Energia
Betonikondensaattorit: Energian varastoinnin tulevaisuus
Lisää Securities.io suosikkilähteisiisi Google-palvelussa
Sähkön varastointi betonikondensaattoreissa
Energiavarastoinnissa huomio keskittyy akkuihin. Litiumionitekniikan lisäksi kehitetään ja kaupallistetaan nyt natriumioni-, kiinteäelektrolyytti- ja muita vaihtoehtoisia akkukemioita.
Kaikki nämä akut varastoivat sähkön kemiallisesti ja kuljettavat varausta yleensä metalli-ionien avulla.
Lähde: Let’s Talk Science
Sähköä voi varastoida myös toisella tavalla: superkondensaattorilla.
Akku varastoi varauksen metalli-ioneihin, kun taas super- ja ultrakondensaattori pitää sen johtavan materiaalin pinnalla.
Lähde: Sinovoltaics
Pinnalla oleva energia voidaan ottaa käyttöön erittäin nopeasti, joten kondensaattori latautuu ja purkautuu nopeasti. Akun nopeutta rajoittavat kemialliset reaktiot.
Kondensaattorit ovat jääneet niche-tuotteiksi, koska ne varastoivat akkuja vähemmän energiaa ja tarvitsevat usein kalliimpia materiaaleja.
MIT:n neljän tutkijan betonikondensaattorit voivat muuttaa tilanteen ja tehdä rakennuksista sekä teistä valtavia akkuja.
Uusi ratkaisu julkaistiin PNAS-lehdessä nimellä ”Suuren energiatiheyden hiili-sementtisuperkondensaattorit rakennusten energiavarastoina”.
Kondensaattorien sovellukset
Kondensaattorien pieni kapasiteetti on rajoittanut suurta ja pitkäaikaista varastointia niiden erinomaisesta kestävyydestä huolimatta.
Ne kestävät vahingoittumatta nopeita varauksen muutoksia ja korkeita jännitteitä, joten ne sopivat hetkellisiin tehopiikkeihin.
Superkondensaattoreita käytetään autoissa, junissa, nostureissa ja hisseissä lyhytaikaiseen varastointiin, regeneratiiviseen jarrutukseen ja huipputehoon.
Kokonaisenergia ei välttämättä ole suuri, mutta teho ja nopeus ovat.
Sähköverkoissa ne paikkaavat sekunneista minuutteihin kestäviä tehovajeita ja latautuvat nopeasti.
Betonikondensaattorien parantaminen
Betonin energian varastointi
Akun kapasiteettia rajoittavat yleensä sähkökemiallisten reaktioiden energiaero ja reaktiivisen metallin määrä.
Kondensaattorin raja on materiaalin pinta-ala, joten huokoisin materiaali kantaa eniten varausta.
Moniaineiset ja polymeroituneet, runsaasti huokosia sisältävät materiaalit sopivat siksi hyvin.
MIT:n tutkijat selvittivät jo 2023, voisiko betonin monimutkaisen mikrorakenteen muuttaa kondensaattoriksi.
Sementistä, vedestä, nanokokoisesta hiilimustasta ja elektrolyytistä syntyi elektroneja johtava hiilibetoni ec³.
Ec³:n hiilinanoverkko varastoi ja johtaa sähköä.
Betonin runsaus
Sementtiä ja betonia tuotetaan maailmassa enemmän kuin mitään muuta materiaalia: 1,7 miljardia kuutiometriä ja 4,1 miljardia tonnia vuodessa.
Lähde: Visual Capitalist
Jo pienen betoniosuuden muuttaminen varastoksi voisi mullistaa kotien, toimistojen ja kaupunkien energianhallinnan.
”Kestävän betonin avain on monitoimibetoni, joka yhdistää varastoinnin, itsekorjautuvuuden ja hiilen sitomisen.
Betoni on jo maailman käytetyin rakennusmateriaali, joten sen mittakaavaa kannattaa hyödyntää myös muissa tehtävissä.”
