Baterije so v zadnjih letih močno napredovale, vendar se zdi, da so že skoraj dosegle mejo, koliko energije lahko shranijo glede na svojo težo. To predstavlja resno oviro pri elektrifikaciji težkega prometa, kot so letala, vlaki in ladje. Zdaj pa so raziskovalci z ameriškega MIT (Massachusetts Institute of Technology) in drugih institucij razvili novo rešitev: gorivno celico na osnovi tekočega natrija, ki bi lahko predstavljala pomemben preboj v tej industriji.
Gorivna celica namesto baterije
Namesto običajne baterije nova tehnologija temelji na gorivni celici. Gorivne celice so podobne baterijam, a za razliko od njih jih ni treba polniti, saj jih napolnimo preprosto z novo zalogo goriva. V tem primeru je gorivo tekoči natrijev kovinski element, ki je poceni in zelo razširjen. Na drugi strani celice pa se kot oksidant uporablja običajen zrak. Med njima je trdna keramična plast, ki služi kot elektrolit, prek katerega natrijevi ioni prehajajo in sprožijo kemijsko reakcijo z molekulami kisika, pri čemer nastane električna energija.
V laboratorijskih testih je ta prototip dosegel več kot trikrat višjo energijsko gostoto na kilogram kot sodobne litij-ionske baterije v električnih vozilih. Raziskava je bila objavljena v znanstveni reviji Joule.
Bistvena izboljšava za letalski promet
»Če ljudje ne bi mislili, da je to nora ideja, bi bil nekoliko razočaran,« pravi profesor Yet-Ming Chiang z MIT, ki je vodil raziskovalno ekipo. Poudarja, da je za resnično električno letalstvo nujna energijska gostota okoli 1000 Wh/kg. Današnje baterije zmorejo okoli 300 Wh/kg – daleč premalo za letala. Nova natrijeva gorivna celica je v testih dosegla skoraj 1700 Wh/kg, kar bi omogočilo kratke in srednje dolge električne polete, ki predstavljajo večino domačega letalskega prometa in kar 30 odstotkov emisij letalstva.
Poleg letal bi tehnologija lahko omogočila tudi elektrifikacijo ladijskega in železniškega prometa, ki prav tako zahtevata visoko energijsko gostoto in nizke stroške.
Revolucionarna, a varna tehnologija
Čeprav je natrij reaktiven in v stiku z vlago lahko zagori, nova gorivna celica predstavlja varnejšo alternativo tradicionalnim baterijam. V njej se reaktivna natrijeva kovina nahaja le na eni strani, medtem ko druga stran vsebuje zrak, kar preprečuje možnost eksplozivne reakcije ob poškodbi celice.
Poleg tega ima tehnologija še okoljsko prednost: med delovanjem nastaja natrijev oksid, ki se ob stiku z zrakom in vlago spremeni v natrijev hidroksid. Ta pa naravno veže ogljikov dioksid iz ozračja in ga pretvori v natrijev karbonat oziroma sodo bikarbono (jedilno sodo). S tem sistem ne le da ne oddaja CO₂, ampak ga celo odstranjuje iz zraka.
Uporaba v praksi in dostopnost natrija
Za uporabo v letalstvu si raziskovalci predstavljajo ‘gorivne pakete', ki bi jih vstavili v letalo podobno kot pladnje v menzi. Po porabi natrija bi jih preprosto zamenjali ali napolnili z novim gorivom. Prototip sistema trenutno obstaja le v laboratorijski obliki, vendar ekipa že razvija večjo, opeki podobno celico, ki bo lahko napajala velike drone, na primer v kmetijstvu. Delujoč prototip v praksi naj bi predstavili v enem letu.
Proizvodnja natrijeve kovine v velikem obsegu ni nova stvar. V ZDA so jo v preteklosti proizvajali v stotisočih ton letno za proizvodnjo aditivov v svinčenem bencinu. Ker je natrij pridobljen iz običajne kuhinjske soli (natrijevega klorida), gre za poceni in lahko dostopno surovino, za razliko od litija in redkih kovin, ki se uporabljajo v sodobnih baterijah.
Kombinacija različnih znanj
Ključna inovacija pri novi tehnologiji je bila uporaba vlažnega zraka v reakciji. V takšnem okolju se produkti reakcije pojavijo v tekoči obliki, kar močno izboljša učinkovitost in odstranjevanje ostankov. Ekipa je uporabila znanja iz različnih vej znanosti: gorivne celice, visoko-temperaturne baterije in raziskave natrijevih sistemov.
Raziskovalna skupina je ustanovila podjetje Propel Aero, ki bo razvijalo to tehnologijo naprej in že deluje v podjetniškem inkubatorju MIT.
Ta preboj na področju energijskih tehnologij bi lahko popolnoma preoblikoval promet, zmanjšal ogljični odtis in omogočil elektrifikacijo sektorjev, ki so danes odvisni od fosilnih goriv. Če se bo izkazalo, da je sistem izvedljiv tudi na industrijskem nivoju, nas morda čaka prihodnost, kjer bodo letala poganjali natrij in zrak – brez emisij, z veliko energije in z malo stroški.
