సిమెంట్ కాంక్రీట్‌‌లో విద్యుత్ నిల్వ, ఇక మీ ఇల్లే ఓ పెద్ద బ్యాటరీ..

ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఇళ్ల నిర్మాణంలో అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించేది సిమెంట్ కాంక్రీట్. అందులో కొద్దిగా మార్పు చేస్తే, అది బ్యాటరీ మాదిరిగా విద్యుత్‌ను నిల్వ చేసుకుంటుందని అమెరికా నిపుణులు చెబుతున్నారు.

అమెరికాలోని మసాచూసెట్స్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ (MIT)లో పనిచేసే శాస్త్రవేత్త స్టెఫానియుక్, ఆయన సహచరులు కలిసి మూడు చవకైన పదార్థాలను ఉపయోగించి విద్యుత్‌ను నిల్వ చేసే మార్గాన్ని కనుగొన్నారు.

ఆ మూడు పదార్థాలు - నీరు, సిమెంట్, కార్బన్ బ్లాక్ (మసి లాంటి పదార్థం).

వీటితో తయారు చేసిన స్టోరేజీ వ్యవస్థను ‘సూపర్‌కెపాసిటర్’ అంటున్నారు.

సూపర్‌కెపాసిటర్ విద్యుత్‌ను నిల్వ చేయడంలో అత్యంత సమర్థవంతమైనదని, రాబోయే కాలంలో విద్యుత్‌ను నిల్వ చేసే విధానాన్ని సమూలంగా మార్చేయబోతోందని స్టెఫానియుక్ అంటున్నారు.

లీథియం అయాన్ బ్యాటరీ కంటే అవి చాలా త్వరగా ఛార్జ్ అవుతాయని, విద్యుత్‌ విడుదలనూ వేగంగా చేస్తాయని చెబుతున్నారు.

బీబీసీ తెలుగు న్యూస్ వాట్సాప్ చానల్‌లో చేరడానికి ఇక్కడ క్లిక్ చేయండి

అసలేంటీ సూపర్ కెపాసిటర్లు?

ఈ సూపర్ కెపాసిటర్లను ఎలా తయారు చేస్తారు? అవి ఎలా పనిచేస్తాయి? అన్నది శాస్త్రవేత్త డామియన్ స్టెఫానియుక్ వివరించారు.

కార్బన్ బ్లాక్‌కు ఉన్న అసాధారణ లక్షణంతో సూపర్ కెపాసిటర్ పనిచేస్తుంది. కార్బన్ బ్లాక్‌కు అధిక విద్యుత్ వాహకత (కండక్టివిటీ) ఉంటుంది.

కార్బన్ బ్లాక్‌ను సిమెంట్ పౌడర్, నీళ్లతో కలిపినప్పుడు ఒక రకమైన కాంక్రీటు తయారవుతుంది. అది విద్యుత్ వాహక పదార్థాల నెట్‌వర్క్‌గా పని చేస్తుంది.

అందులో పొరలుగా ఉన్న రెండు వాహక పలకలతో కెపాసిటర్లు ఏర్పడతాయి. ఆ రెండు పలకలను కార్బన్ బ్లాక్ సిమెంట్‌తో తయారు చేస్తారు. వాటిని పొటాషియం క్లోరైడ్ అని పిలిచే ఎలక్ట్రోలైట్ సాల్ట్‌లో ముంచి తీస్తారు.

ఆ సాల్ట్‌లో ముంచిన ప్లేట్‌ల ద్వారా విద్యుత్‌ను ప్రవాహింపజేసినప్పుడు, ధనాత్మకంగా-చార్జ్ అయిన ప్లేట్లు పొటాషియం క్లోరైడ్ నుంచి రుణాత్మకంగా చార్జ్ అయిన అయాన్‌లను సేకరిస్తాయి.

పొరల మధ్య చార్జ్ అయిన అయాన్ల మార్పిడిని నిరోధించడం వల్ల, విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది.

