dům | Svět2000

Elektricky vodivý cement by mohl proměnit domy a silnice v téměř neomezené baterie, jak jsme v této myšlence prakticky pokročili?

3. 8. 2023 Katerina Karaskova 0 komentářů 3 min read 394 Zobrazení cement, dům, elektricky vodivý cement, elektřina, neomezená baterie, neomezené baterie, saze, silnice, superkapacitor, zdroj

Budoucnost Nové Technologie Věda Zajímavosti

Vědci již dříve přišli s novým způsobem, jak ukládat elektřinu do cementu, a to s využitím levných a hojně dostupných materiálů. Pokud by se tento cement rozšířil, mohl by v betonových základech domu uchovávat dostatek energie na pokrytí denní potřeby energie. Ve větším měřítku by elektrifikované silnice mohly napájet elektromobily během jízdy. A pokud vědci najdou způsob, jak to všechno levně provést, mohl by tento pokrok nabídnout téměř neomezenou kapacitu pro ukládání energie z přerušovaných obnovitelných zdrojů, jako je slunce a vítr, uvádí časopis Science.

Cementová zařízení jsou zatím malá, pouze tak velká, aby napájela několik LED žárovek. Již nyní se však pracuje na jejich rozšíření.

Cementová zařízení jsou druhem zjednodušených baterií zvaných superkapacitory. Skládají se ze dvou elektricky vodivých desek oddělených iontově vodivým elektrolytem a tenkou membránou. Při nabíjení zařízení se na jedné desce hromadí kladně nabité ionty z elektrolytu, zatímco na druhé záporně nabité ionty.

Množství akumulované energie závisí na celkové ploše vodivých desek superkapacitoru. Již několik desetiletí se vědci snaží o jejich zabudování do konstrukčních materiálů, jako je beton používaný v silnicích a budovách nebo uhlíkové kompozity používané v karoseriích automobilů a letadel. Na rozdíl od současných nejlepších baterií superkapacitory obvykle používají nehořlavé elektrolyty, takže jsou bezpečnější.

Problém spočívá v tom, že cement, který je hlavní složkou betonu, je obvykle špatným elektrickým vodičem. V posledních letech proto několik skupin vytvořilo strukturální superkapacitory pomocí cementu s vysoce vodivými formami uhlíku, jako je grafen nebo uhlíkové nanotrubičky. Ačkoli tyto látky fungují dobře, jsou drahé a těžko se vyrábějí v obrovských objemech používaných v cementářském průmyslu, poznamenává Franz-Josef Ulm, stavební inženýr z Massachusettského technologického institutu (MIT).

Při hledání levnější alternativy se Ulm a jeho kolegové obrátili na starou formu práškového uhlíku, známou jako saze, která se od starověku používá jako černý pigment. Saze jsou levné a celosvětově rozšířené a jsou také vysoce vodivé.

Ulm a jeho tým smíchali malé procento sazí s cementovým práškem a přidali vodu. Voda se snadno spojí s cementem. Protože však částice sazí vodu odpuzují, mají tendenci se shlukovat a vytvářet v tuhnoucím cementu dlouhé propojené útvary, které se chovají jako síť drátů.

Ulm a jeho kolegové rozřezali tento drátěný cement na malé destičky a vytvořili tak superkapacitor o tloušťce 1 milimetr a šířce 1 centimetr, což je přibližně velikost knoflíku. Po přidání membrány, elektrolytu vyrobeného z chloridu draselného – jednoduché soli – a vody vědci sendvičovou strukturu uzavřeli. Když pak k deskám připojili vodič a otočili vypínačem, cementové superkapacitory rozsvítily řadu LED světel.

Pokud by se z uhlíkových sazí vyrobil beton o objemu 45 metrů krychlových, což je zhruba množství, které se používá v základech běžného domu, bylo by možné v něm uložit 10 kilowatthodin energie, což by stačilo na celodenní napájení průměrné domácnosti, uvádí tým v současném vydání časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences. Pokud by se stejný přístup použil při stavbě silnic, parkovišť nebo příjezdových cest, mohl by elektrifikovaný beton uchovávat obnovitelnou energii a dodávat ji elektromobilům prostřednictvím indukčních nabíječek. Jedním z přístupů by mohlo být posílání elektřiny do podvozků automobilů prostřednictvím měděných cívek zabudovaných ve vozovce – trochu podobně jako bezdrátové nabíječky nabíjejí chytré telefony. Taková technologie se již vyvíjí v Německu a Nizozemsku.

