Rudarjenje litija in drugih mineralov, ki jih potrebujemo za baterije, vse bolj obremenjuje okolje. Vendar pa so povsod okoli nas alternative, ki jih je vredno izkoristiti.
Na ulici v Indiji zmanjka elektrike, vendar bankomat še vedno izdaja bankovce. Delna zahvala gre zgorelemu bombažu. Kajti ta bankomat ima v sebi rezervno baterijo, ki vsebuje ogljik iz skrbno zgorelega bombaža.
Inketsu Okina, glavni uradnik za obveščanje pri PJP Eye, japonskemu podjetju, ki je izdelalo baterijo, pravi, da je točen postopek tajen. Okina le pove, da je potrebna visoka temperatura, nad 3000 °C, in da 1 kg bombaža daje 200 g ogljika – s samo 2 g potrebnih za vsako baterijsko celico. Podjetje je leta 2017 kupilo pošiljko bombaža in še vedno ni porabilo vsega.
Anatomija baterije
Baterije so sestavljene iz treh osnovnih komponent: dveh elektrod in elektrolita med njima. Ena elektroda postane pozitivno nabita in se imenuje katoda, medtem ko je negativno nabita elektroda anoda. Med uporabo se nabiti delci, imenovani ioni, premikajo od anode do katode skozi elektrolit. To omogoča, da elektroni tečejo skozi žice v katerem koli električnem krogu, na katerega je baterija priključena.
Rudarjenje litija ima lahko precejšen vpliv na okolje. Pridobivanje kovine zahteva velike količine vode in energije, postopek pa lahko pusti ogromne posledice v okolju. Pridobljeni litij se pogosto prevaža na dolge razdalje od mesta, kjer je izkopan, da bi ga rafinirali v državah, kot je Kitajska. Tudi grafit se pridobiva ali izdeluje iz fosilnih goriv, kar ima prav tako negativne okoljske vplive.
»Zelo enostavno si je predstavljati, kako se lahko ogljični odtis nabira, ko material za baterije prehaja skozi rudarjenje in transport,« pravi Sam Wilkinson, analitik pri S&P Global Commodity Insights.
Alternativni materiali za baterije
Od morske vode do bioloških odpadkov in naravnih pigmentov. V naravi obstaja dolg seznam potencialnih alternativ, ki bi bile veliko bolj razpoložljive. Težava je dokazati, da lahko katera od njih realno konkurira vrstam baterij, ki jih poznamo danes in se zdijo tako nepogrešljive v našem sodobnem svetu, polnem naprav.
PJP Eye poudarja možnost izboljšanja zmogljivosti baterije in obenem bolj ekološke proizvodnje baterij. »Naš ogljik ima večjo površino kot grafit,« pravi Okina, ki opisuje, kako kemija anode v njihovi enojni ogljikovi bateriji omogoča baterijo, ki se polni zelo hitro, do 10-krat hitreje kot obstoječe litij-ionske baterije.
Potencial morske vode
Svetovni oceani predstavljajo praktično neomejen vir materialov za baterije, trdi Stefano Passerini, namestnik direktorja Helmholtzs Institute Ulm iz Nemčije.
V članku, objavljenem maja 2022, je s svojimi kolegi opisal njihovo zasnovo baterije, ki prenaša natrijeve ione iz morske vode, da bi ustvarili zalogo kovinskega natrija. Za to so oblikovali poseben polimerni elektrolit, skozi katerega lahko prehajajo natrijevi ioni.
Morska voda tukaj deluje kot katoda ali pozitivno nabita elektroda. Toda anode ni, ker natrij ne postane negativno nabit, ampak se preprosto nabira v nevtralni obliki. Passerini pravi, da bi se lahko presežek energije iz vetrne ali sončne energije uporabil za kopičenje natrija, ki bi preprosto ostal tam, dokler ni potreben.
Naravni materiali za baterije
Seznam materialov, ki bi lahko prihodnjim baterijam dali moč, je vedno bolj nenavaden. George John iz City College New York in njegovi kolegi že dolgo raziskujejo potencial kinonov, bioloških pigmentov, ki jih najdemo v rastlinah in drugih organizmih, za delovanje kot elektrode v baterijah. Imeli so celo obetavne rezultate z molekulo, pridobljeno iz kane – barvila za tetoviranje. Njihov cilj je narediti trajnostno baterijo.
Eden od izzivov je, da je naravna molekula kane zelo topna. Ko se uporablja kot katoda, se postopoma raztaplja v tekočem elektrolitu. Vendar pa so z združevanjem štirih molekul kane in dodajanjem litija uspeli narediti reciklažni material s kristalno strukturo, ki je veliko bolj robustna.
»Ker se kristalničnost poveča, se topnost zmanjša,« pojasnjuje John. In dodaja, da baterijski modeli, ki jih razvijajo, morda nimajo dovolj visoke zmogljivosti za napajanje električnih vozil, vendar bi jih lahko nekoč uporabljali v majhnih, nosljivih napravah. Morda za naprave, ki merijo raven sladkorja v krvi pri ljudeh s sladkorno boleznijo ali druge.
Izzivi in prihodnost baterij
Drugi raziskovalci preučujejo uporabo materialov za ustvarjane novih vrst elektrod za uporabo v baterijah, kot so koruzni odpadki in lupine melonovih semen. Izziv je v proizvodnji teh materialov glede obsega, ki lahko zadosti rastočemu povpraševanju v industriji baterij.
Splošni izziv za vse alternativne baterijske materiale je vedno v smislu doseganja pričakovanega povpraševanja. Če nadaljujejo z uporabo litij-ionske in grafitne tehnologije baterij, bo svet do leta 2030 potreboval približno dve megatoni grafita letno, da bi zadovoljil rastočo baterijsko industrijo, ocenjuje Max Reid, analitik pri Wood Mackenzie. V primerjavi s sedanjimi 700 kilotonami gre za trikratno povečanje povpraševanja. Doseganje teh obsegov bo neverjetno težko za katerikoli alternativni material.
Preusmeritev proizvodnih procesov stran od grafita bi bila zelo draga in potencialno veliko komercialno tveganje, pravi Jill Pestana, kalifornijska znanstvenica in inženirka za baterije, ki trenutno dela kot neodvisna svetovalka. Skeptična je glede uporabe bioloških odpadkov za ogljikove anode, ker viri takšnih odpadkov morda niso vedno zelo okolju prijazni. Na primer, slabo upravljana plantaža dreves za biotsko raznovrstnost.
Na drugi strani pa bi imeli alternativne baterijske materiale, ki so ustrezno pridobljeni na trgih, kjer potrošniki resnično skrbijo za trajnost izdelkov, ki jih kupujejo, morda več možnosti – ne glede na to, ali so baterije narejene iz ogljika, pridobljene iz bioloških odpadkov ali katere koli druge potencialno trajnostne snovi. »Javnost bi lahko igrala veliko vlogo pri resničnem potiskanju teh naporov naprej,« še dodaja Pestana.
Avtor: M.B.
Vir: bbc.com
Viri slik: Freepik
