Ligtas, Compact na Nuclear Battery Maaaring Magbago sa Pag-iimbak ng Enerhiya

Nuclear Power Sa Lahat?

Nang maging praktikal na teknolohiya ang pagbuo ng enerhiyang nuklear, nagbigay ito ng pag-asang ang enerhiyang dati ay ginamit lamang sa paggawa ng mga bombang kayang wakasan ang mundo ay maaari ring magligtas sa parehong kabihasnan mula sa pagkaubos ng mga yaman.

Habang lumalaki ang pag-aalala sa pagbabago ng klima, muling sumisigla ang enerhiyang nuklear dahil isa itong magagamit, napapalawak, at mababang-carbon na mapagkukunan ng enerhiya na maaaring pumuno sa agwat hanggang handa nang palitan ng mga renewable at baterya ang fossil fuel. Dumarating din ang mga bagong disenyo ng plantang nuklear na maaaring gawing mas mura, mas ligtas, at mas flexible ang teknolohiya, gaya ng ipinaliwanag namin sa “Update sa mga SMR (Small Modular Reactor) – Kinabukasan pa rin ng Enerhiyang Nuklear” at “Ang Ika-4 na Henerasyon ng Enerhiyang Nuklear: Mas Mura, Mas Malinis, Mas Ligtas”.

Gayunman, hindi ganito inilarawan noon ng mga manunulat ng science fiction ang enerhiyang nuklear. Mas ambisyoso ang mga palaisip tulad ni Isaac Asimov: inisip nila ang maliliit na nuclear generator na kasya sa mga tren, kotse, at mas maliliit pang aparato, kaya halos hindi na kailangang i-recharge o lagyan muli ng gatong ang mga ito.

Isang hakbang tungo rito ang pagpapakilala ng mga nuclear battery na sapat na maliit upang ligtas na magpaandar ng maliliit na elektronikong aparato.

Iniharap ang pananaliksik na ito sa pulong sa tagsibol ng American Chemical Society (ACS) ni Su-Il In, propesor sa Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology sa South Korea, sa pamagat na “Baterya ng susunod na henerasyon: napakahusay at matatag na C14 dye-sensitized betavoltaic cell”.

Pinagmulan: Asia Research News

Ang Limitasyon ng Baterya

Nalilimitahan ngayon ng kanilang baterya ang kapasidad ng karamihan sa mga elektronikong aparato, na karaniwang gumagamit ng teknolohiyang lithium-ion. Totoo ito para sa mga smartphone, drone, sensor, at iba pa.

Dagdag pa rito, nakapipinsala sa kapaligiran ang pagmimina ng lithium, at maaari ring maging pollutant ang lithium sa hinaharap.

Kaya matagal nang isinasaalang-alang ng mga siyentipiko ang radioactive decay, isang prosesong tumatagal nang daan-daan o maging sampu-sampung libong taon, bilang mas mahusay na alternatibong maaaring tuluyang mag-alis ng pangangailangang i-recharge ang mga aparato.

Gayunman, dahil magiging radioactive ang gayong mga aparato, kailangang matugunan ang pinakamahigpit na pamantayan sa kaligtasan.

Beta-Radyoaktibidad

Maraming iba’t ibang anyo ng radioactivity. Pinakamapanganib dito ang gamma decay dahil naglalabas ito ng napakalalakas na gamma ray na maaaring magdulot ng kanser at iba pang pinsala.

Pinagmulan: Compound Chem

Di-hamak na mas ligtas ang alpha at beta decay, at mapipigil ang kanilang radioactive emission sa pamamagitan ng manipis na patong ng aluminum o kahit papel lamang.

Pinagmulan: Western Oregon University

Pagpili ng Tamang Isotopo

Nakadepende sa radioactive element at mga isotope nito ang uri ng radioactive activity, kaya mas ligtas ang ilang pinagmumulan ng enerhiya kaysa sa iba. Dahil dito, hindi angkop ang mga materyal tulad ng uranium para sa maliliit na nuclear battery.

