Της Μαριάννας Καπατσολίδου,
Στην εποχή της τεχνολογίας και του ηλεκτρισμού, θεωρούμε δεδομένες τις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Όλες οι συσκευές που χρησιμοποιούμε, από τηλέφωνα και φορητούς υπολογιστές έως κάμερες υψηλής τεχνολογίας, έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό· oι μπαταρίες τους είναι κατασκευασμένες από λίθιο. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν κατακλύσει τον κόσμο τα τελευταία χρόνια, καθώς αποτελούν την πιο δημοφιλή επιλογή αποθήκευσης μπαταρίας, ελέγχοντας περισσότερο από 90% της παγκόσμιας αγοράς δικτύου. Οι μπαταρίες αυτές αποθηκεύουν αποτελεσματικά ενέργεια για μεγάλο διάστημα. Η πιο αξιοσημείωτη χρήση τους στις μέρες μας είναι στα ηλεκτρικά οχήματα. Οι μπαταρίες ανοίγουν τον δρόμο προς ένα μέλλον χωρίς εξάρτηση από ορυκτά καύσιμα, κάτι που είναι κρίσιμο, εάν θέλουμε να επιβραδύνουμε την κλιματική αλλαγή. Αλλά υπάρχει μια λεπτομέρεια. Το λίθιο δεν είναι το πιο φιλικό προς το περιβάλλον χημικό στοιχείο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί.
Η εξαγωγή λιθίου βλάπτει το έδαφος και μπορεί να προκαλέσει και μόλυνση του αέρα. Αν και πολλοί επισημαίνουν ότι οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να ανακυκλωθούν, κάτι που σίγουρα αποτελεί πλεονέκτημα, δεν είναι ακόμα μια καθολικά καθιερωμένη πρακτική και, δυστυχώς, έχει σημειωθεί πενιχρή πρόοδος στην ανακύκλωση μπαταριών τα τελευταία χρόνια. Στο μεταξύ λοιπόν, πολλοί ψάχνουν για αντικατάσταση. Φυσικά, ένας από τους λόγους που πρέπει να γίνει αυτή η αντικατάσταση είναι επειδή δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι θα μπορέσουμε να βρούμε αρκετή πρώτη ύλη για να ανταποκριθούμε στη ζήτηση. Τι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αντί για λίθιο στις μπαταρίες; Μήπως ξύλο; Οι επιστήμονες κατάφεραν να αναπτύξουν ένα νέο είδος μπαταρίας, κατασκευασμένη από ένα κομμάτι ξύλου, το οποίο είναι περίπου 1000 φορές πιο λεπτό από το χαρτί, επικαλυμμένο με κασσίτερο. Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή.
Το νάτριο είναι ένας στενός χημικός ξάδελφος του λιθίου. Αν και είναι πολύ παρόμοιο στοιχείο, δεν έχει τον ίδιο περιβαλλοντικό αντίκτυπο, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε να είναι μια εφικτή επιλογή αντικατάστασης. Η λύση θα μπορούσε να είναι μπαταρίες ιόντων νατρίου. Η τεχνολογία ιόντων νατρίου δεν καταναλώνει σπάνιους πόρους και η παραγωγή της δεν απαιτεί σπάνια άλατα λιθίου. Το απλό επιτραπέζιο αλάτι είναι αρκετό. Ωστόσο, το νάτριο είναι τρεις φορές πιο βαρύ από το λίθιο, πράγμα που σημαίνει ότι οι μπαταρίες ιόντων νατρίου είναι βαρύτερες. Οι μπαταρίες νατρίου μπορεί, επίσης, να είναι λιγότερο ισχυρές. Αν και το νάτριο λοιπόν είναι φθηνό και άφθονο, υπάρχουν κάποια προβλήματα. Όπως ανέφερα, τα ιόντα νατρίου είναι πολλές φορές μεγαλύτερα από τα ιόντα λιθίου, με αποτέλεσμα να καταστρέφουν σταδιακά την άνοδο (-) της μπαταρίας —άνοδος είναι ουσιαστικά το ηλεκτρόδιο που δίνει ηλεκτρόνια, οι μπαταρίες περιέχουν δύο ηλεκτρόδια, μια άνοδο(-) και μια κάθοδο(+)—, καθώς διαχέονται κατά τη φόρτιση και την αποφόρτιση. Ένα άλλο ζήτημα είναι ότι η χρήση κασσίτερου σε τέτοιες μπαταρίες θα προσφέρει την υψηλότερη χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας, αλλά αυτό οδηγεί στο σχηματισμό ενός κράματος νατρίου-κασσίτερου που κάνει τη μπαταρία να διογκώνεται. Το αποτέλεσμα είναι ότι μια τέτοια μπαταρία ιόντων νατρίου με άνοδο κασσίτερου, μπορεί να φορτιστεί και να αποφορτιστεί μόνο περίπου 20 φορές.
