Vedci z Massachusetts Institute of Technology predstavili novú generáciu elektricky vodivého betónu, ktorý dokáže nielen niesť váhu stavby, ale zároveň akumulovať energiu. Materiál označovaný ako electron-conducting carbon concrete, skrátene ec3, posúva hranice toho, čo dokáže tradičný stavebný prvok. Základná myšlienka je jednoduchá, no jej dôsledky môžu byť revolučné. Betón sa totiž môže stať aktívnou súčasťou energetickej infraštruktúry, píše New Atlas.
Betón ako zdroj energie
Ako informuje Interesting Engineering, tím vedený Admironom Masičom, spoluriaditeľom MIT, EC³ Hub zvýšil energetickú kapacitu tohto materiálu približne 10-násobne oproti pôvodnej verzii z roku 2023. Kým na pokrytie dennej spotreby priemernej domácnosti bolo vtedy potrebných asi 45 kubíkov ec3, dnes stačí približne pätina tohto objemu. 5 kubíkov materiál dokáže uložiť energiu, ktorá vystačí na bežnú domácnosť. Jeden kubík ec3 uchová viac ako dve kilowatthodiny, čo je dostatok na jednodňovú prevádzku samotného spotrebiča.
Podstata technológie spočíva v prepojení stavebných a elektrochemických vlastností. Ec3 vzniká kombináciou cementu, vody a vodivého uhlíkového prášku. V minulosti bolo nutné hotový materiál dodatočne nasiaknuť elektrolytom, napríklad roztokom chloridu draselného, ktorý umožňoval pohyb nabitých častíc. Nový prístup proces zjednodušil a zároveň zefektívnil. Elektrolyt sa pridáva priamo do zmesi ešte pred liatím, vďaka čomu je štruktúra kompaktnejšia a elektródy výkonnejšie.
Zásadnú úlohu pri zlepšení parametrov zohralo využitie pokročilej 3D mikroskopie, konkrétne techniky FIB-SEM tomografie. Tá umožnila vedcom pozorovať rozloženie uhlíkových častíc v materiáli s nanometrovou presnosťou.
Ukázalo sa, že vytvárajú fraktálnu sieť okolo pórov, čo uľahčuje prienik elektrolytov a vedenie prúdu. Následne výskumníci experimentovali s rôznymi druhmi elektrolytov. Najlepšie výsledky priniesla zmes kvartérnych amóniových solí s vodivou kvapalinou acetonitrilom, ktorá výrazne zvýšila energetickú hustotu bez potreby ďalších úprav po vytvrdnutí.
Aby tím demonštroval potenciál novej technológie, vytvoril modelový oblúk z ec3, ktorý unesie záťaž a zároveň napája LED svetlo. Keď sa na konštrukciu vyvíjal tlak, svetlo mierne zhasínalo, čo podľa Masiča naznačuje schopnosť materiálu reagovať na stres v reálnom čase.
„Môžeme si predstaviť, že budova z ec3 by sama signalizovala, ak je vystavená silnému vetru alebo vibráciám,“ vysvetľuje. Takéto „samo-monitorovanie“ by v budúcnosti mohlo slúžiť ako zabudovaný systém kontroly technického stavu stavieb.“
Prvé využitie v praxi
Ec3 už má aj prvé praktické využitie. V japonskom meste Sapporo sa jeho termálna vodivosť testuje pri vyhrievaní chodníkov počas sneženia. Tím z MIT však vidí oveľa širšie uplatnenie. Materiál by mohol pomôcť stabilizovať sieť obnoviteľných zdrojov, ktoré sú závislé od slnečného svitu alebo vetra.
„Hlavnou výzvou energetickej transformácie je schopnosť energiu uskladniť a uvoľniť ju vtedy, keď ju potrebujeme,“ pripomína Franz-Josef Ulm, spoluriaditeľ výskumného centra EC³ Hub. „Tradičné batérie využívajú vzácne a často toxické materiály. Ec3 ponúka riešenie, ktoré je dostupné, lacné a environmentálne šetrné.“
„Kombináciou modernej nanovedy s jedným z najstarších stavebných materiálov otvárame dvere do budúcnosti, kde infraštruktúra nielen podporuje náš život, ale ho aj poháňa,“ uzatvára spoluautor výskumu James Weaver z Cornellovej univerzity.