Sa kabilang banda, ang carbon-14, isang likas na isotope ng carbon na madalas gamitin sa mga pamamaraan ng pagtukoy ng edad, ay magiging angkop na materyal.

Isa pang bentahe ang katotohanang nalilikha na rin ang carbon-14 ng mga kasalukuyang plantang nuklear, kaya mura, madaling makuha, at madaling i-recycle ito. Panghuli,

“Nagpasya akong gumamit ng radioactive isotope ng carbon dahil beta ray lamang ang nalilikha nito. At dahil napakabagal mabulok ng radiocarbon, sa teorya ay maaaring tumagal nang libu-libong taon ang bateryang pinapagana nito.”

Prof. Su-Il In – Propesor sa Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology

Teknolohiyang Betavoltaic

Hindi ganap na bagong konsepto ang paggamit ng beta decay sa pagbuo ng kuryente. Tinatawag itong betavoltaic, kung saan pinapalitan ng beta particle ang mga photon na ginagamit sa karaniwang photovoltaic.

Sa betavoltaic, electron sa halip na photon ang tumatama sa semiconductor, na nagreresulta sa paglikha ng kuryente.

Mahalaga ang semiconductor material dahil ang kahusayan nito ang magtatakda sa kabuuang antas ng energy conversion. Hanggang ngayon, napakababa ng kahusayan ng mga betavoltaic semiconductor o kaya ay napakarupok ng mga ito upang tumagal nang kasinghaba ng nuclear fuel.

Semiconductor na Titanium Dioxide

Gumamit si Prof. In at ang kaniyang pangkat ng titanium dioxide, isang materyal na karaniwang ginagamit sa mga solar cell, at nagdagdag sila ng ruthenium-based dye. Gumamit sila ng citric acid treatment upang maging sapat na matibay ang pagkakabuklod ng dye at semiconductor.

Kapag tinamaan ng beta particle, isang electron na may mataas na enerhiya, ang ruthenium dye ay lumilikha ng sunod-sunod na electron transfer reaction na tinatawag na electron avalanche. Pagkatapos ay kinokolekta ng titanium dioxide ang mga nabuong electron at ginagawang magagamit na kuryente.

Pagtratrato sa Parehong Electrodes

Natuklasan ng mga mananaliksik na maaaring lubhang mapataas ang kahusayan ng proseso sa pamamagitan ng paglalagay ng ruthenium dye sa cathode at anode ng nuclear battery.

Kung ihahambing sa naunang disenyong may radiocarbon lamang sa cathode, mas mataas ang naging kahusayan sa energy conversion, mula 0.48% hanggang 2.86%.

Mga Aplikasyon

Dahil malamang na mas mahal muna ang sistemang ito kaysa karaniwang baterya, ang mga unang aplikasyon nito ay yaong pinakamalaking pakinabang ang hindi pagpapalit o pag-recharge ng pinagmumulan ng kuryente.

Halimbawa, maaaring mapagana habang-buhay ng ganitong mga betavoltaic battery ang mga pacemaker at iba pang medikal na implant.

Malaki rin ang maitutulong ng konseptong ito sa mga sensor sa sensitibo o mapanganib na kapaligiran, tulad ng mga nuclear reactor, pabrika, kailaliman ng dagat, o kalawakan.

Karagdagang Pagpapabuti

Ang teknolohiyang ito at ang malaking pagtaas sa kahusayan ay bahagi ng iba pang pananaliksik na naglalayong gamitin ang radioactive decay sa pagbuo ng enerhiya nang walang nuclear reactor. Halimbawa, kamakailan naming tinalakay ang ideya ng paggamit ng nuclear waste upang makagawa ng isa pang uri ng nuclear battery.

Ayon kay Prof. In, ang karagdagang pag-optimize sa hugis ng beta-ray emitter at pagbuo ng mas mahusay na beta-ray absorber ay maaaring magpahusay sa performance ng baterya at magpalaki sa nalilikhang kuryente.