Tím, že by elektrifikovaný cement nabídl levnější alternativu k dražším bateriím, by také mohl učinit skladování obnovitelné energie dostupnější pro rozvojové země, říká Admir Masic, chemik z MIT a spoluautor studie. „Tím se dostáváme do nového prostoru pro skladování energie za ceny dostupné kdekoli na světě.“

Aby výzkumníci uspěli, budou muset zvětšit velikost desek o velikosti knoflíku. Jak se superkapacitory zvětšují, jejich elektrická vodivost obvykle klesá, což ztěžuje dodávání a získávání energie z nich. Ulm poznamenává, že jedním z řešení je jednoduše přidat do směsi více sazí – ale ne tolik, aby to oslabilo strukturální integritu cementu. V případě konstrukčního betonu výzkumníci zjistili, že mohou přidat až 10 % sazí, aniž by to příliš narušilo jeho pevnost. Ulm říká, že skupina si svou technologii nechala patentovat a nyní pracuje na jejím rozšíření, aby odpovídala výkonu 12voltové autobaterie.

Jaká je pravděpodobnost, že váš dům zasáhne meteorit?

21. 8. 2022 Tomáš Pokorný 3 min read 393 Zobrazení dům, Indonésie, meteorit, tásah, výrobce rakví

TOP 10 Zajímavosti

Slyšeli jste „ten“ o indonéském výrobci rakví, kterému do domu narazil meteorit? Že to zní jako dobrý vtip?

Podle Bussines oday se právě toto skutečně stalo Indonésanovi jménem Josua Hutagalung. Většina lidí by očekávala, že pokud by objekt z vesmíru někdy přistál na jejich domě, pak by to bylo špatné. Ale v Hutagalungově případě tento podivný sled událostí pravděpodobně změnil život jeho rodiny k lepšímu.

Podle Business Today je Hutagalung skutečně výrobcem rakví. Pracoval mimo svůj dům, když uslyšel hlasitý náraz. Jak uvedl Hutagalung (prostřednictvím Business Today), zvuk byl tak hlasitý, že otřásl částmi jeho domu. Když zkoumal, co se stalo, zjistil, že plechová střecha jeho domu je rozbitá. Muž zjistil, že škodu způsobil kámen, ze kterého se vyklubal meteorit. Poté Hutagalung udělal to, co by mnozí z nás mohli udělat ve stejné situaci: vyfotografoval, co objevil a foto zveřejnil na sociálních sítích.

Meteorit byl ještě teplý

Podle Planetary Science Institute se každý rok zřítí na Zemi asi 500 meteoritů, jako je ten, který v roce 2020 zasáhl domov Hutagalungu, ale mnohem méně se jich podaří skutečně získat. V případě Hutagalunga vážil meteorit, který poškodil jeho domov, asi 2 kg a byl stále teplý od vstupu do zemské atmosféry.

Existuje několik různých typů meteoritů a většina z nich obsahuje železo-nikl se stopovým množstvím sulfidových a karbidových minerálů. Hutagalungův meteorit byl však vzácný, složený z uhlíku. Odhaduje se, že létal vesmírem asi 4,5 miliardy let, než se zastavil v Hutagalungově obydlí. Podle zprávy Business Today z roku 2020 se uhlíkatý meteorit obchodoval za přibližně 800 dolarů za gram a za zhruba 2kilogramy nebo o něco více než 2 000 gramů, díky čemuž měl Hutagalungův objev potenciálně velkou hodnotu. Kvůli své vzácnosti netrvalo dlouho a Hutagalungovy příspěvky vzbudily něčí zájem.

Na základě dalších zpráv, Hutagalung, v roce 2020 prodal svůj vzácný nález meteoritu za asi 1,8 milionu korun (přes měnový konvertor). Dostal za něj rozhodně víc než dost na to, aby si místo toho mohl opravit střechu nebo koupit sobě a rodině úplně nový domov. Jak Business Today dále poznamenává, Hutagalung prodal svůj vesmírný kámen americkému sběrateli, který jej poté prodal dále, a nyní sídlí v Buseck Center for Meteorite Studies na Arizonské státní univerzitě.

