Az okostelefonoktól kezdve az elektromos autókig bezárólag, a világ energiatárolási megoldásainak jelenleg központi elemét jelenti a lítium-ion technológia. A lítium-ion akkumulátorok és telepek óriási fejlődésen mentek keresztül az elmúlt években, és jelenleg is számos kutatás illetve fejlesztés zajlik kapacitásaik növelése, élettartamuk kitolása céljából. Ám miközben sokan hosszabb távon is megkerülhetetlennek tartják a technológiát, mások szerint annak napjai megvannak számlálva. Egyes, ígéretes projektek irányítói szerint, az energiatárolás jövőjét a farost, a durián nevű gyümölcs, és a radioaktivitásnak kitett, mesterséges gyémántok jelentik.

Mindennapi elektronikus használati tárgyaink elképzelhetetlenek lennének lítium-ion technológiájú telepek nélkül. Az első ilyen eszközöket a japán Asahi Kasei cég fejlesztette ki, kereskedelmi debütálásuk pedig 1991-ben történt: a Sony a kamkodereihez keresett a korábbiaknál jobb megoldást, hosszabb használati időt biztosító energiaforrásokat. Manapság már világszerte minden évben nagyjából 7 milliárd lítium-ion telepet vagy akkumulátort értékesítenek,A várakozások szerint, 2027-re ez a szám 15 milliárd fölé fog nőni. Az előrejelzések arról is szólnak, hogy emiatt egyre nagyobb figyelem kíséri a lítium kitermelését, az abba érkező befektetéseket, különösen a "Lítium-háromszögnek" is nevezett országok, Argentína, Bolívia és Chile területén. A becslések szerint, a világ lítiumtartalékának nagyjából fele, ebben a három dél-amerikai országban található.

Egy bolíviai mérnök mutatja a sólerakódást az ország legnagyobb lítiumforrását jelentő területenForrás: AFP/Martin Bernetti

A technológia folyamatosan fejlődik és sokak szerint még nagy diadalmenetek előtt áll. Mauro Pasta, az Oxfordi Egyetem egyik vezető kutatója, aki csapatával jelenleg is a lítium-ion akkumulátorok hatékonyságának és energiasűrűségének növelésén dolgozik, minderről azt mondja: "most értünk el arra a pontra, amelynek helyét 35 évvel ezelőtt kijelölték." Ugyanakkor - a teljesség igénye és a technikai részletek ismertetése nélkül -, íme néhány ok, ami miatt egyesek szerint át kellene gondolni a lítium-ion akkmulátorokhoz való viszonyt:

  • Ugyan ennek gyártástechnológiai okai is lehetnek, de előfordul, hogy néhány esetben nem sikerül biztosítani a lítium-ion telep stabilitását. Erre vezethető vissza például a Samsung 2017-es, emlékezetes visszahívása, amikor 2,5 millió Galaxy Note 7 típusú készüléket rendeltek vissza, miután azok telepei egymás után gyulladtak ki. Az oxfordi kutatók egyik célja egyébként az, hogy megúszhatók legyenek ezek a váratlan és veszélyes lángra kapások.
  • A lítium kitermelése meglehetősen nagy apparátust igénylő tevékenység. Ráadásul - ahogy az Origo bemutatta - elég egy kiadós esőzés vagy áramszünet, hogy leálljon a munka, a nyersanyag ára pedig az egekbe emelkedjen. A környezettől pedig rettentes áldozatokat követel a lítium: Chile egyik régiójának adatai szerint 1 millió liter vizet használnak el a kitermelésben mindössze 900 kilogramm lítium kinyeréséhez.
  • Évente nagyjából 1,5 milliárd okostelefont értékesítenek a világon, de ezek telepeinek csak 5 százaléka kerül be az újrahasznosításba.
  • A lítiuim-ion technológiához szervesen kapcsolódik a kobalt felhasználása - ötvözőanyag -, annak bányászata viszont durva jogsértésekkel és gyerekmunkával fonódott össze, melyben nagy technológiai cégek is érintettek lehetnek.
  • Végül, de nem utolsó sorban: a fejlesztések ellenére is lehet látni, hogy egyre kisebb mértékben és egyre nehezebben tudják kitolni adott nagyságú lítium-ion telep kapacitását a mérnökök.

Ezek tükrében nem csoda, ha számos kutató csapat szerveződik új megoldások kifejlesztésére.

