Энергия под ногами: как бетонные здания станут гигантскими батареями для целых городов

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) совершили прорыв в разработке инновационного материала — «бетонной батареи». Они смогли увеличить её энергоёмкость в десять раз, открыв путь к превращению зданий, мостов и даже тротуаров в гигантские накопители энергии, способные питать целые города.

Этот материал, названный электропроводящим углеродным бетоном (ec³), создается путем смешивания цемента, воды, жидкого электролита и сверхмелкого углеродного порошка — наноразмерной сажи. При затвердевании эта смесь образует плотную проводящую сеть, способную накапливать и отдавать электрический заряд. Таким образом, любой объект, построенный из такого бетона, сам по себе становится аккумулятором.

Эта технология, известная как суперконденсаторное накопление энергии, может стать решением одной из главных проблем возобновляемой энергетики: как запасать энергию, когда солнце не светит, а ветер не дует.

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), всего пять кубических метров такого бетона теперь могут хранить более 10 киловатт-часов электроэнергии — этого достаточно, чтобы покрыть суточные потребности среднего домохозяйства. Все два года назад для такого же количества энергии потребовался бы объем в девять раз больше.

Улучшений удалось достичь благодаря глубокому изучению взаимодействия углеродной сетки и электролита, а также изменению процесса производства. Ученые стали добавлять электролит непосредственно в воду для затворения смеси, что позволило создавать более толстые и энергоемкие плиты без потери проводимости. Они также опробовали различные типы электролитов, включая морскую воду, и нашли несколько эффективных вариантов.

Самое впечатляющее, что для создания ec³ требуются лишь небольшие изменения в традиционном процессе производства бетона. Это открывает колоссальные возможности для устойчивого строительства. Можно создавать «многофункциональный бетон», который не только хранит энергию, но и поглощает углекислый газ из атмосферы или даже обладает способностью к самовосстановлению.

Будущее уже рядом

У этой технологии уже есть практические испытания. Например, в Японии такой бетон tested для подогрева тротуаров в зимних условиях, что может стать экологичной альтернативой реагентам и соли.

Ученые видят будущее, в котором эта технология кардинально изменит нашу жизнь:

• Автономные дома, которые сами обеспечивают себя энергией и не зависят от центральных сетей.
• «Умные» дороги и парковки, которые смогут беспроводным способом заряжать электромобили прямо во время движения или стоянки.
• Целые районы и города, где энергия, выработанная днём солнечными панелями, будет запасаться в стенах и фундаментах зданий для использования ночью.

«Нас больше всего воодушевляет то, что мы взяли древний, как мир, материал и показали, что он может делать нечто совершенно новое, — говорят исследователи. — Сочетая современную нанонауку с древним строительным блоком цивилизации, мы открываем дверь в мир инфраструктуры, которая не просто поддерживает нашу жизнь, но и питает её энергией».

Это открытие знаменует начало новой эры, в которой сама среда нашего обитания станет активным участником энергетической системы, делая наши города умнее, экологичнее и независимее.