సూపర్ కెపాసిటర్లు చాలా త్వరగా ఛార్జ్‌ అవుతాయి. అవి పవన, సౌరశక్తి వంటి పునరుత్పాదక వనరుల ద్వారా ఉత్పత్తి అయిన విద్యుత్‌ను నిల్వ చేస్తాయి.

ఈ సూపర్ కెపాసిటర్లను భవనాల పునాదుల్లో వాడొచ్చని, దానివల్ల పునాది ధృఢత్వం ఏమాత్రం తగ్గదని పరిశోధకులు అంటున్నారు.

ప్రస్తుతం విద్యుత్‌ను నిల్వ చేసేందుకు వాడుతున్న బ్యాటరీలతో పోల్చితే, ఈ సూపర్‌కెపాసిటర్ల తయారీకి అయ్యే ఖర్చు చాలా తక్కువని పరిశోధకులు చెబుతున్నారు.

ఈ సూపర్ కెపాసిటర్ల గురించి మరిన్ని వివరాలను మసాచూసెట్స్‌ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ (ఎంఐటీ) ప్రచురించింది.

సూపర్ కెపాసిటర్లతో ప్రయోజనాలు..

ప్రస్తుతం సూర్యుడు, గాలి, సముద్రం మన పునరుత్పాదక ఇంధన వనరులు.

కానీ సూర్యుడు ఎప్పుడూ ప్రకాశిస్తూ ఉండడు. గాలి ఎప్పుడూ వీయదు. సముద్రంలోనూ నిత్యం విద్యుత్‌ను ఉత్పత్తి చేసేందుకు వీలుండదు. ఇవి పూర్తిస్థాయిలో మన నిరంతర విద్యుత్ అవసరాలను తీర్చలేవు.

మనం ఆ శక్తిని బ్యాటరీలలో నిల్వ చేసుకోవాలి. బ్యాటరీలను తయారు చేయడానికి లీథియం వంటి పదార్థాలు అవసరం. కానీ విద్యుత్ ఉత్పత్తిని, రవాణా వ్యవస్థలను డీకార్బనైజ్ చేయాలని భావిస్తున్న నేటి ప్రపంచంలో, లీథియం డిమాండ్‌కు అవసరమైన దానికన్నా తక్కువగా లభ్యం అవుతోంది.

ప్రపంచంలో 101 లీథియం గనులు ఉండగా, పెరుగుతున్న డిమాండ్‌కు అనుగుణంగా ఈ గనుల సామర్థ్యంపై ఆర్థిక విశ్లేషకులు పెదవి విరుస్తున్నారు.

లీథియం మైనింగ్‌కు చాలా ఇంధనం, నీరు అవసరం. అంటే ఇది పునరుత్పాదక ఇంధన వనరులకు మారడం వల్ల కలిగే పర్యావరణ ప్రయోజనాలను దూరం చేస్తుంది.

లీథియంను వెలికితీసే ప్రక్రియలో కొన్నిసార్లు విష రసాయనాలు స్థానిక నీటి వనరుల్లో కలుస్తాయి.

కొన్ని కొత్త లీథియం నిల్వలను కనిపెట్టినప్పటికీ, దీని పరిమిత సరఫరా, ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఉన్న కొన్ని గనులపై అతిగా ఆధారపడటం, దీని పర్యావరణ ప్రభావం, ఇవన్నీ కలిసి ప్రత్యామ్నాయ బ్యాటరీ పదార్థాల అన్వేషణకు దారి తీశాయి.

ఇలాంటి పరిస్థితుల్లో స్టెఫానియుక్ కాంక్రీటుతో చేసిన ప్రయోగాలు ఎంతో ఆశాజనకంగా కనిపిస్తున్నాయి.

కార్బన్-సిమెంట్ సూపర్‌కెపాసిటర్లు ప్రపంచాన్ని డీకార్బనైజ్ చేసే ప్రయత్నాలకు చాలా దోహదపడతాయని స్టెఫానియుక్ అంటున్నారు.

"వీటిని పెంచగలిగితే, పునరుత్పాదక శక్తిని నిల్వ చేయడం అనే ఒక ముఖ్యమైన సమస్య పరిష్కారం అవుతుంది" అని ఆయన చెప్పారు.