Jelenleg a lítium-ion technológia a legelterjedtebb az elektromos eszközök világábanForrás: AFP/2018 Getty Images/Spencer Platt

Fából vaskarikát nem, de akkumulátort még csinálhatnak

Az egyik ötleten a Marylandi Egyetem anyagkutató innovációs központjában dolgoznak. Liangbing Hu igazgató vezetésével, fadarabkákat használnak elektródaként, amelyek képesek a fémionokkal reakcióba lépni és elektromos töltést létrehozni. A kutatók mögött évek munkája áll, melynek során a fa cellulózát ónnal bevonva érik el, hogy az elektromos energia tárolására alkalmas legyen.

A fa könnyű, alacsony költségű, és könnyen elérhető, ezek pedig fontos szempontok a hordozható készülékekbe tervezett akkumulátoroknál. Hu csapata szerint minden további nélkül ki tudják küszöbölni a gyulladásveszélyt, bár azt elismerik, megoldásuk egyelőre még kísérleti. Az elkészült prototípus a 100. újratöltés után csak eredeti kapacitásának 61 százalékát őrizte meg, így a kutatóknak még sokat kell dolgozniuk megoldásukon. Az ugyanakkor látható, hogy az ígéreres lehet akár épületek esetében is, hiszen a mostani fejlesztés alig néhány centiméter nagyságú. Így, később nagyobb méretben megalkotva, akár otthoni energiatárolásra is alkalmas lehet.

null

null

A világ legbüdösebb gyümölcse hozhatja el az energiakánaánt

Kettős feladatra vállalkozott csapatával Vincent Gomes, a Sydney Egyetem vegyészmérnöke. A világ legbüdösebb gyümölcsének tartott, az Ázsia egyes részein termő durianból, annak hulladékából, valamint a világ legnagyobb gyümölcséből, a jákafa terméséből készítenek szupertelepeket telefonok számára. Utóbbi Banglades nemzeti gyümölcse, nem azonos a kenyérfa rendszertanilag máshova tartozó termésével.

Így a kutatók nem csak energiatárolási megoldásra, hanem az élelmiszerhulladék hasznosítására is törekednek. 

A "szupertelepek" vagy "szupertárolók" olyan telepek, amelyek az átlagosnál jóval nagyobb, akár többszörös tárolókapacitással rendelkeznek, töltési idejük pedig nagyon rövid. Ebből adódóan, az ilyen eszközök jellemzően nagyon drágák, mert alapanyaguk - például a grafén - is az. Gomes és munkatársai azonban a durián és a jákafa termésének fogyasztásra nem alkalmas részeit "kivételes" energiatároló tulajdonságokkal bíró akkumulátorokká alakítotották. A gyümölcsök részeit 1500 Celsius fokos hőmérsékleten, lényeben megsütötték. A szivacsos szerkeztű, fekete színt kapó anyag, ami korábban a gyümölcs része volt, porózussá vált, ugyanakkor rendkívül könnyű is, és mint igazolták, jól használható olcsó elektródaként is a szuperkondenzátorokban.

Nagy jövő előtt áll az energia tárolásában a világ legkellemetlenebb illatú gyümölcse, a duriánForrás: AFP/Romeo Gacad

Az így kapott szupertároló egészen döbbenetes tulajdonságokkal bír: 30 másodperc alatt tölthető fel, számos eszköz ellátására alkalmas, egy átlagos okostelefont pedig 1 perc alatt tölt fel. A kutatók - lelkendezésük mellett - hozzátették, hogy ezeket a fenntarthatónak tekinthető akkumulátorokat megújuló energiaforrásból származó energiával kellene feltölteni, és úgy gondolják, fejlesztésük hamarosan használható lesz autók és épületek energiaellátásánál is.

A durián esetében egyáltalán nem mellékes körülmény a rendkívül erős, kellemetlen szag, függetlenül attól, hogy a termés egyébként az élelmezés szempontjából nagyon kedvező tulajdonságokkal bír. Bár népszerűsége növekszik, az orrfacsaró bűz miatt a gyümölcs 70 százaléka a szemétben végzi, annyira nehéz megbarátkozni az illatával - még Gomes feleségének sem sikerült, aki a kutatás kezdetén az első éjszaka után kidobta hűtőjükből az otton tárolt duriánokat. 2018-ban a fedélzeten terjengő bűz egy repülőgépet is földre kényszerített Indoznéziában, egy ott felejtett gyümölcs miatt tavaly pedig ki kellett üríteni a Canberrai Egyerem könyvtárát. Ezért nem mindegy, hogy a most főként élelmiszer-hulladékként végző gyümölcsnek találnak-e a tudósok hosszú távra szóló, sikeres hasznosítási lehetőséget.

