Veilige, Compacte Kernbatterij Kan Energieopslag Revolutioneren

Kernenergie In Alles?

Toen kernenergie een praktische technologie werd, gaf het hoop dat de energie die tot nu toe alleen was gebruikt om wereldvernietigende bommen te creëren, ook dezelfde beschaving kon redden van uitputting van hulpbronnen.

Aangezien klimaatverandering een groeiende zorg is, ondergaat kernenergie een renaissance, omdat het een beschikbare, schaalbare en koolstofarme energiebron is die de kloof kan overbruggen totdat hernieuwbare energie en batterijen klaar zijn om fossiele brandstoffen te vervangen. En nieuwe kerncentrale-ontwerpen zijn in aantocht die het goedkoper, veiliger en flexibeler kunnen maken, zoals we hebben uitgelegd in “Update over SMR’s (Kleine Modulaire Reactor) – Nog Steeds De Toekomst Van Kernenergie” en “De 4e Generatie Van Kernenergie: Goedkoper, Schoner, Veiliger”.

Echter, deze grote kerncentrales zijn niet hoe sciencefiction-schrijvers oorspronkelijk kernenergie voor ogen hadden. Leidende denkers zoals Isaac Asimov waren veel ambitieuzer en stelden zich miniaturized kernenergie-generatoren voor die in treinen, auto’s en zelfs kleinere apparaten konden passen, waardoor het idee om ze op te laden of bij te tanken in principe overbodig zou zijn.

Een stap in deze richting wordt genomen met de presentatie van kernbatterijen die klein genoeg zijn om kleine elektronische apparaten van stroom te voorzien. En het zou dit doen op een veilige manier.

Dit onderzoek werd gepresenteerd op de lente-vergadering van de American Chemical Society (ACS) door Su-Il In, een professor aan het Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (Zuid-Korea), onder de titel “Next generation battery: Highly efficient and stable C14 dye-sensitized betavoltaic cell”.

Source: Asia Research News

De Beperking Van De Batterij

De meeste elektronische apparaten van vandaag zijn beperkt in hun capaciteit door hun batterij, meestal met lithium-ion-technologie. Dit is waar voor smartphones, drones, sensoren, enz.

Bovendien is het delven van lithium een milieubedreigende proces, en lithium kan in de toekomst een verontreiniging worden.

Dus wetenschappers hebben lange tijd de alternatieve optie overwogen om radioactief verval te gebruiken, een proces dat honderden of zelfs tienduizenden jaren duurt, als een betere optie, die geen opladen van apparaten zou vereisen.

Beta-Radioactiviteit

Er zijn veel verschillende vormen van radioactiviteit. Van deze, is gamma-verval het gevaarlijkst, omdat het zeer krachtige gammastralen uitzendt, die kanker en andere schade kunnen veroorzaken.

Source: Compound Chem

Alpha- en beta-verval zijn veel minder gevaarlijk, en de radioactieve emissies kunnen worden gestopt met een dunne laag aluminium of zelfs alleen maar papier.

Source: Western Oregon University

Het Kiezen Van Het Juiste Isotoop

Welke radioactieve activiteit optreedt, is afhankelijk van het radioactieve element en zijn isotopen, dus sommige energiebronnen zijn veel veiliger dan anderen. Om deze reden zouden materialen zoals uranium geen goede match zijn voor kleine kernbatterijen.

Echter, koolstof-14, een natuurlijk voorkomend isotoop van koolstof, vaak gebruikt in dateringstechnieken, zou een goede match zijn.

Een extra voordeel is dat koolstof-14 wordt geproduceerd door de bestaande vloot van kerncentrales, waardoor het goedkoop, gemakkelijk beschikbaar en makkelijk te recyclen is. Ten slotte,

“Ik besloot om een radioactief isotoop van koolstof te gebruiken omdat het alleen maar bèta-stralen genereert. En omdat radiokoolstof heel langzaam afbreekt, kan een radiokoolstof-batterij theoreticsch gezien millennia lang meegaan.”

Pr. Su-Il In – Professor aan het Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology

Betavoltaïsche Technologie

Het gebruik van bèta-verval voor energiegewinning is geen geheel nieuw concept en wordt betavoltaïsch genoemd, waarbij een bèta-deeltje de fotonen vervangt die in klassieke fotovoltaïsche cellen worden gebruikt.

In betavoltaïsche cellen treft een elektron in plaats van een foton een halfgeleider, waardoor elektriciteit wordt gegenereerd.

Dit halfgeleidermateriaal is het belangrijkste onderdeel, omdat de efficiëntie ervan de algehele energietransformatie-efficiëntie bepaalt. Tot nu toe zijn betavoltaïsche halfgeleiders heel laag in efficiëntie of te broos om zo lang mee te gaan als de kernbrandstof.

Titaniumdioxide-Halfgeleider

Prof. In en zijn team gebruikten een materiaal dat gewoonlijk in zonnecellen wordt gebruikt, titaniumdioxide, en voegden een ruthenium-gebaseerde kleurstof toe. Om de binding tussen de kleurstof en het halfgeleidermateriaal solide genoeg te maken, gebruikten ze een citroenzuurbehandeling.

