Baterije na bazi morske vode: tehnologija koja koristi neograničene prirodne resurse

Beskonačni resursi naspram ruda i toksičnosti

Energetska glad civilizacije suočila je naučnu zajednicu sa apsurdnim problemom: pokušavamo da spasimo ekosistem (klimu) na planeti oslanjajući se na tehnologije koje podrazumevaju prekopavanje te iste planete u potrazi za retkim i toksičnim rudama. Litijum, bakar, nikl i grafit nisu beskonačni. Dalje, tečni organski elektroliti u svakoj klasičnoj današnjoj ćeliji na svetu potiču iz prljave petrohemijske industrije i nose veliki rizik od fatalnog termalnog izgaranja i teškog toksičnog curenja nakon eventualnog karambola (zapaljena i procurila deponija u gradu stvara ekološki incident veći od dizela).

U toj borbi rodila se radikalna ideja poznata kao Aqueous Batteries (Baterije na bazi vodenih rastvora), a njena najmoćnija i najfuturističnija podvrsta je upravo Seawater Battery (SWB - Baterija na bazi morske vode).

Baza ovog koncepta predstavlja potpunu promenu inženjerske paradigme. Okeani pokrivaju $71\%$ planete Zemlje, predstavljajući zapravo najveći besplatni rezervoar najjeftinijih, slobodnih provodnih naelektrisanih (rastvorenih) jona, primarno – Natrijum hlorida (kuhinjske jonske soli - $NaCl$). Ako taj okean može provoditi milione gromova u toku monsuna besplatno, pitanje je samo kako ga staviti unutar jedne ćelije, a sprečiti potpunu hemijsku destrukciju same vode prilikom guranja napona unutra.

Anatomija Seawater (SWB) Baterije

Sistem baterije na morsku vodu je zapravo, u strogom hemijskom i konstrukcionom pogledu, hibridna fuzija klasične punjive jonske arhitekture sa potpuno otvorenim mehanizmom u kojem morska voda ne funkcioniše samo kao transportni elektrolit, nego i kao tečni i fluidni aktivni katodni materijal.

1. Anodni deo (Izolovana komora): Negativna anoda SWB baterije stoji oklopljena (zaštićena čvrstim izolatorom) unutar male zapremine gde postoji tekući ali bezvodni organski tanki elektrolit (najčešće je komad naelektrisanog ili tvrdog karbona koji preuzima čisti jon iz opne). Ovoj anodi ne sme direktno prići vodeni talas (da ne bi oksidisala i zardjala na mestu).
2. Keramički čvrsti elektrolit (NASICON): Centralna tehnološka magija se nalazi na separatoru, odnosno membrani koja odvaja zatvoreni unutrašnji krug anode od ogromnog raspoloživog morskog dela baterije spolja. Pregrada se najčešće izrađuje od visoko guste staklo-keramičke legure poznate kao NASICON (Sodium Super Ionic Conductor). Osobina ove moćne tvrde keramike je fantastična i polu-čarobna – NASICON fizički ne propušta kapi i mlazeve morske vode unutra ni spolja, ali njena kristalna hemijska sita imaju pore koje su toliko u mikrometar tačne širine da mogu da se otvore samo kada se pojavi mikronski sitni natrijum jon. Samo mali natrijum-jon klizi i prolazi lagano kroz "zidine tvrđave" u vodu.
3. Katodni otvoreni deo (Bazen okeana): Sa suprotne, morske strane, zaronjene unutar rezervoara sveže slane morske vode nalazi se samo komad jeftine ugljeničke sunđeraste podloge presvučene platinom, bez skrivenih opasnih ruda za preradu (otvorena strujna mreža).

Faze: Punjenje i Pražnjenje u praksi

Kada solarni vetropark želi da smesti (uskladišti, tj. Napunio) generisani napon na mrežnoj infrastrukturi mora na vodi – elektricitet dolazi iz generatora i pokreće reakciju iz te ogromne količine tekuće slane tečnosti.

U vodi (okeanu na kome uređaj stoji) raspadnute jonske čestice natrijuma iz slanog $NaCl$ molekula, osete ogroman privlačan električni naboj (napon). Oni jure direktno prema NASICON keramičkoj opni, provlače se zrno po zrno kroz pregradni zid i smeste se čvrsto zatvoreni u ugljenički premaz bezvodne anode. Na onoj otvorenoj strani baterije je, usled bega metala natrijuma iz slane vode, ostao usamljeni jon Hlora, koji se bezopasno izdiše ili kombinuje bez stvaranja teških naslaga i ne remeti hemijsku ravnotežu samog globalnog mora ni kap. (Time ste puni uskladištenog natrijuma sa leve unutrašnje strane baterije).

