Turvallinen, kompakti ydinakku voi mullistaa energian varastoinnin

Ydinvoima kaikessa?

Kun ydinvoimatuotannosta tuli käytännöllinen tekniikka, se antoi toivoa, että energia, jota tähän asti oli käytetty vain maailmanloppuun pommien luomiseen, voisi myös pelastaa saman sivilisaation luonnonvarojen ehtymiseltä.

Koska ilmastonmuutos on kasvava huolenaihe, ydinvoima elää renessanssia, koska se on saatavilla oleva, skaalautuva ja vähähiilinen energialähde, joka voisi kuroa umpeen, kunnes uusiutuvat energialähteet ja akut ovat valmiita korvaamaan fossiiliset polttoaineet. Ja uusia ydinvoimalaitossuunnitelmia on tulossa, jotka voivat tehdä siitä halvempaa, turvallisempaa ja joustavampaa, kuten selitimme artikkelissa "Päivitys SMR:stä (Small Modular Reactor) – edelleen ydinvoiman tulevaisuus"Ja"Ydinvoiman 4. sukupolvi: halvempaa, puhtaampaa, turvallisempaa".

Nämä suuret voimalaitokset eivät kuitenkaan ole sitä, mitä tieteiskirjailijat alun perin ajattelivat ydinvoimasta. Johtavat ajattelijat, kuten Isaac Asimov, olivat paljon kunnianhimoisempia ja kuvittelivat pienikokoisia ydinvoimageneraattoreita, jotka voisivat mahtua juniin, autoihin ja jopa pienempiin laitteisiin, joten ajatus niiden lataamisesta tai tankkaamisesta oli käytännössä vanhentunut.

Yksi askel tähän suuntaan on otettu esittelemällä ydinakkuja, jotka ovat tarpeeksi pieniä toimimaan pienissä elektronisissa laitteissa. Ja se tekisi sen turvallisesti.

Tämän tutkimustyön esitteli American Chemical Societyn (ACS) kevätkokouksessa Su-Il In, Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology -instituutin (Etelä-Korea) professori otsikolla "Seuraavan sukupolven akku: Erittäin tehokas ja vakaa C14-väriaineherkistetty betavoltaic cell".

Lähde: Aasian tutkimusuutiset

Akun rajoitus

Useimpien elektronisten laitteiden kapasiteettia rajoittaa nykyään niiden akku, joka yleensä käyttää litiumioniteknologiaa. Tämä koskee älypuhelimia, droneja, antureita jne.

Lisäksi litiumin louhinta on ympäristöä tuhoava prosessi, ja litiumista voi tulla saastuttava aine tulevaisuudessa.

Niinpä tiedemiehet ovat pitkään pitäneet vaihtoehtona käyttää radioaktiivista hajoamista, satoja tai jopa kymmeniä tuhansia vuosia kestävää prosessia, parempana vaihtoehtona, joka ei vaatisi laitteiden uudelleenlatausta ollenkaan.

Koska tällaiset laitteet olisivat radioaktiivisia, olisi kuitenkin täytettävä tiukimmat turvallisuusstandardit.

Beeta-radioaktiivisuus

Radioaktiivisuutta on monia erilaisia ​​muotoja. Näistä gammahajoaminen on vaarallisin, sillä se lähettää erittäin voimakkaita gammasäteitä, jotka voivat aiheuttaa syöpää ja muita vahinkoja.

Lähde: Yhdiste Chem

Alfa- ja beetahajoaminen ovat paljon vähemmän vaarallisia, ja radioaktiiviset päästöt voidaan pysäyttää ohuella alumiinikerroksella tai jopa pelkällä paperilla.

Lähde: Länsi -Oregonin yliopisto

Oikean isotoopin valinta

Se, mitä radioaktiivista aktiivisuutta esiintyy, riippuu radioaktiivisesta alkuaineesta ja sen isotoopeista, joten jotkut virtalähteet ovat paljon turvallisempia kuin toiset. Tästä syystä uraanin kaltaiset materiaalit eivät sovellu pienille ydinakuille.