De ruthenium-kleurstof, wanneer getroffen door een bèta-deeltje (een krachtig elektron), creëert een cascade van elektronoverdrachtsreacties, genaamd een elektronavalanche. Het titaniumdioxide verzamelt dan de gegenereerde elektronen en zet ze om in bruikbare elektriciteit.

Beide Elektroden Behandelen

De onderzoekers ontdekten dat de efficiëntie van het proces radicaal kon worden verhoogd door de ruthenium-kleurstof op zowel de anode als de kathode van de kernbatterij aan te brengen.

In vergelijking met een eerdere ontwerp met radiokoolstof alleen op de kathode, leidde dit tot een veel hogere energietransformatie-efficiëntie, van 0,48% tot 2,86%.

Toepassingen

Omdat dit systeem voorlopig waarschijnlijk duurder is dan een gewone batterij, zal het zijn eerste toepassingen vinden waar het niet vervangen of opladen van de energiebron het meest nuttig is.

Bijvoorbeeld, pacemakers en andere medische implantaten konden voor een leven lang worden aangedreven met dergelijke betavoltaïsche batterijen.

Sensoren in gevoelige of vijandige omgevingen, zoals kernreactoren, fabrieken, de diepe zee of de diepe ruimte, konden ook enorm profiteren van dit concept.

Verdere Verbetering

Deze technologie en de indrukwekkende toename in efficiëntie sluiten aan bij andere onderzoeken die radioactief verval voor energiegewinning willen gebruiken zonder een kernreactor. Bijvoorbeeld, we bespraken onlangs het idee om kernafval om te zetten in een andere soort kernbatterij.

Prof. In suggereert dat verdere inspanningen om de vorm van de bèta-straler te optimaliseren en meer efficiënte bèta-stralingsabsorbeurs te ontwikkelen, de prestaties van de batterij kunnen verbeteren en de energiegewinning kunnen verhogen.

Investeren In Kernenergie

Cameco – Westinghouse Electric Company

In 2022, nam Cameco de beslissing om 49% controle te verwerven in Westinghouse, de toonaangevende bouwer van kerncentrales in de VS, samen met een grote investeringsmaatschappij, Brookfield (51% controle).

Het bedrijf heeft een enorme afdeling voor hernieuwbare/laag-koolstofenergieproductie in de vorm van $19B Brookfield Renewable Partners(BEP ). Brookfield Corporation als geheel is een enorm assetbeheerbedrijf met bijna een triljoen dollar onder beheer.

Dit betekent dat Westinghouse nu toegang heeft tot een zeer diepe pool van kapitaal, iets dat vaak een probleem is voor kernreactorbouwers, omdat nieuwe projecten jaren van investeringen vereisen voordat ze inkomsten genereren.

Terwijl het langer duurt om inkomsten te genereren, zal een nieuwe reactor inkomsten voor Westinghouse genereren vanaf het 6e jaar na ontwerp- en ingenieursstudies en zal dit doen voor de gehele duur van het bouwproject, een periode van meer dan 10 jaar.

Source: Cameco

Westinghouse’s werkpaard is de beproefde AP1000-reactorontwerp (6 in bedrijf en 6 in aanbouw), met het gebruik van het bedrijf’s CANDU-standaard, een van de meest voorkomende in de wereld.

Het werkt ook aan de AP300-kleine modulaire reactor, die waarschijnlijk zal worden ingezet in Slovakije, Finland en Zweden, en de microreactor e-Vinci, wat illustreert hoe het bedrijf continue innovaties doorvoert en hoe het bijhoudt met de laatste trends in de industrie.

Source: Westinghouse

Westinghouse is instrumenteel in een groot deel van de kernenergieketen. Vanwege strikte regelgeving zullen dergelijke onderdelen en apparatuur voor elke nieuwe kerncentrale vereist zijn, zowel traditioneel als SMR.

Al met al, zelfs als het probleem met uranium wordt opgelost en de uraniumprijs daalt, zou het bezit van Westinghouse Cameco in staat moeten stellen om te profiteren van de voortdurende kernenergie-renaissance voor meerdere decennia.

De rest van Cameco is een uraniummijnbouwbedrijf, dat waarschijnlijk ook zal profiteren van de voortdurende renaissance van kernenergie. De belangrijkste mijnbouwactiva zijn gelegen in Canada en Kazachstan.

Historisch gezien hebben uranium- en kernreactorbedrijven geleden onder de angst voor kernrampen en zorgen over kernafval.

Naarmate nieuwere en veiligere ontwerpen volwassen worden en kernafval een waardevolle grondstof wordt in plaats van een probleem, zou dit geen probleem meer moeten zijn. Dit omvat de productie van koolstof-14 voor betavoltaïsche toepassingen, die een extra productie van Westinghouse-kerncentrales zou kunnen worden.

Bovendien zou de drang naar meer koolstofarme energiebronnen, terwijl hernieuwbare energiebronnen nog niet volledig het probleem van intermittentie oplossen, vooral in de winter, moeten helpen om kernenergie een krachtige comeback te geven.

(Als u meer geïnteresseerd bent in het potentieel voor de vraag naar de elementen die in deze studie worden gebruikt, kunt u ook ons rapport over investeren in titanium raadplegen)

Laatste Nieuws Over Cameco-Westinghouse Electric Company