Ενέργεια
Ασφαλής, Συμπαγής Πυρηνική Μπαταρία Θα Μπορούσε να Επαναστατήσει την Αποθήκευση Ενέργειας
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Πυρηνική Ενέργεια Σε Όλα;
Όταν η παραγωγή πυρηνικής ενέργειας έγινε πρακτικά εφαρμόσιμη τεχνολογία, γεννήθηκε η ελπίδα ότι η ενέργεια που μέχρι τότε είχε χρησιμοποιηθεί μόνο για τη δημιουργία όπλων ικανών να καταστρέψουν τον κόσμο θα μπορούσε επίσης να προστατεύσει τον ίδιο πολιτισμό από την εξάντληση των πόρων.
Καθώς η κλιματική αλλαγή προκαλεί ολοένα μεγαλύτερη ανησυχία, η πυρηνική ενέργεια βιώνει μια αναγέννηση, επειδή αποτελεί διαθέσιμη, επεκτάσιμη πηγή ενέργειας χαμηλών εκπομπών άνθρακα που μπορεί να καλύψει το κενό έως ότου οι ανανεώσιμες πηγές και οι μπαταρίες είναι έτοιμες να αντικαταστήσουν τα ορυκτά καύσιμα. Παράλληλα εμφανίζονται νέοι σχεδιασμοί πυρηνικών σταθμών που μπορούν να καταστήσουν την τεχνολογία φθηνότερη, ασφαλέστερη και πιο ευέλικτη, όπως εξηγήσαμε στα άρθρα «Ενημέρωση για τους SMR (Μικρούς Αρθρωτούς Αντιδραστήρες) – Παραμένουν το μέλλον της πυρηνικής ενέργειας» και «Η 4η γενιά πυρηνικής ενέργειας: φθηνότερη, καθαρότερη, ασφαλέστερη».
Ωστόσο, αυτοί οι μεγάλοι σταθμοί δεν είναι ο τρόπος με τον οποίο οι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας είχαν αρχικά φανταστεί την πυρηνική ενέργεια. Κορυφαίοι στοχαστές όπως ο Isaac Asimov ήταν πολύ πιο φιλόδοξοι και οραματίστηκαν μικροσκοπικές πυρηνικές γεννήτριες που θα χωρούσαν σε τρένα, αυτοκίνητα και ακόμη μικρότερες συσκευές, καθιστώντας ουσιαστικά περιττή την επαναφόρτιση ή τον ανεφοδιασμό τους.
Ένα βήμα προς αυτή την κατεύθυνση γίνεται με την παρουσίαση πυρηνικών μπαταριών αρκετά μικρών ώστε να τροφοδοτούν μικρές ηλεκτρονικές συσκευές, και μάλιστα με ασφάλεια.
Η έρευνα παρουσιάστηκε στην εαρινή συνάντηση της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας (ACS) από τον Su-Il In, καθηγητή στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Daegu Gyeongbuk της Νότιας Κορέας, με τίτλο «Μπαταρία επόμενης γενιάς: εξαιρετικά αποδοτικό και σταθερό βηταβολταϊκό στοιχείο C14 ευαισθητοποιημένο με χρωστική».
Πηγή: Asia Research News
Ο Περιορισμός της Μπαταρίας
Σήμερα, η χωρητικότητα των περισσότερων ηλεκτρονικών συσκευών περιορίζεται από την μπαταρία τους, η οποία συνήθως βασίζεται στην τεχνολογία ιόντων λιθίου. Αυτό ισχύει για smartphone, drone, αισθητήρες και πολλές άλλες συσκευές.
Επιπλέον, η εξόρυξη λιθίου είναι μια περιβαλλοντικά καταστροφική διαδικασία και το λίθιο θα μπορούσε να αποτελέσει ρύπο στο μέλλον.
Γι’ αυτό οι επιστήμονες εξετάζουν εδώ και χρόνια τη χρήση της ραδιενεργού διάσπασης, μιας διαδικασίας που διαρκεί εκατοντάδες ή ακόμη και δεκάδες χιλιάδες χρόνια, ως καλύτερη εναλλακτική που δεν θα απαιτούσε ποτέ επαναφόρτιση των συσκευών.
