Бетон повсюду. Это второй по популярности материал в мире после воды, и его можно найти в зданиях и инфраструктуре во всех уголках земного шара. Ученые из Орхусского университета в Дании недавно опубликовали исследование, которое может изменить наше представление о бетоне, поскольку они разработали метод, позволяющий превратить этот материал в средство хранения энергии с помощью микробов. В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports Physical Science, бактерии Shewanella oneidensis смешались с бетоном, чтобы создать биогибридный материал, способный хранить электричество.
Бактерии создают внутри бетона биопленки, которые накапливают электричество, превращая каждый цементный блок в суперконденсатор. Блоки функционируют аналогично батарее, сохраняя энергию до тех пор, пока она не понадобится. Однако, в отличие от батареи, бетон, наполненный бактериями, обладает способностью восстанавливать свою емкость. Вместо того, чтобы необратимо разлагаться с течением времени, как это происходит с батареями нынешнего поколения, исследователи обнаружили, что введение в новый бетон питательных веществ позволяет бактериям восстановить до 80% своих способностей к хранению.
В пресс-релизе Орхусского университета Ци Луо, один из авторов исследования, сказал, что исследователи «предполагают, что эта технология будет интегрирована в реальные здания, в стены, фундаменты или мосты, где она сможет поддерживать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные панели, обеспечивая локальное хранение энергии». Домовладельцам с солнечными панелями в настоящее время приходится устанавливать домашнюю батарею для хранения заряда, но с новым бетоном часть емкости потенциально может быть получена из бетона, использованного при строительстве дома.
Могут ли стены будущего хранить энергию?
Новый бетон, созданный исследователями, обладает высокой способностью аккумулировать энергию. Луо объяснил: «Представьте себе обычную комнату, построенную из цемента, наполненного бактериями: даже при скромной плотности энергии в 5 Втч/кг одни только стены могут хранить около 10 кВтч — достаточно, чтобы обеспечить работу стандартного корпоративного сервера в течение целого дня».
Этот материал не только впечатляюще вместителен, но и хорошо выдерживает длительное использование. Согласно исследованию, материал смог сохранить 85% своей первоначальной емкости после 10 000 циклов зарядки и разрядки. Для сравнения: средний литий-ионный аккумулятор электроинструмента проработает от 300 до 2400 циклов, прежде чем его емкость значительно упадет.
Бетон по-прежнему был способен хранить электроэнергию при самых разных температурах, хотя его емкость падала в условиях замерзания. Исследование показало, что микробы, накапливающие электричество, были наиболее активны при температуре от 30 до 37 градусов по Цельсию (от 86 до 99 градусов по Фаренгейту) и могли достигать температуры около 80 градусов по Цельсию (176 градусов по Фаренгейту), прежде чем сломаться и навсегда потерять емкость. Даже после того, как микробы погибли, накопившие энергию пленки, которые они создали в бетоне, продолжали удерживать значительное количество заряда.
У нового материала все еще есть ограничения.
Несмотря на то, что новый бетон показал многообещающие результаты в исследовании, он не будет использоваться в коммерческих целях в ближайшее время. Авторы исследования признали, что они еще не знают, как микробы ведут себя в долгосрочной перспективе, и необходимо провести дальнейшую работу над тем, как микробы выживают при минимальном уходе. На данный момент исследователи также не подтвердили, возможно ли увеличение производства бактерий до уровня, необходимого для коммерческого использования.
Определенные условия окружающей среды, такие как щелочность окружающей среды микробов, также значительно изменили их способность к хранению. Кроме того, если бетон будет использоваться в особенно жарких условиях, должен быть какой-то способ защитить микробы от воздействия тепла. Таким образом, хотя новый бетон является потенциально революционной аккумуляторной технологией, если он окажется коммерчески жизнеспособным, нет никакой гарантии, что он когда-либо попадет в руки строительных компаний. Однако это остается очень многообещающей идеей, несмотря на ее текущие ограничения.
