Καθώς ο κόσμος τρέχει να ηλεκτροδοτήσει τα πάντα, από αυτοκίνητα έως πόλεις, η ζήτηση για μπαταρίες υψηλής απόδοσης και μεγάλης διάρκειας εκτοξεύεται. Αλλά η δυσάρεστη αλήθεια είναι ότι πολλές από τις μπαταρίες που τροφοδοτούν τις «πράσινες» τεχνολογίες δεν είναι τόσο πράσινες όσο νομίζουμε.
Οι περισσότερες εμπορικές μπαταρίες βασίζονται σε φθοριωμένους πολυμερείς συνδετήρες (binders) για να συγκρατούνται, όπως το πολυβινυλιδενοφθορίδιο. Αυτά τα υλικά αποδίδουν καλά -είναι χημικά σταθερά, ανθεκτικά στη θερμότητα και πολύ ανθεκτικά. Αλλά συνοδεύονται από ένα κρυφό περιβαλλοντικό κόστος.
Τα φθοριωμένα πολυμερή προέρχονται από χημικές ενώσεις που περιέχουν φθόριο και δεν αποικοδομούνται εύκολα, απελευθερώνοντας επίμονους ρύπους που ονομάζονται PFAS (υπερφθοριωμένες και πολυφθοριωμένες αλκυλιωμένες ουσίες) κατά την παραγωγή και την απόρριψή τους. Μόλις εισέλθουν στο περιβάλλον, τα PFAS μπορούν να παραμείνουν στο νερό, στο έδαφος, ακόμη και στον ανθρώπινο ιστό για εκατοντάδες χρόνια, κερδίζοντας το παρατσούκλι «αιώνια χημικά». Δικαιολογήσαμε τη χρήση τους επειδή αυξάνουν τη διάρκεια ζωής και την απόδοση των μπαταριών. Αλλά αν η μετάβαση στην καθαρή ενέργεια βασίζεται σε υλικά που ρυπαίνουν, υποβαθμίζουν τα οικοσυστήματα και παραμένουν στο περιβάλλον για χρόνια, είναι πραγματικά βιώσιμη;
Γιατί οι συνδετήρες είναι σημαντικοί
Κάθε επαναφορτιζόμενη μπαταρία έχει τρία βασικά συστατικά: δύο ηλεκτρόδια που χωρίζονται από έναν υγρό ηλεκτρολύτη ο οποίος επιτρέπει στα φορτισμένα άτομα (ιόντα) να ρέουν μεταξύ τους. Όταν φορτίζετε μια μπαταρία, τα ιόντα μετακινούνται από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο, αποθηκεύοντας ενέργεια. Όταν χρησιμοποιείτε την μπαταρία, τα φορτισμένα άτομα επιστρέφουν στην αρχική τους πλευρά, απελευθερώνοντας αυτήν την αποθηκευμένη ενέργεια για να τροφοδοτήσουν το τηλέφωνό σας, το αυτοκίνητο ή το ηλεκτρικό δίκτυο. Κάθε ηλεκτρόδιο είναι ένα μείγμα τριών μερών: ένα ενεργό υλικό που αποθηκεύει και απελευθερώνει ενέργεια, ένα αγώγιμο πρόσθετο που βοηθά τα ηλεκτρόνια να κινούνται και έναν συνδετήρα που συγκρατεί τα πάντα μαζί. Ο συνδετήρας λειτουργεί σαν κόλλα, κρατώντας τα σωματίδια στη θέση τους και αποτρέποντας τη διάλυσή τους κατά τη χρήση. Χωρίς αυτόν, μια μπαταρία δεν θα μπορούσε να διατηρήσει φόρτιση μετά από λίγες μόνο χρήσεις.
Πολλοί θαλάσσιοι οργανισμοί έχουν εξελιχθεί με αξιοσημείωτους τρόπους για να προσκολλώνται σε βρεγμένες, ολισθηρές επιφάνειες. Τα μύδια, τα σκουλήκια που χτίζουν αμμόλοφους (sandcastle worms) και τα χταπόδια παράγουν φυσικές κόλλες για να προσκολλώνται σε βράχους, κύτη πλοίων και κοράλλια σε ταραγμένα νερά -συνθήκες που θα καθιστούσαν ανίσχυρες τις περισσότερες συνθετικές κόλλες. Για τα μύδια, το μυστικό βρίσκεται σε μόρια που ονομάζονται κατεχόλες. Αυτά τα μόρια περιέχουν ένα μοναδικό αμινοξύ στις κολλώδεις πρωτεΐνες τους που τα βοηθά να σχηματίζουν ισχυρούς δεσμούς με επιφάνειες και σκληραίνει σχεδόν ακαριαία όταν εκτίθεται σε οξυγόνο. Αυτή η χημεία έχει ήδη εμπνεύσει συνθετικές κόλλες που χρησιμοποιούνται για την σφράγιση πληγών, την αποκατάσταση τενόντων και τη δημιουργία επικαλύψεων που κολλούν σε μέταλλο ή γυαλί υποβρυχίως.