Hiili-14, luonnossa esiintyvä hiilen isotooppi, jota usein käytetään päivämäärätekniikoiden määrittämisessä, olisi kuitenkin hyvä vastine.

Lisäetuna on, että hiili-14:ää tuotetaan joka tapauksessa olemassa olevissa ydinvoimalaitoksissa, mikä tekee siitä edullista, helposti saatavilla ja helposti kierrätettävää. Lopuksi,

"Päätin käyttää hiilen radioaktiivista isotooppia, koska se tuottaa vain beetasäteitä. Ja koska radiohiili hajoaa hyvin hitaasti, radiohiilikäyttöinen akku voisi teoriassa kestää vuosituhansia."

PR. Su-Il In – Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology -instituutin professori

Betavoltaic-tekniikka

Beetan heikkeneminen sähköntuotannossa ei ole täysin uusi käsite, ja se tunnetaan betavoltaicina, jossa beetahiukkanen korvaa klassisessa aurinkosähkössä käytetyt fotonit.

Betavoltaisessa elektroni iskee fotonin sijaan puolijohteeseen, mikä johtaa sähkön tuotantoon.

Tämä puolijohdemateriaali on keskeinen osa, sillä kuinka tehokas se on, määrittää kokonaisenergian muunnostehokkuuden. Toistaiseksi betavoltaiset puolijohteet ovat olleet erittäin alhaisia ​​tai liian hauraita kestämään yhtä kauan kuin ydinpolttoaine.

Titaanidioksidipuolijohde

Professori In ja hänen tiiminsä käyttivät aurinkokennoissa yleisesti käytettyä materiaalia, titaanidioksidia, ja lisäsivät ruteenipohjaista väriainetta. Jotta väriaineen ja puolijohteen välinen sidos olisi riittävän kiinteä, he käyttivät sitruunahappokäsittelyä.

Beetahiukkasen (voimakkaan elektronin) osuma ruteeniväriaine saa aikaan elektroninsiirtoreaktioiden sarjan, jota kutsutaan elektronivyöryksi. Titaanidioksidi kerää sitten syntyneet elektronit ja muuttaa ne käyttökelpoiseksi sähköksi.

Molempien elektrodien käsittely

Tutkijat havaitsivat, että prosessin tehokkuutta voitaisiin parantaa radikaalisti laittamalla ruteeniväriainetta sekä ydinakun katodille että anodille.

Verrattuna aiempaan malliin, jossa radiohiili oli vain katodilla, tämä johti paljon korkeampaan energian muunnostehokkuuteen, joka nousi 0.48 %:sta 2.86 %:iin.

Sovellukset

Koska tämä järjestelmä on todennäköisesti toistaiseksi kalliimpi kuin tavallinen akku, se huomaa, että sen ensimmäiset sovellukset eivät olleet virtalähteen vaihtaminen tai lataaminen on hyödyllisintä.

Esimerkiksi sydämentahdistimet ja muut lääketieteelliset implantit voisivat saada virtaa koko eliniän sellaisilla beeta-voltaic-akuilla.

Anturit herkissä tai vihamielisissä ympäristöissä, kuten ydinreaktoreissa, tehtaissa, syvässä meressä tai syvässä avaruudessa, voisivat myös hyötyä suuresti tästä konseptista.

Lisäparannuksia

Tämä teknologia ja vaikuttava tehokkuuden lisäys liittyvät muihin tutkimuksiin, jotka pyrkivät hyödyntämään radioaktiivista hajoamista energiantuotannossa ilman ydinreaktoria. Esimerkiksi, keskustelimme äskettäin ajatuksesta ydinjätteen käyttämisestä toisentyyppisten ydinakkujen valmistukseen.

Professori In ehdottaa, että lisäponnistelut beetasäteen säteilijän muodon optimoimiseksi ja tehokkaampien beetasäteen vaimentimien kehittämiseksi voisivat parantaa akun suorituskykyä ja lisätä tehontuotantoa.

