Korejští vědci vyvíjejí betavoltaický článek, který přeměňuje záření na elektřinu po desítky let bez rizik spojených s jadernou energií.
Nikdo nečekal, že by se jaderná baterie o velikosti mince mohla stát „konečnou odpovědí na naše energetické problémy“, ale vypadá to, že budoucnost už je tady. Toto malé zařízení vyvinuté korejskými vědci slibuje, že „bude fungovat desítky let bez dobíjení“, čímž zcela změní způsob, jakým napájíme naše elektronická zařízení, a učiní současné lithium-iontové technologie, které na trhu dominují, zastaralými.
Vědci z jihokorejského Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) vytvořili inovativní betavoltaický článek citlivý na barvivo, který je schopen „přeměňovat záření přímo na elektřinu“. Průlomový objev, který profesor Su-Il In představil na březnovém jarním zasedání Americké chemické společnosti, by mohl znamenat „změnu paradigmatu v energetice“.
Technologie, která zpochybňuje hranice autonomie
Ačkoli to může znít jako science fiction, tato jaderná baterie využívá „překvapivě jednoduchý princip. Beta částice emitované uhlíkem-14 (radioaktivní izotop přirozeně přítomný i v našich tělech) narážejí na polovodič z oxidu titaničitého pokrytý rutheniovým barvivem, uvolňují elektrony a generují elektřinu. Poločas rozpadu uhlíku-14 je 5 730 let, což znamená, že „baterie bude i po téměř šesti tisíciletích vyrábět 50 % své původní kapacity“.
Fungování této technologie není zcela nové, neboť miniaturizované jaderné baterie se vyvíjejí již delší dobu, ale nedávné pokroky korejského týmu v oblasti materiálů a účinnosti nás přibližují k praktickým každodenním aplikacím. Současný prototyp je „šestkrát účinnější“ než předchozí modely, neboť přeměňuje téměř tři procenta záření na užitečnou elektřinu, zatímco v současnosti je to pouhých 0,5 procenta vyzařované energie.
Nejpřekvapivější na této jaderné baterii je její mimořádná bezpečnost. Navzdory tomu, co by se mohlo zdát, lze částice beta uhlíku-14 „blokovat obyčejným listem papíru“ nebo tenkou hliníkovou fólií. Protože je vyrobena bez hořlavých materiálů a je pevnolátková, mohla by být dokonce bezpečnější než současné lithium-iontové baterie, které jsou náchylné k přehřátí a problémům s výbuchem.
Navzdory svému současnému nízkému výkonu (pouhých 0,4 % výkonu potřebného pro základní kalkulačku) mají tyto baterie již nyní revoluční využití. Mohly by napájet lékařské přístroje, jako jsou kardiostimulátory, „čímž by se eliminovala nutnost pravidelných chirurgických výměn“, vzdálené senzory životního prostředí nebo mikročipy pro specifické aplikace, kde je přístup k dobíjení nebo výměně baterií obtížný.
„Výkon li-ion baterií je téměř nasycen,“ vysvětluje profesor In a upozorňuje na současná omezení této technologie. Těžba lithia je navíc energeticky náročná a nesprávná likvidace konvenčních baterií vážně znečišťuje ekosystémy, takže tyto jaderné alternativy jsou z dlouhodobého hlediska „udržitelnější variantou“.
Závod o vývoj účinných jaderných baterií se v posledních letech zintenzivnil. Zatímco korejský tým pracuje s uhlíkem-14, jiní vědci zkoumají alternativy, jako je přeměna gama záření na elektřinu nebo použití diamantů s uhlíkem-14 k vytvoření článků schopných napájet zařízení po tisíce let bez dobíjení. Hledání bezpečných jaderných baterií pokračuje a každý výzkumný projekt přináší nové objevy.
Jak bude vypadat energetika 21. století
Budoucnost této technologie vypadá zářivě. Přestože baterie v současné době přeměňuje na elektřinu pouze malou část radioaktivního rozpadu, vědci pracují na optimalizaci zářiče beta záření a vývoji účinnějších absorbérů. „Bezpečnou jadernou energii můžeme umístit do zařízení o velikosti prstu,“ říká nadšeně profesor In a otevírá dveře do světa, kde by se starosti s dobíjením našich zařízení mohly stát minulostí.
Toto „malé, bezpečné a dlouhotrvající jaderné zařízení“ by mohlo radikálně změnit náš vztah ke každodenní technologii. Bez neustále se vybíjejících baterií, bez nabíjecích kabelů v každém koutě a bez plánovaného zastarávání dnešních zařízení se blížíme k „novému energetickému věku“, kdy dostupnost energie již nebude omezujícím faktorem při navrhování a používání elektroniky. Energetická revoluce by mohla začít něčím menším než mince.
Pro lepší pochopení potenciálního dopadu těchto jaderných baterií je důležité zvážit jejich schopnost integrace s novými technologiemi, jako je internet věcí (IoT). Zařízení internetu věcí vyžadují spolehlivé a dlouhodobé zdroje energie, aby mohla efektivně fungovat ve vzdálených a těžko dostupných prostředích. Jaderné baterie by mohly být ideálním řešením, jak tato zařízení udržet v provozu po desetiletí bez nutnosti údržby. Kromě toho by použití těchto baterií v letectví a kosmonautice mohlo přinést revoluci ve způsobu napájení satelitů a vesmírných sond, což by umožnilo delší mise, které by byly méně závislé na současných energetických omezeních.
Díky pokračujícímu výzkumu a vývoji mají jaderné baterie potenciál změnit nejen způsob, jakým napájíme naše osobní zařízení, ale také ovlivnit celá průmyslová odvětví. Budoucnost energetiky by mohla být v rukou těchto malých, ale výkonných zdrojů energie – od medicíny až po průzkum vesmíru.