Sutradan kada dođe period mrklog zastoja turbine u magli kada vam treba povrat struje kući (Period Pražnjenja baterije na grad), naelektrisana anoda mora osloboditi zarobljeni jonski natrijum da ponovo jurne nazad ka okeanskoj polovini pregrade kroz zid. Čim čisti Natrijum sklizne nazad u prostor mora – sa vazdušne sunđeraste membrane okeanski rastvoren prirodni nivo aktivnog kiseonika udiše elektrone sa negativnog kraja baterije. Natrijum stupa u reakciju i, na kraju, on se ne gubi već vraća u more odakle je pozajmljen - obezbedivši apsolutnu ekološku čistotu i isporuku besprekorne mrežne struje preko žica na obali.

Ekstremni inženjerski izazovi: Limit (Zid) vodenog prozora

Iako u viziji zvuči kao sveti gral koji treba spasiti planetu apsolutno preko noći, postoji fatalan razlog (fizički termodinamički limit) zbog kog ova morska solucija ne obuhvata svet i vaše punjače u dvorištu. Prepreka tehnologije nalazi se isključivo u fenomenu napona koji pogađa $H_2O$.

Maksimalni raspoloživi "Naponski Električni Prozor stabilnosti čiste vode" iznosi apsolutno tačnih i zakucanih 1.23 Volta u standardnim sobnom okruženjima planete zemlje! Svaki, pa i najkvalitetniji litijumski punjač gura baterije na ekstremno surovih 4.2 do preko 4.5 Volti.

Ako vi prikačite i podignete bilo koji punjač na vodenoj vlažnoj bateriji sa morske obale preko onih 1.23 Volti nivoa, kinetika termodinamike u njoj se lomi - tečna morska voda umesto da provodi litijum natrijuma lagano, momentalno će pocepati molekularnu vezu H2O i pretvoriti stotine litara okeanske morske smese unutar kontejnera na nasilni industrijski proizvod čistog mešanog Hidrogena i Kiseonika, u vidu moćne jake penušave, usijane elektrolize i prejakog eksplozivnog isparenja vrelih plinovitih masa. Ta voda pregrejava uređaje, presuši ćeliju u trenu (jer ispari), gasovi formiraju fatalni stravičan pritisak pod zaštitnim kontejnerima koji će pući, ostavivši suvu gomilu otpada - mrtvog prljavog karbona - na mulju mora za tri sata rada punjača.

Zbog te fizičke granice pucanja na niskom vodenom naponu po prirodi, svaka Seawater battery će po matematičkom standardu biti jako ograničena (niska pojedinačna voltaža) čime teška zapreminska gustina prebacuje tek jedva $60$ pa do slabih $80$ Wati energije po jednom gigantskom kubiku teškog uskladištenog kilogramskog kontejnera, tražeći spajanja stotina komada i tečnosti (ogroman teški gabarit) u velika serijska redna postrojenja sa jako jeftinim radnim učinkom na dug rok. Ali on za ugradnju na prikolicu kamiona neće doneti rešenje u masi (Kilaža uništava pogonski domet celokupnog točkastog transporta planete).

Rešenja sa terena i offshore solucije komercijalnih obala (Gde je prednost?)

S obzirom na to da su izuzetno fizički krupni zbog slabijeg i nižeg vodenog napona i poseduju ogroman i teški rezervoar zapremine slane vode (gabartna veličina), inovacija ih prebacuje striktno za potrebe mesta na kojima su masa, kilaza uređaja i sama veličina potkrovlja i dvorišta baterijskog pulta od totalnog, apsolutnog i krajnje irelevantnog uticaja - odnosno ogromnim stacionarnim komercijalnim ostrvskim platformama bez limitacija veličina soba!

Ogromne svetske priobalne platforme – Takozvani Offshore obalski gigantski vetroparkovi na dalekim liticama divljih okeanskih turbina Evrope (na bazi postrojenja uzduž mora Ujedinjenog Kraljevstva i na Severnim morima Skandinavije) predviđeni su da usvoje ove najjeftinije uređaje iz prostog razloga jer se same elektrane tu na obali nalaze već u moru i na potopljenim debelim betonskim potpornim stubovima masivnih hidro platformi gde je prisustvo "izvorske vode" apsolutno konstantno pod i iznad samih ćelija za 0 dolara cene usisavanja cevima! Ne morate graditi zgrade, fabrike i cisterne da dovezete tone rashlađujuće vlažne baze ili materije pošto sam pod baterije leži na moru usled plime - pa će stacionarna ugradnja masivne gabaritne pumpe za morsku bateriju rešiti milionske nedostatke i troškove litijuma a iznivelisati mrežu bez teškog, katastrofalnog stresa ekosistema i planete tokom naftne naelektrisane transportne revolucije izuzetnih gradova na obalama.

Morska i priobalna arhitektura predstavlja verovatno jedan od najmoćnijih stabilizacionih kontejnerskih gigantskih blokova za spas celokupne zelene revolucije jer sa nultom šansom izazivanja hemijskog prljavog otrovnog paljenja obalne ekologije stvara trajni jeftin obrtni profit od sunca unutar same nezagađujuće besplatne slane kade planete u decenijama čistih okeanskih energija dolazećih inovativnih morskih stacionarnih industrijskih i energetskih svetova.