TEMA BROJA
G.T.
Zelena energija / Nove baterije
Otpad ili energetsko blago?
Tražeći održivija energetska rešenja, istraživači širom sveta bave se brojnim alternativnim mogućnostima za zamenu litijuma i drugih retkih metala. Šta u tom smislu nudi jedan otpadni proizvod hemijske industrije?
Sve je više proizvoda koji počinju da zavise od sistema za skladištenje energije zasnovanih na baterijama koje se oslanjaju na retke metale kao što su litijum i kobalt. Takve baterije koriste se u mobilnim telefonima, raznim uređajima, pa i u automobilima. Ali, ovi retki metali dobijaju se intenzivnim i invazivnim rudarenjem, i ekstrakcijom čije posledice po životnu sredinu mogu da budu veoma štetne (litijum). Tražeći održivija energetska rešenja, istraživači širom sveta bave se brojnim alternativnim mogućnostima za zamenu litijuma i drugih retkih metale, i olakšavanje globalnog prelaska na snabdevanje “zelenom” energijom.
Tim hemičara sa američkog Severozapadnog univerziteta u Evanstonu (Ilinois) transformisao je jedan organski industrijski otpadni proizvod u efikasno sredstvo za skladištenje energije, što je rešenje koje bi se jednog dana moglo primeniti i u mnogo većim razmerama. Stručnjaci ovog univerziteta su, naime, po prvi put iskoristili molekul proizvodnog otpada, konkretno trifenilfosfin-oksida (TPPO - Triphenylphosphine oxide), i to za napajanje redoks (protočne) baterije. Njihovo otkriće ima potencijal da različita otpadna jedinjenja pretvara u vredne resurse, nudeći održiv put za inovacije u tehnologiji baterija.
Protočna baterija, ili redoks baterija (od skraćenice za redukciono-oksidacionu reakciju), jeste tip elektrohemijske ćelije u kojoj hemijsku energiju obezbeđuju dve hemijske komponente rastvorenih elektrolita. Za razliku od konvencionalnih, litijumskih i drugih čvrstih baterija, koje skladište energiju u elektrodama, protočne redoks baterije koriste hemijsku reakciju za “pumpanje” energije između elektrolita, u kojima se energija i skladišti. Iako nisu tako efikasne u skladištenju energije kao litijumske, za protočne redoks baterije smatra se da su mnogo bolja rešenja za skladištenje energije na nivou mreže. Pre svega su prikladna tehnologija za upotrebu u strateškim aplikacijama i industrijama energetske tranzicije, povezanim sa obnovljivim izvorima energije, zato što dobro skladište energiju iz obnovljivih izvora, kao što su energije sunca i vetra. Protočne redoks baterije danas zauzimaju relativno mali deo tržišta baterija od oko 15 odsto, ali se očekuje da će njihova upotreba veoma da naraste do 2030. godine, kad bi to tržište moglo da dostigne vrednost od 700 miliona evra širom sveta.
TPPO |
Trifenilfosfin-oksid je organofosforno jedinjenje koje se uglavnom koristi u organskoj sintezi, i kao reagens za izazivanje kristalizacije hemijskih jedinjenja, i kao inicijator polimerizacije. Između ostalog se koristi i u proizvodnji antibiotskog leka klindamicina. Takođe je standardni uzorak za organsku mikroanalizu i određivanje fosfora. |
Trifenilfosfin-oksid je dobro poznat industrijski otpad. Na hiljade tona TPPO se svake godine proizvodi u mnogim procesima organske industrijske sinteze, uključujući i proizvodnju nekih vitamina. Smatra se beskorisnim, ali zbog svoje hemijske stabilnosti zahteva vrlo pažljivo odlaganje nakon proizvodnje. Prema pomenutom istraživanju američkih hemičara, koje je početkom januara objavljeno u “Žurnalu Američkog hemijskog udruženja”, TPPO je, međutim, moguće pretvoriti u upotrebljiv proizvod sa moćnim potencijalom za skladištenje energije. Istraživači navode da organski molekul ne samo da može da se koristi već može da postigne i visoku gustinu energije, približavajući se svojim konkurentima na bazi metala, istovremeno pokazujući i visoku stabilnost. Ta dva parametra, visoka energetska gustina i visoka stabilnost, teško se zajedno optimizuju tako da je upravo ta mogućnost (kod TPPO) bila posebno uzbudljiva za istraživače.
Da bi postigao i odgovarajuću gustinu energije, i njenu visoku stabilnost, naučni tim je morao da identifikuje strategiju koja bi omogućila elektronima da se čvrsto “spakuju” u rastvor elektrolita, ne gubeći kapacitet skladištenja tokom vremena. Pritom su, pregledajući radove na tu temu iz prošlosti, naišli na studiju iz 1968. godine koja opisuje elektrohemiju fosfin-oksida, i odlučili su da njene nalaze koriste u svom radu. Zatim, da bi procenili otpornost molekula kao potencijalnog agensa za skladištenje energije, sproveli su testove koristeći eksperimente statičkog elektrohemijskog punjenja i pražnjenja, slične procesu punjenja baterije i korišćenja/pražnjenja baterije, pa ponovnog punjenja, iznova i iznova... Nakon 350 takvih ciklusa, baterija je zadržala postojanost, uz zanemarljiv gubitak kapaciteta tokom vremena.
Ovo je prvi slučaj da se (trifenil)fosfin-oksidi, jedna funkcionalna grupa u organskoj hemiji, koriste kao redoks aktivne komponente u istraživanju baterija. U tekstu objavljenom na sajtu Severozapadnog univerziteta, istraživači naglašavaju da su redukovani oksidi fosfina prirodno veoma nestabilni, ali da je njihovim pristupom (molekularnog inženjeringa) rešen problem te nestabilnosti, što otvara put primeni TPPO u skladištenju energije. Ovi naučnici su izrazili nadu da će se i drugi istraživači nadovezati na njihovo dostignuće i početi da rade sa TPPO, kako bi dalje optimizovali i poboljšali njegov potencijal.
G.T.
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
