Αντέχει για χιλιετίες: Η «πράσινη» μπαταρία από πυρηνικά απόβλητα δείχνει το δρόμο για το μέλλον

Στον κόσμο των μπαταριών, η διάρκεια είναι ο «βασιλιάς». Είτε είναι τοποθετημένη στο μικρότερο φορητό αντικείμενο, είτε παρέχει εφεδρική ενέργεια για το ηλεκτρικό δίκτυο, μια μπαταρία που παρέχει αξιόπιστη ενέργεια για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα θα υπερτερεί πάντα έναντι του ανταγωνισμού.

Εν προκειμένω, στις μέρες μας, ο ανταγωνισμός αυτός έχει περάσει σε άλλο επίπεδο. ΗΠΑ, Ιαπωνία, Κίνα και Μεγάλη Βρετανία διαγωνίζονται για την κατασκευή μπαταριών διάφορων χρήσεων, με βάση την πυρηνική ενέργεια και τα πρώτα αποτελέσματα είναι κάτι παραπάνω από εντυπωσιακά.

Τους πρώτους μήνες του 2025 η επιστήμη κατέκτησε κάποια ορόσημα, τα οποία θα αποτελέσουν βάση για το μέλλον, χρησιμοποιώντας πυρηνικά απόβλητα και ουράνιο για την αποθήκευση ενέργειας.

Μία από τις πιο πρωτοποριακές κατασκευές ήταν η μπαταρία που δημιούργησαν ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Οχάιο, βασισμένοι σε μια τεχνολογία που υπόσχεται να φέρει επανάσταση στον τομέα της αποθήκευσης ενέργειας και τη διαχείριση των ραδιενεργών υλικών. Η μπαταρία λειτουργεί λαμβάνοντας την περιβαλλοντική ακτινοβολία γάμμα από τα χρησιμοποιημένα πυρηνικά καύσιμα και μετατρέποντας την σε φως. Αυτό γίνεται με τη χρήση κρυστάλλων σπινθηρισμού, που έχουν την ιδιότητα να εκπέμπουν φως όταν εκτίθενται σε ακτινοβολία. Στη συνέχεια αυτό το φως μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω ηλιακών κυψελών.

Το λειτουργικό πρωτότυπο που κατασκευάστηκε στο Οχάιο, έχει περίπου το μέγεθος ενός κύβου ζάχαρης. Η μπαταρία δεν ενσωματώνει ραδιενεργά υλικά, πράγμα που σημαίνει ότι είναι ασφαλής στην αφή, ωστόσο δεν αναπτύσσεται για δημόσια χρήση. Οι δημιουργοί της οραματίζονται τη χρήση τέτοιων μπαταριών σε πυρηνικά συστήματα για την εξερεύνηση του διαστήματος και της βαθιάς θάλασσας.

Μπαλα
Σε κάνει να αναρωτιέσαι εάν πρέπει να μείνει…
Με τη μετατροπή αυτών των αποβλήτων σε ηλεκτρική ενέργεια, η μπαταρία προσφέρει μια πιθανή πορεία για τη μετατροπή μιας επιβάρυνσης σε πολύτιμο πόρο. Επιπλέον, ο σχεδιασμός της την καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλη για περιβάλλοντα όπου υπάρχουν ήδη υψηλά επίπεδα ραδιενέργειας, όπως εγκαταστάσεις αποθήκευσης πυρηνικών αποβλήτων, εξερεύνηση σε βαθιά θάλασσα, ακόμη και διαστημικές αποστολές.