Sa kabuuan, malamang na patuloy na bubuti ang teknolohiyang ito kasabay ng pag-unlad ng ating pag-unawa sa mga semiconductor at bihirang metal.

Pamumuhunan sa Nuklear

Cameco – Westinghouse Electric Company

Noong 2022, nagpasya ang Cameco na bilhin ang 49% kontrol sa Westinghouse, ang nangungunang tagagawa ng mga plantang nuklear sa US, kasama ang malaking investment firm na Brookfield, na kumuha ng 51% kontrol.

Mayroon ang kumpanya ng napakalaking sangay sa renewable at mababang-carbon na pagbuo ng kuryente sa pamamagitan ng $19B na Brookfield Renewable Partners  (BEP.UN.TO ) (BEPC ) (BEP ). Ang Brookfield Corporation (BN ) sa kabuuan ay isang malaking kumpanya sa pamamahala ng asset na may halos isang trilyong dolyar na pinamamahalaan.

Nangangahulugan itong magkakaroon na ang Westinghouse ng access sa napakalaking kapital, na madalas maging hamon sa mga tagagawa ng nuclear reactor dahil nangangailangan ang mga bagong proyekto ng maraming taong pamumuhunan bago kumita.

Bagama’t mas matagal bago maging kita, sa sandaling simulan ang konstruksyon ay kumikita na ang Westinghouse mula sa bagong reactor simula sa ika-6 na taon pagkatapos ng mga pag-aaral sa disenyo at engineering, at nagpapatuloy ito sa buong proyektong konstruksyon nang mahigit 10 taon.

Pinagmulan: Cameco

Pangunahing produkto ng Westinghouse ang subok nang AP1000 reactor design, na may 6 na gumagana at 6 na ginagawa, kasama ang CANDU standard ng kumpanya, isa sa pinakakaraniwan sa mundo.

Gumagawa rin ito ng AP300 small modular reactor, na malamang ilalagay sa Slovakia, Finland, at Sweden, pati ang e-Vinci microreactor. Ipinapakita nito ang patuloy na inobasyon ng kumpanya at pagsabay sa pinakabagong trend sa industriya.

Pinagmulan: Westinghouse

Napakahalaga ng Westinghouse sa malaking bahagi ng nuclear supply chain. Dahil sa mahigpit na regulasyon, kakailanganin ang mga piyesa at kagamitang ito sa anumang bagong planta, tradisyonal man o SMR.

Sa kabuuan, kahit malutas ang problema sa suplay ng uranium at bumagsak ang presyo nito, dapat bigyang-daan ng pagmamay-ari sa Westinghouse na makinabang ang Cameco sa muling pagsigla ng enerhiyang nuklear sa loob ng ilang dekada.

Ang natitirang bahagi ng Cameco ay negosyo sa pagmimina ng uranium na malamang makinabang din sa muling pagsigla ng enerhiyang nuklear. Nasa Canada at Kazakhstan ang pangunahing mining asset nito.

Sa kasaysayan, naapektuhan ang mga kumpanya ng uranium at nuclear reactor ng takot sa sakunang nuklear at mga alalahanin tungkol sa nuclear waste.

Habang nahihinog ang mas bago at mas ligtas na disenyo at nagiging mahalagang yaman sa halip na problema ang nuclear waste, dapat mabawasan ang mga alalahaning ito. Kabilang dito ang paggawa ng carbon-14 para sa betavoltaic, na maaaring maging karagdagang produkto ng mga planta ng Westinghouse.

Dagdag pa rito, ang pagtulak para sa mas maraming mababang-carbon na mapagkukunan ng kuryente, habang hindi pa ganap na nalulutas ng renewable energy ang pabago-bagong produksyon lalo na sa taglamig, ay dapat makatulong sa malakas na pagbabalik ng enerhiyang nuklear.

(Kung mas interesado ka sa potensyal na demand ng mga elementong ginamit sa pag-aaral na ito, maaari mo ring tingnan ang aming ulat tungkol sa pamumuhunan sa titanium)

Pinakabago sa Cameco-Westinghouse Electric Company