silnice | 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.

Příslib: Co kdyby se všechny cesty přesunuly pod zem?

28. 6. 2022 Petr Kovanda 4 min read 368 Zobrazení cesty, Elon Musk, Londýn, pod zemí, silnice

Technologie TOP 10

[URIS id=19226]

Silnice znečišťují města, zabírají veřejný prostor a fragmentují stanoviště. Mohlo by jejich přesunutí do podzemí pomoci? V roce 1863, ve snaze omezit provoz na ulicích, otevřel Londýn první podzemní linku na světě, Metropolitan Railway. Jeho zrod lze vystopovat před dvěma desetiletími k vybudování prvního podříčního tunelu na světě pod Temží, který se rychle stal oblíbeným u pěších i obrovskou turistickou atrakcí.

Zpočátku to, co se stalo londýnským metrem, sestávalo z kolejí vykopaných mírně pod povrchem a poté zasypaných, píše server bbc.com. Ale jak se technologie zlepšovala a vlaky přecházely z parního na elektrické, tratě se prohlubovaly. Nyní země pod nohama Londýňanů drnčí rozsáhlou sítí linek metra, které přepravují lidi po městě rychle, efektivně a mimo dohled.

Umístit infrastrukturu do podzemí je velmi atraktivní, říká Bradley Garrett, kulturní geograf z University College Dublin a autor knihy Subterranean London. „Lidské bytosti mají rády, když tyto věci fungují v pozadí.“ Dává to iluzi bezproblémovosti, říká. „Je v tom skoro něco magického.“

Kromě vlaků, elektrického vedení, potrubí, kabelů a kanalizací existuje další část infrastruktury, kterou si někteří dlouho přáli pohřbít – silnice.

Nikdo, dokonce ani Elon Musk, nenavrhl pohřbít každou ze světových silnic. Ale co by se stalo, kdybychom je všechny přemístili pod povrch?

Někomu se tyto tlusté asfaltové pásky křižující země, dláždění zeleného prostoru a rozdělující komunity a ekosystémy již nezdají vhodné pro daný účel. Jak se rozrůstají déle a více v naději, že urychlí ucpanou dopravu, zácpy rostou a auta nadále znečišťují vzduch a chrlí skleníkové plyny.

Celosvětově je více než 64 milionů km (40 milionů mil) silnic a očekává se velký nárůst, zejména v rozvojových zemích , protože světová populace roste a příjmy rostou, což znamená, že auta si může dovolit více lidí. Předpokládá se, že do roku 2040 budou na silnicích dvě miliardy aut s celkovým nárůstem dopravy o více než 50 %.

Dopravní zácpy

Dopravní zácpa je nejenom obrovským žroutem času. Průměrný americký řidič ročně promrhává kolem 54 hodin sezením v provozu, ale má i environmentální daň, zvyšuje spotřebu paliva, uhlíkové emise a znečišťuje ovzduší a způsobuje hluk.

„Doprava ničí duši, je to jako kyselina na duši, “ řekl zakladatel Tesly Elon Musk v roce 2018 na akci pro svou tunelovací firmu Boring Company. „Konečně je tu něco, co podle mě může vyřešit ten zatracený dopravní problém.“ Jeho odpověď: prokopejte si cestu k lepším silnicím tím, že je zapustíte pod zem.

Nikdo, dokonce ani Musk, nenavrhl pohřbít každou ze světových silnic. Ale co by se stalo, kdybychom je všechny přemístili pod povrch? V době rostoucí urbanizace, prudce rostoucí nerovnosti a klimatické krize vyvolává představa, jaký to může mít dopad, důležité otázky o tom, jak se vyvíjí náš globální dopravní systém – a nutí nás zamyslet se nad tím, kam vlastně chceme, aby se ubíral.

Budování silnic povzbuzuje více lidí, aby je používali, což znamená, že přetížení je prakticky nemožné vyřešit pouze zvýšením kapacity silnic.

Jedním z nejbezprostřednějších dopadů světa bez povrchových silnic by bylo obrovské uvolnění prostoru po celé zeměkouli.

Ve venkovských oblastech by to mohlo znamenat více půdy pro zemědělství nebo rekultivaci, což pomůže podpořit divokou přírodu a stáhnout uhlík ze vzduchu. Také by to zmírnilo jeden z velkých problémů silnic: fragmentují krajinu.

Srážky zvířat s auty

Pro zvířata mohou silnice fungovat jako bariéra, oddělující druhy od sebe navzájem nebo od jejich kořisti. Globální expanze silničních sítí ohrožuje všechny snahy o ochranu vrcholových predátorů, podle jednoho nedávného dokumentu, včetně snížení jejich genetické konektivity a zvýšení pytláctví, přičemž nejvíce jsou ohroženi lenochodí medvědi a tygři. Zvýšená fragmentace také vede k větším emisím uhlíku, protože zvyšuje množství okrajů lesů, kde je vyšší úmrtnost stromů.

Silnice mohou také přerušit tok vody, říká Alisa Coffin, výzkumná ekoložka z amerického ministerstva zemědělství. Ukazuje na Tamiami Trail, silnici spojující Tampu a Miami, která měla katastrofální následky pro Everglades tím, že zablokovala tok vody, což vedlo k nárůstu požárů a zasáhla rostliny a zvířata. „Je to příklad toho, jak byla postavena silnice, aniž bychom skutečně pochopili, jaké budou dopady,“ říká Coffin.

Dalším velkým problémem jsou srážky zvířat s auty. Sarah Perkins, lektorka Cardiffské univerzity, koordinuje Project Splatter, deset let starý občanský vědecký výzkumný projekt, který monitoruje divokou zvěř zabitou na britských silnicích. Říká, že každý rok obdrží asi 10 000 zpráv o mrtvých zvířatech, ale Perkins věří, že je to zlomek skutečného součtu. Některé studie jen v Evropě odhadují počet úmrtí na stovky milionů ročně.

Umístění silnic pod zem „by mohlo vést k menšímu počtu střetů divokých zvířat a vozidel“, říká Perkins, za předpokladu, že by zvířata nepoužívala tunely. Odstranilo by se také světelné a hlukové znečištění, které může ovlivnit chování zvířat v okolí silnic, dodává.

Navzdory těmto obrovským ekologickým dopadům zbavování se silnic by však bylo ve městech, kde se předpokládá, že do roku 2050 se bude držet 70 % světové populace, kde by nově uvolněný prostor měl na lidi největší dopad.

„Umíte si představit, jak se promění města?“ ptá se Tom Ireland, projektový ředitel tunelování ve strojírenské společnosti Aurecon. „Chcete-li oživit centrum města, zorganizujete pěší zóny.“ Otevřelo by to prostor pro stromy, lineární parky, terénní úpravy, kavárny na chodníku a spoustu dalších veřejných zařízení.

Zdroj: bbc.com