Σχεδόν ταυτόχρονα με αυτό το επίτευγμα, ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ ανακάλυψαν μια πυρηνική μπαταρία που αξιοποιεί απόβλητα άνθρακα και προσφέρει μακροχρόνια ενέργεια. Τόσο μακροχρόνια που θα χρειαστεί πάνω από 5.000 χρόνια για να χάσει το ήμισυ της ισχύος της! Για τη δημιουργία της έχει αξιοποιηθεί μια ραδιενεργή μορφή του άνθρακα, που παράγεται ως απόβλητο στους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Η καινοτομία έγκειται στην εκμετάλλευση των μπλοκ γραφίτη που ρυθμίζουν την ταχύτητα των αντιδράσεων στους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Όταν εκτίθενται σε ακτινοβολία, τα σταθερά ισότοπα άνθρακα του γραφίτη μετατρέπονται με τον χρόνο σε άνθρακα-14. Η διάσπαση του ισοτόπου παράγει μόνο ηλεκτρόνια, τα οποία είναι ακίνδυνα, καθώς δεν μπορούν να βγουν από την μπαταρία.

Μέσα στη συσκευή, τα ηλεκτρόνια αυτά συγκρούονται με ημιαγωγούς από τιτάνιο και ρουθήνιο, παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα. Αν και η παραγόμενη ενέργεια είναι περιορισμένη — μόλις 15 joule ανά ημέρα για 1 γραμμάριο άνθρακα-14 – η μπαταρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε βηματοδότες και άλλες ιατρικές συσκευές που απαιτούν μακροχρόνια λειτουργία χωρίς αλλαγή μπαταρίας. Ο άνθρακας-14 έχει ημιζωή 5.700 ετών και φυσικά μια ενδεχόμενη μαζική παραγωγή θα εξοικονομούσε τεράστιες ποσότητες ενέργειας.

Μια παγκόσμια πρωτοτυπία ανακοίνωσε τις τελευταίες ημέρες και η Ιαπωνία, συγκεκριμένα η Ιαπωνική Υπηρεσία Ατομικής Ενέργειας. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε το ουράνιο ως ενεργό υλικό για τις ηλεκτροχημικές διαδικασίες μιας επαναφορτιζόμενης μπαταρίας. Αυτό το ουράνιο, το οποίο είναι απεμπλουτισμένο και συχνά θεωρείται προβληματικό απόβλητο, χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω χημικών αντιδράσεων.

Η μπαταρία που αναπτύχθηκε έχει διαστάσεις 10×5 εκατοστά και χρησιμοποιεί ηλεκτρολύτες με ουράνιο για το αρνητικό ηλεκτρόδιο και σίδηρο για το θετικό. Η τάση που επιτεύχθηκε (1,3 V) είναι ανάλογη μιας τυπικής αλκαλικής μπαταρίας, ενώ φορτίστηκε και αποφορτίστηκε 10 φορές χωρίς να χάνει σε απόδοση.

Η Ιαπωνία διαθέτει 16.000 τόνους απεμπλουτισμένου ουρανίου και αυτό το νέο μοντέλο επαναφορτιζόμενης μπαταρίας προσφέρει έναν τρόπο να αξιοποιηθεί αυτό το τεράστιο απόθεμα υλικού, παρέχοντας λύσεις στη διαχείριση αποβλήτων και στην ενίσχυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Νωρίτερα, στις αρχές του 2024, η κινεζική εταιρεία Betavolt αποκάλυψε μια πυρηνική μπαταρία μεγέθους κέρματος με την ονομασία BV100 που χρησιμοποιεί νικέλιο-63 ως ραδιενεργό πηγή. Η εκτιμώμενη διάρκεια ζωής της είναι 50 χρόνια. Η διαφορά με τις προαναφερόμενες μπαταρίες είναι ότι αυτή δεν είναι απλώς μια εργαστηριακή καινοτομία – ήδη παράγεται μαζικά, με σκοπό να τροφοδοτήσει τεχνολογίες που κυμαίνονται από ιατρικές και αεροδιαστημικές συσκευές έως μελλοντικά smartphones.

Αναμφίβολα οι εξελίξεις αυτές είναι εξαιρετικά σημαντικές. λόγω της αυξανόμενης ζήτησης για αποθήκευση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Ενδεχόμενη κλιμάκωσή τέτοιων ανακαλύψεων θα μεταμορφώσει την παραγωγή και αποθήκευση ενέργειας στο μέλλον, συνεισφέροντας στην επίτευξη μιας απανθρακοποιημένης κοινωνίας.

Πηγή: menshouse.gr