Admir Masic – Siviili- ja ympäristötekniikan apulaisprofessori (CEE) MIT:ssa.
ec³‑suorituskyvyn parantaminen
Energiatiheyden lisääminen
Vuoden 2023 prototyyppi tarvitsi 45 kuutiometriä ec³:tä, suunnilleen tavallisen kellarin betonimäärän, kattamaan kodin päivittäisen tarpeen.
Kustannukset ja käytännöllisyys tekivät määrästä kaupallisesti hankalan.
Uudet versiot varastoivat saman energian yhdeksäsosaan tilavuudesta eli viiteen kuutiometriin.
Pyyhkäise vierittääksesi →
| Teknologia | Energiatiheys | Lataus-/purkuvauhti | Elinikä | Keskeiset materiaalit |
|---|---|---|---|---|
| Litiumioniakku | 150–250 Wh/kg | Minuutit–tunnit | noin 2 000 sykliä | Litium, koboltti, nikkeli |
| Superkondensaattori | 5–10 Wh/kg | Sekunnit | yli 1 000 000 sykliä | Aktivoitu hiili |
| Betonikondensaattori (ec³) | noin 50 Wh/kg (ennuste) | Sekunnit–minuutit | yli 100 000 sykliä | Sementti, hiilimusta, elektrolyytti |
Syväanalyysi
Suorituskyky saavutettiin poistamalla ec³:stä ohuita kerroksia ionisuihkulla ja tutkimalla niitä FIB-SEM-tomografialla.
Johtava nanoverkko muodostaa fraktaalimaisen verkon huokosten ympärille, jolloin elektrolyytti tunkeutuu sisään ja virta kulkee.
Tiimi testasi eri elektrolyyttien ja pitoisuuksien vaikutusta energiatiheyteen.
”Ec³:lle löytyy laaja joukko mahdollisia elektrolyyttejä.
Myös merivesi toimii, joten materiaali voisi sopia rannikko- ja merirakenteisiin, kuten merituulipuistojen tukiin.”
Orgaaniset elektrolyytit toimivat parhaiten, kun desinfiointiaineissakin esiintyviä kvaternaarisia ammoniumsuoloja sekoitettiin asetonitriiliin.
Betoniakkujen parempi valmistus
Aiemmin ec³-elektrodit kovetettiin ja liotettiin elektrolyytissä. Nyt elektrolyytti voidaan lisätä suoraan sekoitusveteen.
Näin voitiin valaa paksumpia, enemmän energiaa varastoivia elektrodeja.
Tiimi rakensi pienen ec³-betonikaaren osoittamaan rakenteen ja varastoinnin yhteistoimintaa.
Yhdeksällä voltilla kaari kantoi oman ja lisäkuorman samalla kun se syötti LED-valoa.
Rakenteellisen eheyden automaattinen seuranta
Kun kaaren varausta lisättiin, valo alkoi vilkkua betonin vaurioitumisen ja varastoinnin heikkenemisen merkiksi.
Näin rakennevaurio voidaan havaita ennen näkyviä halkeamia.
”Ec³-rakenne voi valvoa itseään: rakennusmittakaavan kaaren teho saattaa vaihdella esimerkiksi kovan tuulen rasituksessa.
Signaali voisi kertoa rasituksen ajankohdan ja voimakkuuden tai valvoa rakenteen kuntoa reaaliajassa.”
Admir Masic – Siviili- ja ympäristötekniikan apulaisprofessori (CEE) MIT:ssa.
Itselämpenevä betoni
Betoni sekä varastoi sähköä että johtaa lämpöä hyvin. Sitä on käytetty Sapporossa jään sulattamiseen vaihtoehtona suolaukselle.
Varastoitu energia voidaan vapauttaa lämpönä teiden, jalkakäytävien ja polkujen sulattamiseen.
Betoniparistojen ja energian varastoinnin tulevaisuus
Verkkotason varastot on tähän asti nähty lämpö-, vety- tai halpoihin natrium-, rauta- ja alumiinimateriaaleihin perustuvina akkuina.