Επειδή όμως αυτές οι συσκευές θα ήταν ραδιενεργές, θα έπρεπε να πληρούν τα αυστηρότερα πρότυπα ασφαλείας.
Βήτα-Ραδιενέργεια
Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μορφές ραδιενέργειας. Από αυτές, η διάσπαση γάμμα είναι η πιο επικίνδυνη, καθώς εκπέμπει πολύ ισχυρές ακτίνες γάμμα που μπορούν να προκαλέσουν καρκίνο και άλλες βλάβες.
Πηγή: Compound Chem
Οι διασπάσεις άλφα και βήτα είναι πολύ λιγότερο επικίνδυνες και η ραδιενεργός ακτινοβολία τους μπορεί να ανακοπεί με ένα λεπτό στρώμα αλουμινίου ή ακόμη και με απλό χαρτί.
Επιλογή του σωστού ισότοπου
Το είδος της ραδιενεργού δραστηριότητας εξαρτάται από το ραδιενεργό στοιχείο και τα ισότοπά του, επομένως ορισμένες πηγές ενέργειας είναι πολύ ασφαλέστερες από άλλες. Για τον λόγο αυτό, υλικά όπως το ουράνιο δεν είναι κατάλληλα για μικρές πυρηνικές μπαταρίες.
Αντίθετα, ο άνθρακας-14, ένα φυσικό ισότοπο του άνθρακα που χρησιμοποιείται συχνά στη χρονολόγηση, θα αποτελούσε κατάλληλη επιλογή.
Ένα επιπλέον πλεονέκτημα είναι ότι ο άνθρακας-14 παράγεται ήδη από τον υφιστάμενο στόλο πυρηνικών σταθμών, γεγονός που τον καθιστά φθηνό, άμεσα διαθέσιμο και εύκολο στην ανακύκλωση. Τέλος,
«Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω ένα ραδιενεργό ισότοπο του άνθρακα επειδή παράγει μόνο ακτίνες βήτα. Και επειδή ο ραδιενεργός άνθρακας διασπάται πολύ αργά, μια μπαταρία που τροφοδοτείται από αυτόν θα μπορούσε θεωρητικά να διαρκέσει χιλιετίες.»
Καθ. Su-Il In – Καθηγητής στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Daegu Gyeongbuk
Τεχνολογία Βεταβολταϊκών
Η αξιοποίηση της διάσπασης βήτα για παραγωγή ενέργειας δεν είναι εντελώς νέα ιδέα και είναι γνωστή ως βηταβολταϊκή τεχνολογία, όπου ένα σωματίδιο βήτα αντικαθιστά τα φωτόνια που χρησιμοποιούνται στα κλασικά φωτοβολταϊκά.
Στα βηταβολταϊκά, αντί για φωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο προσκρούει σε έναν ημιαγωγό και παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Το υλικό του ημιαγωγού είναι το βασικό στοιχείο, καθώς η απόδοσή του καθορίζει τη συνολική αποδοτικότητα μετατροπής ενέργειας. Μέχρι σήμερα, οι βηταβολταϊκοί ημιαγωγοί είχαν πολύ χαμηλή απόδοση ή ήταν υπερβολικά εύθραυστοι για να διαρκέσουν όσο το πυρηνικό καύσιμο.
Ημιαγωγός Διοξειδίου του Τιτανίου
Ο καθηγητής In και η ομάδα του χρησιμοποίησαν διοξείδιο του τιτανίου, ένα υλικό που συναντάται συχνά στα ηλιακά στοιχεία, και πρόσθεσαν μια χρωστική με βάση το ρουθήνιο. Για να κάνουν αρκετά ισχυρό τον δεσμό ανάμεσα στη χρωστική και τον ημιαγωγό, εφάρμοσαν επεξεργασία με κιτρικό οξύ.