తమ సూపర్‌కెపాసిటర్‌ల వల్ల అనేక ప్రయోజనాలు ఉంటాయని ఆయన, తోటి పరిశోధకులు భావిస్తున్నారు.

సౌరశక్తిని నిల్వచేసే రహదారులను సృష్టించి, ఎలక్ట్రిక్ కార్లను ఆ రోడ్డుపై నడుపుతున్నప్పుడు, వాటిని వైర్‌లెస్‌గా రీఛార్జ్ చేసేలా ఆ శక్తిని విడుదల చేయడం వాటిలో ఒకటి.

కార్బన్-సిమెంట్ సూపర్‌కెపాసిటర్ నుంచి శక్తిని వేగంగా విడుదల చేయడం వల్ల వాహనాల బ్యాటరీలూ వేగంగా రీఛార్జ్ అవుతాయి.

వీటిని శక్తిని నిల్వచేసే ఇంటి పునాదులుగానూ మార్చవచ్చు. "గోడలు, లేదా పునాదులు లేదా నిలువు స్థంభాలు ఇంటి నిర్మాణానికి ఉపయోగపడడమే కాకుండా, వాటి లోపల కూడా శక్తినీ నిలువ చేయవచ్చు" అని స్టెఫానియుక్ వివరించారు.

అయితే, ఇలాంటివి పూర్తి స్థాయిలో అందుబాటులోకి రావాలంటే ఇంకా చాలా సమయం పడుతుంది.

ప్రస్తుతానికి, కాంక్రీట్ సూపర్‌కెపాసిటర్ ప్రతి క్యూబిక్ మీటర్‌కు 300 వాట్స్ కంటే తక్కువ విద్యుత్‌ను నిల్వ చేయగలదు. అంటే 10 వాట్ల ఎల్‌ఈడీ బల్బు 30 గంటలపాటు వెలుగుతుంది.

‘‘సంప్రదాయ బ్యాటరీలతో పోలిస్తే పవర్ అవుట్‌పుట్ తక్కువగా అనిపించవచ్చు. కానీ 30-40 క్యూబిక్ మీటర్ల (1,060-1,410 క్యూబిక్ అడుగులు) కాంక్రీటు కలిగిన పునాది ఇంటి రోజువారీ విద్యుత్ అవసరాలను తీర్చడానికి సరిపోతుంది" అని స్టెఫానియుక్ వివరించారు.

ఎంఐటీలోని స్టెఫానియుక్, ఆయన సహచరులు మొదట చిన్న సైజు 1 వోల్టు సూపర్ కెపాసిటర్‌లను సృష్టించి, 3 వోల్టుల బల్బును వెలిగించడానికి వాటిని సిరీస్‌లో కలిపి, ఈ ప్రయోగం విజయవంతమని నిరూపించారు.

ఆ తర్వాత వాళ్లు 12 వోల్టుల సూపర్‌కెపాసిటర్‌ను తయారు చేశారు.

హ్యాండ్‌హెల్డ్ గేమ్‌ల కన్సోల్‌కు విద్యుత్‌ను ఇవ్వడానికి పెద్ద పరిమాణం సూపర్ కెపాసిటర్‌లను స్టెఫానియుక్ ఉపయోగించుకోగలిగారు.

వీరి పరిశోధనా బృందం ఇప్పుడు 45 క్యూబిక్ మీటర్లు (1,590 క్యూబిక్ అడుగులు) పరిమాణంలో ఉన్న పెద్ద సైజు సూపర్ కెపాసిటర్‌లను నిర్మించాలని యోచిస్తోంది. ఇది ఒక రోజు ఇంటికి శక్తిని అందించడానికి అవసరమైన 10 కెడబ్యూహెచ్ (కిలోవాట్ అవర్) విద్యుత్‌ను నిల్వ చేయగలదు.