Celková částka v dolarech, kterou Hutagalung dostal do kapsy, je však pouze odhadem, protože odmítl sdělit veřejnosti, jak velký skutečně byl jeho finanční zisk. BBC řekl, že jej prodal za 14 000 dolarů plus náklady na opravu domu, i když to pravděpodobně není pravda. Odhad 1,8 milionu dolarů je také pochybný a pravděpodobně příliš velký na to, aby jej trh s meteority unesl. Jisté však je, že Hutagalung řekl, že částka, kterou za objekt dostal, byla podle Business Today 30násobek jeho ročního platu, a skutečnou částku v dolarech utajil, protože takové bohatství by ho mohlo ohrozit na životě a dokonce by se mohl on sám nebo jeho rodina, stát obětí únosu a vydírání.

Zdroj: Bussines Today

Vědci vyvinuli celosezónní nátěr inteligentní střechy

14. 1. 2022 Adam Walko 8 min read 362 Zobrazení dům, inteligentní střecha, nátěr, střecha

Nové Technologie TOP 10

Vědci vyvinuli celosezónní nátěr inteligentní střechy, který udržuje domovy v zimě v teple a v létě chladí, aniž by spotřebovával zemní plyn nebo elektřinu. Výsledky výzkumu zveřejněné v časopise Science poukazují na převratnou technologii, která v úsporách energie překonává komerční systémy chladicích střech.

„Celosezónní nátěr střechy se automaticky přepne z udržování chladu na teplo v závislosti na teplotě venkovního vzduchu. Jedná se o bezenergetickou, bezemisní klimatizaci a topení, vše v jednom zařízení,“ řekl Junqiao Wu, vědec z fakulty v oddělení materiálových věd v Berkeley Lab a profesor materiálové vědy a inženýrství na UC Berkeley, který studii vedl.

Dnešní chladné střešní systémy, jako jsou reflexní nátěry, membrány, šindele nebo tašky, mají světlé nebo tmavší „studené“ povrchy, které ochlazují domovy tím, že odrážejí sluneční světlo. Tyto systémy také vyzařují část absorbovaného slunečního tepla jako tepelné infračervené záření. V tomto přirozeném procesu známém jako radiační chlazení je tepelné infračervené světlo vyzařováno pryč z povrchu.

Problémem mnoha systémů chladicích střech, je to, že v zimě nadále vyzařují teplo, což zvyšuje náklady na vytápění, vysvětlil Wu.

„Náš nový materiál – nazývaný teplotně adaptivní radiační povlak nebo TARC – může umožnit úspory energie automatickým vypínáním radiačního chlazení v zimě, čímž překonává problém přechlazení,“ řekl.

Střecha pro všechna roční období

Nastavení pro střešní experiment v East Bay Hills. Data z experimentu byla použita k simulaci toho, jak by TARC fungoval po celý rok ve městech reprezentujících 15 různých klimatických pásem napříč kontinenty.

Kovy jsou obvykle dobrými vodiči elektřiny a tepla. V roce 2017 Wu a jeho výzkumný tým zjistili, že elektrony v oxidu vanadičitém se chovají jako kov pro elektřinu, ale jako izolant pro teplo. Jinými slovy, vedou elektřinu dobře, aniž by vedly velké množství tepla. „Toto chování je v kontrastu s většinou ostatních kovů, kde elektrony vedou teplo a elektřinu proporcionálně,“ vysvětlil Wu.

Oxid vanadičitý pod teplotou asi 67 stupňů Celsia je také průhledný a tudíž neabsorbuje tepelné infračervené světlo. Jakmile však oxid vanadičný dosáhne 67 stupňů Celsia, přejde do kovového stavu a tepelné infračervené světlo pohltí. Tato schopnost přejít z jedné fáze do druhé, v tomto případě z izolantu na kov, je charakteristická pro to, co je známé jako materiál se změnou fáze.

Aby Wu a jeho tým viděli, jak bude fungovat oxid vanadičitý ve střešním systému, zkonstruovali tenkovrstvé zařízení TARC o rozměrech 2 cm x 2 cm.

TARC „vypadá jako lepicí páska a lze ji připevnit na pevný povrch, jako je střecha,“ řekl Wu.

V klíčovém experimentu spoluvedoucí autor Kechao Tang loni v létě zorganizoval střešní experiment v domě Wu’s East Bay, aby demonstroval životaschopnost technologie v reálném prostředí.

Bezdrátové měřicí zařízení umístěné na balkoně Wu nepřetržitě zaznamenávalo odezvy na změny přímého slunečního světla a venkovní teploty ze vzorku TARC, komerčního vzorku tmavé střechy a komerčního vzorku bílé střechy po několik dní.