Η λύση σε αυτά τα προβλήματα βρέθηκε σε ένα φυσικό υλικό, το οποίο μπορεί να μεταφέρει πιο εύκολα μεγάλα ιόντα. Το ξύλο. Μαλακές, πορώδες ίνες ξύλου. Αυτές οι ίνες περιλαμβάνουν κοίλα επιμήκη κύτταρα, τα οποία έχουν τοιχώματα κατασκευασμένα από ένα σκληρό υλικό που ονομάζεται λιγνίνη και τα οποία μεταφέρουν νερό και μεταλλικά άλατα.
Καθώς, λοιπόν, χρησιμοποιείται η μπαταρία, τα ηλεκτρόνια που αποθηκεύονται μέσα εξαντλούνται και υφίσταται συρρίκνωση. Αυτή η συρρίκνωση, όπως έχει ήδη αναφερθεί, είναι μοιραία για τις υπάρχουσες μπαταρίες νατρίου λόγω της άκαμπτης και εύθραυστης βάσης τους. Ακόμη, οι νέες ίνες ξύλου είναι αρκετά εύκαμπτες για να διαρκέσουν έως και 400 κύκλους φόρτισης σε μια μπαταρία ιόντων νατρίου, κάτι που είναι μεγαλύτερο από ορισμένες μπαταρίες λιθίου. Μετά την φόρτιση και την αποφόρτιση της μπαταρίας εκατοντάδες φορές, το ξύλο καταλήγει τσαλακωμένο, αλλά άθικτο. Η ώθηση ιόντων νατρίου μέσα από ανόδους κασσίτερου συχνά αποδυναμώνει τη σύνεση του κασσίτερου με το βασικό υλικό, αλλά οι ίνες ξύλου είναι αρκετά μαλακές, ώστε να χρησιμεύουν ως μηχανικό ρυθμιστικό διάλυμα και έτσι μπορούν να φιλοξενήσουν τις αλλαγές του κασσίτερου. Αυτό είναι το κλειδί για τις μακροχρόνιες μπαταρίες νατρίου. Επομένως, ποια είναι τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας μπαταριών που προέρχονται από δέντρα;
Πρώτα από όλα, η άνοδος στις παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι κατασκευασμένες από γραφίτη, που σχηματίζεται μέσω μια χημικής αντίδρασης σε μη ανανεώσιμες ενώσεις άνθρακα. Για παράδειγμα, για την παραγωγή 20 εκατομμυρίων ηλεκτρικών αυτοκινήτων ετησίως, θα πρέπει να εξοριχθόυν πάνω από 1 εκατομμύριο τόνοι γραφίτη. Στις μπαταρίες νατρίου δεν χρησιμοποιείται καθόλου γραφίτης. Ουσιαστικά, είναι βιώσιμη η εμπορική παραγωγή αυτών των μπαταριών, λόγω της ευρείας διαθεσιμότητας των πόρων που απαιτούνται για την κατασκευή τους. Επίσης, οι κατασκευαστές δεσμεύονται να προμηθεύονται τα υλικά τους από ευρωπαϊκά δάση με πιστοποίηση αειφορίας. Στη συνέχεια, η κατασκευή μπαταριών λιθίου πραγματοποιείται στην Κίνα, λόγω του φθηνού κόστους παραγωγής. Η χρήση φυσικών πόρων θα εξαλείψει πλήρως αυτή την ανάγκη με τις μπαταρίες Lignode (λιγνίνης). Οι μπαταρίες αυτές υποστηρίζεται ότι έχουν την ικανότητα να φορτίζουν με ταχύτερο ρυθμό. Τέλος, η μπαταρία λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, ανοίγοντας τον δρόμο για την τροφοδοσία περισσότερων ηλεκτρικών αυτοκινήτων.
Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες με βάση το λίθιο είναι πολύ ακριβές για χρήση σε μεγάλη κλίμακα, επειδή υπάρχει λίγο διαθέσιμο. Γιατί, λοιπόν, να μην επενδύσουμε στην μπαταρία νατρίου από ξύλο, που είναι, συγκριτικά με την προηγούμενη, πιο φιλική στο περιβάλλον;
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- “Wooden batteries are hitting the market – is this the future of clean energy?”, euronews.com, διαθέσιμο εδώ
- “We’re facing a lithium battery crisis: What are the alternatives?”, euronews.com, διαθέσιμο εδώ
- “Environmentally Friendly Wooden Battery Can Last Longer”, prescouter.com, διαθέσιμο εδώ
- “Wood fibers help nano-scale batteries keep their structure”, imeche.org, διαθέσιμο εδώ
- “Wood is key ingredient in cheap rechargeable battery”, newscinetist.com, διαθέσιμο εδώ