Hasonló okból, szupertárolók előállítása céljából folynak kutatások Moszkvában is, a Nemzeti Tudományos és Technológiai Egyetemen, a fizikokémikus Mihail Asztahov vezetésével. Ott az egyébként számos alfaját tekintve veszélyes, mérgező növényt, a medvetalpat használnák elektródaként.

Gyémántok az örökkévalóságnak: az 1000 évre szóló akkumulátor

Az egyik legígéretesebb fejlesztés új energiatároló megoldás kialakítására a Bristoli Egyetemen zajlik. Tom Scott professzor és munkatársai nem gondolják azt, hogy a következő évtizedben a lítium-ion akkumulátorokat meg lehet szorongatni, már ami elterjedtségüket illeti. Az viszont gondolják, hogy ezek mellett is szükséges alternatív, előremutató megoldások kidolgozása.

Scotték nem is adják alább, és gyémántból készítenek elemeket. Bár a gyémántokról általában mindenki azok drágaságára asszociál, a kutatók mesterséges, ember alkotta gyémántokat használnak, melyek a természetes kövekhez képest iparilag viszonylag olcsón, és nem is különösöbben környezetterhelő módon állíthatók elő.

null

null

A kutatók mesterséges gyémántjai radioaktív C14-es izotópot tartalmaznak. Ennek révén a gyémántok -  radioaktív forrásuk révén - akár évezredekre szólón is szolgáltathatnak energiát. A gyémántrács belsejébe zárt izotópok ugyanis nagy energiájú elektonokat bocsátanak ki, lényegében "lőnek ki" magukból, amikor nukleáris hasadás történik. A gyémánt belső szerkezetét lényegében elektronok özöne éri, így - a gyémánt strukturális sajátossainak figyelembe vételével - a kő felhasználható elektromos áram előállításához. Természetesen úgy, hogy a radioaktivitás szintje biztonságos maradna - teszik hozzá a kutatók.

null

null

Bristolban egyébként már készítettek egy gyémántakkumulátor-prototípust, méghozzá úgy, hogy azt a nikkel-63-as izotóp radioaktív mezejébe helyezték, aminek hatására elindult az elektronok áramlása. A következő lépés lenne az említett szénizotópos megoldás, aminek óriási jelentősége lehet az atomenergiaipar számára is: ha a kutatások sikerrel járnak, akkor a szinte örökre szóló gyémántelemek készítéséhez felhasználhatókká válnának az atomerőművek grafitblokkjából kinyert izotópok.

Azaz a nukleáris hulladék hosszú élettartamú elemmé alakulna.

Ez a kutatók szerint alapvetően megváltoztatná az atomerőművek leszerelése kapcsán jelentkező nukleáris hulladék kezelésének kérdését, hosszú távú megoldást kínálva arra. Végre nem az elhelyezésével kellene bajlódni, hanem valódi újrahasznosításuk történne meg - mondják a kutatók.

IllusztrációForrás: Origo

Ráadásul a gyémántelemek nagyon aprócska méretűek. A kutatók eddig 1,8 voltos prototípusok készítéséig jutottak el - nagyjából, mint egy AA-s elem feszültsége -, de dolgoznak azon, hogy nagyobb névleges energiaszintet érjenek el azzal. Scott úgy véli, egy vagy két évtized múlva már kereskedelmi forgalomba kerülhetnek azok az ultrahosszú élettartamú gyémánttelepek, amelyek például az otthoni füstjelzők, televíziók távirányítói, vagy orvosi eszközök (hallókészülékek, szívritmusszabályozók), vagy akár űripari eszközök részére szolgáltathatnak energiát. Ráadásul a gyémánttelepeket sokkal szélsőségesebb környezeti feltételek között is lehetne használni, mint a most megszokott elemeket és akkumulátorokat.

A kutatók elmondták: technikai értelemben a gyémánttelepek újratölthetők, bár valószínűleg erre nem lesz szükség, hiszen a C14 izotóp felezési ideje nem több, nem kevesebb, mint 5730 év.

Összeállításunk elkészítéséhez a BBC Future vonatkozó cikkére támaszkodtunk.