Jak TARC předčí v úsporách energie

Vědci poté použili data z experimentu k simulaci toho, jak by TARC fungoval po celý rok ve městech reprezentujících 15 různých klimatických pásem po celém kontinentu USA.

Kaichen Dong (vlevo) a Jiachen Li upravují zařízení Pulsed Laser Deposition (PLD) používané k vývoji povlaku inteligentní střechy TARC. (Kredit: Thor Swift/Berkeley Lab)

Wu přizval Ronnena Levinsona, spoluautora studie, který je vědeckým pracovníkem a vedoucím skupiny Heat Island Group v oblasti energetických technologií Berkeley Lab, aby jim pomohl vylepšit jejich model teploty povrchu střechy. Levinson vyvinul metodu odhadu úspor energie TARC ze souboru více než 100 000 energetických simulací budov, které dříve provedla skupina Heat Island Group, aby vyhodnotila výhody chladných střech a chladných zdí po celých Spojených státech.

For This Metal, Electricity Flows, But Not the Heat

Finnegan Reichertz, student 12. ^třídy na East Bay Innovation Academy v Oaklandu, který loni na dálku pracoval jako letní stážista pro Wua, pomohl simulovat, jak by TARC a další střešní materiály fungovaly v konkrétních časech a v konkrétní dny v průběhu roku. Pro každé z 15 měst nebo klimatických pásem, které výzkumníci pro tento článek studovali.

Výzkumníci zjistili, že TARC překonává stávající střešní nátěry pro úsporu energie ve 12 z 15 klimatických zón, zejména v oblastech s velkými teplotními rozdíly mezi dnem a nocí, jako je San Francisco Bay Area, nebo mezi zimou a létem, jako je město New York.

„S nainstalovaným TARC by průměrná domácnost mohla ušetřit až 10 % elektřiny,“ řekl Tang, který byl v době studie postdoktorandským výzkumníkem v laboratoři Wu. Nyní je odborným asistentem na Pekingské univerzitě v Pekingu v Číně.

Standardní chladné střechy mají vysokou odrazivost slunečního záření a vysokou tepelnou emisi (schopnost uvolňovat teplo vyzařováním tepelného infračerveného záření) i za chladného počasí.

Podle měření vědců odráží TARC po celý rok přibližně 75 % slunečního záření, ale jeho tepelná vyzařování je vysoká (asi 90 %), když je okolní teplota vysoká (nad 25 stupňů Celsia nebo 77 stupňů Fahrenheita), což podporuje tepelné ztráty. nebe. V chladnějším počasí se tepelná emise TARC automaticky přepne na nízkou hodnotu, což pomáhá zadržovat teplo ze solární absorpce a vnitřního vytápění, řekl Levinson.

Poznatky z experimentů infračervené spektroskopie s použitím pokročilých nástrojů v Berkeley Lab’s Molecular Foundry potvrdily simulace.

„Jednoduchá fyzika předpovídala, že TARC bude fungovat, ale byli jsme překvapeni, že bude fungovat tak dobře,“ řekl Wu. „Původně jsme si mysleli, že přechod z oteplování na chlazení nebude tak dramatický. Naše simulace, venkovní experimenty a laboratorní experimenty ukázaly opak – je to opravdu vzrušující.“

Výzkumníci plánují vyvinout prototypy TARC ve větším měřítku, aby dále otestovali jeho výkon jako praktického střešního nátěru. Wu řekl, že TARC může mít také potenciál jako tepelně ochranný povlak k prodloužení životnosti baterie v chytrých telefonech a laptopech a k ochraně satelitů a automobilů před extrémně vysokými nebo nízkými teplotami. Dalo by se také použít k výrobě látky regulující teplotu pro stany, kryty skleníků a dokonce i klobouky a bundy.

Tato práce byla primárně podporována Úřadem pro vědu DOE a Bakar Fellowship.

Technologie je k dispozici pro licencování a spolupráci. V případě zájmu kontaktujte úřad duševního vlastnictví Berkeley Lab, ipo@lbl.gov .

Úřad pro vědu DOE je jediným největším zastáncem základního výzkumu ve fyzikálních vědách ve Spojených státech a pracuje na řešení některých nejnaléhavějších výzev naší doby. Další informace naleznete na adrese energy.gov/science .

Zdroj: newscenter.lbl.gov