Όταν η χρωστική ρουθηνίου χτυπηθεί από ένα σωματίδιο βήτα, δηλαδή ένα ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας, δημιουργεί μια αλληλουχία αντιδράσεων μεταφοράς ηλεκτρονίων που ονομάζεται χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων. Στη συνέχεια, το διοξείδιο του τιτανίου συλλέγει τα παραγόμενα ηλεκτρόνια και τα μετατρέπει σε αξιοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια.
Θεραπεία Και των Δύο Ηλεκτροδίων
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η απόδοση της διαδικασίας μπορεί να αυξηθεί θεαματικά αν η χρωστική ρουθηνίου τοποθετηθεί τόσο στην κάθοδο όσο και στην άνοδο της πυρηνικής μπαταρίας.
Σε σύγκριση με προηγούμενο σχεδιασμό που είχε ραδιενεργό άνθρακα μόνο στην κάθοδο, η αποδοτικότητα μετατροπής ενέργειας αυξήθηκε σημαντικά, από 0,48% σε 2,86%.
Εφαρμογές
Επειδή το σύστημα πιθανότατα θα είναι προς το παρόν ακριβότερο από μια συμβατική μπαταρία, οι πρώτες εφαρμογές του θα βρίσκονται εκεί όπου η αποφυγή αντικατάστασης ή επαναφόρτισης της πηγής ενέργειας προσφέρει τη μεγαλύτερη αξία.
Για παράδειγμα, βηματοδότες και άλλα ιατρικά εμφυτεύματα θα μπορούσαν να τροφοδοτούνται εφ’ όρου ζωής από τέτοιες βηταβολταϊκές μπαταρίες.
Αισθητήρες σε ευαίσθητα ή εχθρικά περιβάλλοντα, όπως πυρηνικοί αντιδραστήρες, εργοστάσια, μεγάλα βάθη της θάλασσας ή το βαθύ διάστημα, θα μπορούσαν επίσης να ωφεληθούν σημαντικά από αυτή την ιδέα.
Περαιτέρω Βελτίωση
Αυτή η τεχνολογία και η εντυπωσιακή αύξηση της απόδοσης προστίθενται σε άλλες έρευνες που επιδιώκουν να αξιοποιήσουν τη ραδιενεργό διάσπαση για παραγωγή ενέργειας χωρίς πυρηνικό αντιδραστήρα. Για παράδειγμα, συζητήσαμε πρόσφατα την ιδέα της χρήσης πυρηνικών αποβλήτων για την παραγωγή ενός άλλου τύπου πυρηνικής μπαταρίας.
Ο καθηγητής In υποστηρίζει ότι η περαιτέρω βελτιστοποίηση του σχήματος του πομπού ακτίνων βήτα και η ανάπτυξη αποδοτικότερων απορροφητών θα μπορούσαν να ενισχύσουν την απόδοση της μπαταρίας και να αυξήσουν την παραγωγή ισχύος.
Συνολικά, η τεχνολογία αυτή είναι πιθανό να συνεχίσει να βελτιώνεται όσο προοδεύει η κατανόησή μας για τους ημιαγωγούς και τα σπάνια μέταλλα.
Επένδυση στην Πυρηνική Ενέργεια
Cameco – Westinghouse Electric Company
CCJ Διάγραμμα τιμής
Το 2022, η Cameco αποφάσισε να αποκτήσει το 49% της Westinghouse, της κορυφαίας κατασκευάστριας πυρηνικών σταθμών στις ΗΠΑ, μαζί με τον επενδυτικό κολοσσό Brookfield, ο οποίος απέκτησε το 51%.
Η εταιρεία διαθέτει έναν τεράστιο κλάδο παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας και ενέργειας χαμηλών εκπομπών μέσω της αξίας 19 δισ. δολαρίων Brookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) (BEPC ) (BEP ). Η Brookfield Corporation (BN ) είναι συνολικά ένας κολοσσός διαχείρισης περιουσιακών στοιχείων με σχεδόν ένα τρισ. δολάρια υπό διαχείριση.
Αυτό σημαίνει ότι η Westinghouse θα έχει πλέον πρόσβαση σε μια πολύ μεγάλη δεξαμενή κεφαλαίων, κάτι που συχνά αποτελεί πρόβλημα για τους κατασκευαστές πυρηνικών αντιδραστήρων, καθώς τα νέα έργα απαιτούν πολυετείς επενδύσεις πριν αρχίσουν να αποφέρουν έσοδα.
