набагато швидше, ніж звичайні батареї – саме тому вони не настільки корисні для повсякденного зберігання енергії, незважаючи на інші переваги, такі як вища ефективність і нижчий рівень деградації продуктивності – що робить їх близькими до ідеальних для надання автомобілям, що рухаються, додаткової енергії в такий спосіб.

Інша спокуслива ідея – використовувати його як будівельний матеріал. У своїй статті, присвяченій цьому матеріалу, команда підрахувала, що блок з 45 кубічних метрів вуглецевої цементної суміші – для порівняння, в олімпійському басейні можна розмістити близько 55 таких блоків – зможе зберігати достатньо енергії, щоб забезпечити енергією середнє американське домогосподарство.

“Оскільки бетон зберігає свою міцність, будинок з фундаментом з цього матеріалу може зберігати денну норму енергії, виробленої сонячними панелями або вітряками, і використовувати її, коли це необхідно”, – припускає команда дослідників.

“Саме тут наша технологія є надзвичайно перспективною, адже цемент поширений повсюдно”, – каже інженер-будівельник з МТІ Франц-Йозеф Ульм.