అప్పుడే పరిపూర్ణం కాదు

సూపర్‌కెపాసిటర్లు ఇంకా పరిపూర్ణమైనవి కావు. ఇప్పుడు ఉన్న నమూనాలు త్వరగా శక్తిని విడుదల చేస్తాయి, స్థిరమైన అవుట్‌పుట్‌కు అనువైనవి కావు.

తాను, తన సహచరులు మిశ్రమాన్ని మార్పు చేయడం ద్వారా తమ కార్బన్-సిమెంట్ వెర్షన్‌ను మరింత సమర్థమైన నమూనాగా మార్చే పని చేస్తున్నామని స్టెఫానియుక్ చెప్పారు.

వాటిపై ఇంకా పరీక్షలు జరుగుతున్నాయని, ఇప్పుడు ఆ వివరాలను బహిర్గతం చేయలేమని అన్నారు.

అయితే మరికొన్ని సమస్యలూ ఉన్నాయి. కార్బన్ బ్లాక్‌ను ఎక్కువగా జోడించడం వలన సూపర్ కెపాసిటర్‌లో మరింత శక్తిని నిల్వ చేయగలిగినా, ఇది కాంక్రీటును బలహీనపరుస్తుంది. అందువల్ల శక్తిని నిల్వ చేయడంతో పాటు నిర్మాణపరంగానూ బలంగా ఉండే లక్షణాలను కలిగిన మిశ్రమాన్ని కనుగొనాల్సి ఉంది.

కార్బన్-సిమెంట్ సూపర్ కెపాసిటర్లు మనం లీథియంపై ఆధారపడటాన్ని తగ్గించినా, పర్యావరణంపై వాటి ప్రభావమూ అంతో ఇంతో ఉంటుంది.

ప్రపంచవ్యాప్తంగా సిమెంట్ ఉత్పత్తి వల్ల 5-8% కార్బన్ డయాక్సైడ్ ఉద్గారాలు వెలువడుతున్నాయి.

సూపర్ కెపాసిటర్‌లకు అవసరమైన కార్బన్-సిమెంట్‌ను ఇప్పటికే ఉన్న నిర్మాణాలలో అమర్చలేం, వాటిని తాజాగా తయారు చేయాలి.

ఏది ఏమైనా, ఇది ఒక ఆశాజనకమైన ఆవిష్కరణగా కనిపిస్తోందని యూకేలోని టీసైడ్ యూనివర్సిటీలో సెంటర్ ఫర్ సస్టెయినబుల్ ఇంజినీరింగ్‌కు నాయకత్వం వహిస్తున్న మైఖేల్ షార్ట్ చెప్పారు.

"ఇంటి నిర్మాణాలనూ శక్తిని నిలువ చేసే మాధ్యమంగా ఉపయోగించుకోవడం మనకు అనేక కొత్త అవకాశాలను సృష్టిస్తుంది" అని ఆయన అన్నారు. "వీటిని సాధారణ పదార్థాలతో తయారు చేసే అవకాశం ఉండడం, వీటి తయారీ సాపేక్షంగా సులభంగా ఉండడం వల్ల, ఈ విధానంపై మరిన్ని పరిశోధనలు జరగాలి, మరింత పరిశుభ్రమైన, సుస్థిరమైన భవిష్యత్తుకు ఇది హామీ ఇస్తుంది" అని ఆయన చెప్పారు.

పర్యావరణ అనుకూలమైన సిమెంట్ సమస్యను అధిగమించడానికి ఒక మార్గం ఉందని షార్ట్ అంటారు.

టీసైడ్ యూనివర్శిటీలోని ఆయన సహచరులు ఇప్పటికే ఉక్కు, రసాయన పరిశ్రమల ఉప-ఉత్పత్తులతో కర్బన ఉద్గారాలను తగ్గించే సిమెంట్‌పై పరిశోధనలు చేస్తున్నారు.

ఇవి కూడా చదవండి:

(బీబీసీ తెలుగును వాట్సాప్‌,ఫేస్‌బుక్, ఇన్‌స్టాగ్రామ్‌, ట్విటర్‌లో ఫాలో అవ్వండి. యూట్యూబ్‌లో సబ్‌స్క్రైబ్ చేయండి.)