Σε αυτήν την ιδέα, έχει εξεταστεί ένα σχετικό μόριο που ονομάζεται γαλλόλη (gallol). Όπως η κατεχόλη στα μύδια, η γαλλόλη χρησιμοποιείται από θαλάσσια φυτά και φύκια για να προσκολλώνται σε υγρές επιφάνειες. Η χημική της δομή μοιάζει πολύ με αυτήν της κατεχόλης, αλλά περιέχει μια επιπλέον λειτουργική ομάδα που την καθιστά ακόμη πιο κολλητική και ευέλικτη. Μπορεί να σχηματίσει πολλαπλούς τύπους ισχυρών, ανθεκτικών και αναστρέψιμων δεσμών -ιδιότητες που την καθιστούν εξαιρετικό συνδετήρα μπαταριών.
Μια πιο πράσινη λύση
Οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν πολυμερή συνδετήρα βασισμένο στη χημεία της γαλλόλης και τον συνδύασαν με ψευδάργυρο, ένα ασφαλέστερο και πιο άφθονο μέταλλο από το λίθιο. Σε αντίθεση με το λίθιο, ο ψευδάργυρος δεν είναι εύφλεκτος και είναι ευκολότερο να εξαχθεί βιώσιμα, καθιστώντας τον ιδανικό για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας. Τα αποτελέσματα ήταν αξιοσημείωτα. Οι μπαταρίες ψευδαργύρου με βάση τη γαλλόλη διατήρησαν 52% υψηλότερη ενεργειακή απόδοση μετά από 8.000 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης σε σύγκριση με συμβατικές μπαταρίες που χρησιμοποιούν φθοριωμένους συνδετήρες. Σε πρακτικούς όρους, αυτό σημαίνει συσκευές μεγαλύτερης διάρκειας, λιγότερες αντικαταστάσεις και μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα.
Τα ευρήματα είναι μια απόδειξη ότι η απόδοση και η βιωσιμότητα μπορούν να συνυπάρχουν. Πολλοί στη βιομηχανία μπορεί ακόμη να θεωρούν το «πράσινο» και το «αποτελεσματικό» ως ανταγωνιστικές προτεραιότητες, με την βιωσιμότητα ως δεύτερη σκέψη. Αυτή η λογική είναι ανάποδη. Δεν μπορούμε να οικοδομήσουμε ένα πραγματικά καθαρό ενεργειακό μέλλον χρησιμοποιώντας ρυπογόνα υλικά. Για πάρα πολύ καιρό, η βιομηχανία μπαταριών επικεντρωνόταν στην απόδοση με κάθε κόστος, ακόμη κι αν αυτό το κόστος περιλάμβανε τοξικά απόβλητα, υλικά που είναι δύσκολο να ανακυκλωθούν και μη βιώσιμες και ανήθικες πρακτικές εξόρυξης. Η επόμενη γενιά τεχνολογιών πρέπει να είναι βιώσιμη εξ αρχής, κατασκευασμένη από πηγές που είναι ανανεώσιμες, βιοαποικοδομήσιμες και κυκλικές.
Η φύση λειτουργεί αποδοτικά, με αυτο-ανανεούμενα συστήματα για δισεκατομμύρια χρόνια. Τα μύδια, τα οστρακόδερμα και τα φύκια δημιουργούν υλικά που είναι ισχυρά, εύκαμπτα και βιοαποικοδομήσιμα. Χωρίς απόβλητα και χωρίς «για πάντα χημικά». Είναι καιρός να αρχίσουμε να δίνουμε προσοχή. Ο ωκεανός κρύβει κάτι περισσότερο από ομορφιά και βιοποικιλότητα· μπορεί επίσης να κρατά το σχέδιο για το μέλλον της αποθήκευσης ενέργειας. Αλλά η υλοποίηση αυτού του μέλλοντος απαιτεί μια πολιτισμική αλλαγή στην επιστήμη, μια που να ανταμείβει την καινοτομία που θεραπεύει, όχι μόνο την καινοτομία που αποδίδει.
zougla.gr