Kaiken kaikkiaan tämä tekniikka todennäköisesti paranee jatkuvasti, kun ymmärryksemme puolijohteista ja harvinaisista metalleista kehittyy.

Investointi ydinvoimaan

Cameco – Westinghouse Electric Company

Vuonna 2022, Cameco päätti hankkia 49 prosentin määräysvallan Westinghousessa, joka on Yhdysvaltain johtava ydinvoimalaitosten rakentaja., yhdessä jättiläisen sijoitusyhtiön Brookfieldin kanssa (51 %:n määräysvalta).

Yrityksellä on valtava uusiutuvan/vähähiilisen sähköntuotantoosasto 19 miljardin dollarin muodossa Brookfieldin uusiutuvat kumppanit (BEP ). Brookfield Corporation on kokonaisuudessaan massiivinen omaisuudenhoitoyhtiö, jonka hallinnassa on lähes biljoona dollaria.

Tämä tarkoittaa, että Westinghouse voi nyt käyttää erittäin syvää pääomaa, mikä on usein ongelma ydinreaktorien rakentajille, koska uudet hankkeet vaativat vuosien investointeja ennen kuin ne tuovat tuloja.

Vaikka uusi reaktori tuottaa tuloja kauemmin, se tuottaa tuloja Westinghouselle rakennusvaiheessa 6.^th vuoden suunnittelu- ja insinööriopintojen jälkeen ja jatkaa niin koko rakennushankkeen ajan yli 10 vuoden ajan.

Lähde: cameco

Westinghousen työhevonen on testattu ja testattu AP1000-reaktorirakenne (6 käytössä ja 6 rakentamisessa) yrityksen CANDU-standardi, yksi yleisimmistä maailmassa.

Se työskentelee myös AP300 pieni modulaarinen reaktori, joka todennäköisesti otetaan käyttöön Slovakiassa, Suomija Ruotsi, ja mikroreaktori e-Vinci, mikä havainnollistaa yrityksen jatkuvia innovaatioita ja sitä, miten se pysyy alan uusimmista trendeistä kiinni.

Lähde: Westinghouse

Westinghouse on tärkeä osa ydinvoiman toimitusketjua. Tiukkojen määräysten vuoksi tällaisia ​​osia ja laitteita tarvitaan jokaiselle uusille voimalaitokselle, niin perinteiselle kuin SMR:llekin.

Kaiken kaikkiaan, vaikka uraanin tarjontaongelma ratkeaisi ja uraanin hinnat romahtavat, Westinghousen omistuksen pitäisi antaa Camecon hyötyä meneillään olevasta ydinvoiman renessanssista ainakin useiden vuosikymmenten ajan.

Loput Cameco-yhtiöstä ovat uraanikaivosyrityksiä, jotka todennäköisesti hyötyvät myös ydinenergian meneillään olevasta renessanssista. Sen tärkeimmät kaivosvarat ovat Kanadassa ja Kazakstanissa.

Uraani- ja ydinreaktoriyhtiöt ovat historiallisesti kärsineet ydinkatastrofin pelosta ja huolesta ydinjätteestä.

Kun uudemmat ja turvallisemmat mallit kehittyvät ja ydinjätteistä tulee arvokas resurssi ongelman sijaan, tämän ei pitäisi enää olla ongelma. Tämä sisältää hiili-14-tuotannon betavoltaille, josta voisi tulla Westinghousen voimalaitosten lisätuotanto.

Lisäksi pyrkimys saada lisää vähähiilisiä energialähteitä, vaikka uusiutuvat energialähteet ovat vielä täysin ratkaisematta ajoittaisen tuotannon ongelmaa, etenkin talvella, pitäisi auttaa ydinenergiaa tekemään voimakkaan paluun.

(Jos olet enemmän kiinnostunut tässä tutkimuksessa käytettyjen elementtien kysynnän mahdollisuudesta, voit myös neuvotella raporttimme titaaniin sijoittamisesta)

Viimeisin päällä Cameco-Westinghouse Electric Company