Παρότι τα έσοδα αργούν περισσότερο να εμφανιστούν, μόλις ξεκινήσει η κατασκευή ένας νέος αντιδραστήρας αποφέρει έσοδα στη Westinghouse από το 6ο έτος μετά τις μελέτες σχεδιασμού και μηχανικής, και συνεχίζει καθ’ όλη τη διάρκεια του έργου για περισσότερα από 10 χρόνια.
Πηγή: Cameco
Βασικός πυλώνας της Westinghouse είναι ο δοκιμασμένος σχεδιασμός αντιδραστήρα AP1000, με 6 μονάδες σε λειτουργία και 6 υπό κατασκευή, καθώς και το πρότυπο CANDU της εταιρείας, ένα από τα πιο διαδεδομένα στον κόσμο.
Εργάζεται επίσης πάνω στον μικρό αρθρωτό αντιδραστήρα AP300, ο οποίος είναι πιθανό να εγκατασταθεί στη Σλοβακία, τη Φινλανδία και τη Σουηδία, καθώς και στον μικροαντιδραστήρα e-Vinci, γεγονός που δείχνει τη συνεχή καινοτομία της εταιρείας και την προσαρμογή της στις νεότερες τάσεις του κλάδου.
Πηγή: Westinghouse
Η Westinghouse διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο σε μεγάλο μέρος της πυρηνικής εφοδιαστικής αλυσίδας. Λόγω των αυστηρών κανονισμών, αυτά τα εξαρτήματα και ο εξοπλισμός θα είναι απαραίτητα για κάθε νέο σταθμό, είτε συμβατικό είτε SMR.
Συνολικά, ακόμη κι αν λυθεί το πρόβλημα προσφοράς ουρανίου και οι τιμές του καταρρεύσουν, η συμμετοχή στη Westinghouse θα πρέπει να επιτρέψει στην Cameco να επωφεληθεί από τη συνεχιζόμενη πυρηνική αναγέννηση για τουλάχιστον αρκετές δεκαετίες.
Η υπόλοιπη δραστηριότητα της Cameco αφορά την εξόρυξη ουρανίου και είναι επίσης πιθανό να ωφεληθεί από την αναγέννηση της πυρηνικής ενέργειας. Τα κυριότερα μεταλλευτικά της περιουσιακά στοιχεία βρίσκονται στον Καναδά και το Καζακστάν.
Ιστορικά, οι εταιρείες ουρανίου και πυρηνικών αντιδραστήρων έχουν επηρεαστεί από τον φόβο πυρηνικών καταστροφών και τις ανησυχίες για τα πυρηνικά απόβλητα.
Καθώς ωριμάζουν νεότεροι και ασφαλέστεροι σχεδιασμοί και τα πυρηνικά απόβλητα μετατρέπονται από πρόβλημα σε πολύτιμο πόρο, αυτό δεν θα πρέπει πλέον να αποτελεί εμπόδιο. Σε αυτό περιλαμβάνεται η παραγωγή άνθρακα-14 για βηταβολταϊκές εφαρμογές, η οποία θα μπορούσε να γίνει πρόσθετο προϊόν των σταθμών της Westinghouse.
Επιπλέον, η στροφή προς περισσότερες πηγές ενέργειας χαμηλών εκπομπών, ενώ οι ανανεώσιμες πηγές δεν έχουν ακόμη λύσει πλήρως το πρόβλημα της διαλείπουσας παραγωγής, ιδιαίτερα τον χειμώνα, θα πρέπει να βοηθήσει την πυρηνική ενέργεια να επιστρέψει δυναμικά.
(Αν ενδιαφέρεστε περισσότερο για το δυναμικό της ζήτησης των στοιχείων που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη, μπορείτε επίσης να συμβουλευτείτε την αναφορά μας για επένδυση σε τιτάνιο)
Τελευταία Ειδήσεις για Cameco-Westinghouse Electric Company