Jos varastointi kasvatetaan teollisen yhteiskunnan aurinkotarpeisiin, kaikkialla oleva betoni voi olla ihanteellinen.
Se käyttää vähän harvinaisia aineita, kun vaihtoehtoisetkin akut tarvitsevat paljon kuparia.
Lisäksi se sulautuu kaupunkeihin ja rakennuksiin luontevasti.
Tiimi kehittää sähköautoja lataavia pysäköintipaikkoja ja teitä sekä täysin verkosta riippumattomia koteja.
Tavallisen betonin lujuus mahdollistaa suoran korvaamisen ilman akkupuistojen lisätilaa ja rakennustöitä.
”Yhdistämällä nanotekniikan ikivanhaan rakennusmateriaaliin luomme infrastruktuuria, joka sekä kantaa että tuottaa energiaa.”
Admir Masic – Siviili- ja ympäristötekniikan apulaisprofessori (CEE) MIT:ssa.
Kestävämpään sementtiin sijoittaminen
CRH Hintakaavio
CRH on maailman johtavia sementinvalmistajia ja tärkeä rakennusalan kestävöittäjä. Se on toimitusmäärältään ykkönen Yhdysvalloissa ja Euroopassa.
Yhtiö toimii 28 maassa 3 390 paikassa ja työllistää 78 500 ihmistä. CRH Americas tuottaa 65 % myynnistä.
Lähde: CRH
Länsimaiden infrastruktuurimenot, teollistaminen ja korkean teknologian tuotannon kotiuttaminen tukevat kasvua.
CRH:n kestävyys- ja hiilineutraalisuusstrategia
CRH on edistynyt kestävyydessä useilla toimilla:
- Se on Pohjois-Amerikan suurin kierrättäjä ja käsitteli 43,9 miljoonaa tonnia jätettä vuonna 2023.
- CO2-päästöt laskivat 8 %, kun sementtitehtaiden polttoaineista 36 % oli vaihtoehtoisia.
- Tavoitteena on 30 % pienemmät päästöt vuoteen 2030 mennessä vuoden 2021 tasosta.
Toimet ovat kiitettäviä, mutta niitä voidaan pitää liian vähäisinä ja myöhäisinä.
CRH vauhdittaa myös perustavaa muutosta. Se sijoitti Holcimin kanssa 75 miljoonaa dollaria vähähiiliseen Sublime-yhtiöön.
MIT:stä vuonna 2020 irtautunut Sublime Systems valmistaa sementtiä elektrolyysillä huoneenlämmössä ja välttää energiaintensiiviset uunit sekä kalkkikiven CO2-päästöt.
Holyoken ensimmäinen kaupallinen laitos voi avautua 2026 ja mahdollistaa vähäpäästöisen betonin suuren mittakaavan.
”Sublime uudistaa koko sementtiprosessin puhtaasta sähköstä hiilettömiin raaka-aineisiin. Investointi tukee Holcimin strategiaa nopeuttaa rakentamisen hiilineutraaliutta innovaatioilla.”
Nollaig Forrest – Holcimin kestävän kehityksen johtaja
CRH sijoitti myös muihin hiilineutraaliusyrityksiin:
- 23,7 miljoonaa euroa Cool Planet Technologiesiin, joka kehittää hiilentalteenottoa vaikeille teollisuudenaloille.
- 34,7 miljoonaa dollaria Carbon Upcycling Technologiesiin, jonka sähköinen mineralisointi sitoo CO2:n pysyvästi sivutuotteisiin.
- AICrete, tekoälyä käyttävä ”resepti palveluna” -alusta, joka optimoi paikalliset materiaalit ja vähentää sementtiä, kustannuksia sekä CO2-jalanjälkeä.
- FIDO AI:n Series B -rahoitus; yhtiö vähentää vedenkulutusta tekoälyllä.
CRH on kannattava markkinajohtaja, joka valmistelee alan hiilineutraaliutta sekä omissa laitoksissaan että rahoittamalla uuden teknologian yrityksiä.
Viimeisimmät CRH Plc (CRH) -osakkeen uutiset ja kehitykset
