Bateriové úložiště s kapacitou pokrývající denní spotřebu běžné domácnosti nebo zařízení, které vyrábí energii pomocí termojaderné fúze. Akademie věd ČR přebírá 14. února 2022 štafetu rotační expozice na světové výstavě Expo 2020 v Dubaji. Láká na chytrou energii, ukazuje cestu od jejího získávání přes uchování až po její využití. Čtveřici exponátů si návštěvníci mohou prohlédnout do konce února.
Energie. Víme, že nevzniká, ani nezaniká – a víme, že se bez ní lidstvo neobejde. I to byl jeden z důvodů, proč Akademie věd ČR nazvala svou rotační expozici na Expu 2020 Energy The Smart Way – Energie chytře. Na celém světě se hledají cesty, jak energii získávat a využívat způsobem, aby naše planeta dál zůstala modrá a zelená a byla dobrým místem pro život. Vědci z pracovišť Akademie věd ČR vědí, jak na to.
Předsedkyně Akademie věd ČR Eva Zažímalová potvrzuje, že náš přístup k nakládaní s energií musíme nutně změnit: „Přechod k udržitelné energetice je proto výzva pro vědecké týmy na celém světě. Rotační expozice Akademie věd od čtveřice pracovišť je příkladem konkrétních cest a možností, které naši vědci objevují.“
Rotační expozice představí celkem čtveřici exponátů. Ty demonstrují různé koncepty práce s energií: setrvačník pro ukládání energie, tokamak – srdce fúzního reaktoru, bateriové úložiště s hybridní elektrárnou a loď, která mění plastový odpad na palivový olej a odsolenou vodu.
Setrvačník, který ukládá energii
Nepřehlédnutelná zlatá mince s logem Akademie věd ČR, která se vznáší ve vzduchu, ukazuje princip dočasného ukládání elektrické energie do energie otáčivého pohybu setrvačníku. Aby se jeho otáčení nezastavilo mechanickým třením, které vzniká v běžných kluzných nebo kuličkových ložiscích, je setrvačník (mince) uložen na magnetickém závěsu a využívá hned několik magnetů a elektromagnet. „Tyto magnety se odpuzují a přitahují. Tím udržují minci ve správné výšce tak, aby její hmotnost nesly výhradně trvalé magnety,“ vysvětluje Jiří Šonský z Ústavu termomechaniky AV ČR.
Magnetická ložiska jsou ale přirozeně nestabilní a při snaze o jejich ustálení se ztrácí část energie. V případě LeviGyru tomu tak není. Využívá obyčejné trvalé magnety, jejichž magnetická pole jsou snímána soustavou Hallových snímačů a řízena elektronikou. Pohyb dále stabilizuje elektrodynamické tlumení. Výsledkem je stabilní setrvačník, který se otáčí kolem své osy se zanedbatelnými ztrátami energie – funkční model si můžete prohlédnout na Youtube.
Na své si přijdou i děti. Na každém exponátu najdou otázky v angličtině a arabštině, které jsou opatřeny kresbami postaviček dívky a chlapce z dílny tvůrců NEZkreslené vědy. Odpovědi děti naleznou po naskenování QR kódu v mobilním telefonu.
Do útrob čisté a bezpečné fúzní energie
Nadějnou cestou k nízkoemisnímu a prakticky nevyčerpatelnému zdroji energie je jaderná fúze. Testy se dělají ve speciálních zařízeních – tokamacích. V nich se udržuje plazma při vysoké teplotě až 160 milionů stupňů Celsia (desetkrát více než je teplota uprostřed Slunce), aby mohla probíhat fúzní reakce.
Fúzní elektrárny neprodukují jaderný odpad ani skleníkové plyny, a navíc jsou bezpečné. „Exploze jako v Černobylu nastat nemůže. Proces v reaktoru bude totiž zcela jiný než ve štěpném reaktoru. Bude podobný hoření, kdy budeme palivo do plazmatu neustále přidávat po malém množství, po gramech, a jeho dodávku bude možné kdykoli přerušit a tím ukončit probíhající reakci,“ vysvětluje Martin Hron z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. Více k tématu také v časopise A / Věda a výzkum.
Ústav fyziky plazmatu AV ČR se výzkumem fúze dlouhodobě zabývá, na rotační expozici představí dvoumetrový model tokamaku COMPASS Upgrade. Ten skutečný v Praze zkoumá důležité oblasti pro budoucí fúzní elektrárny. Jako jediný na světě umí udržet plazma pomocí extrémně vysokých magnetických polí (až pět Tesla), podobně jako budoucí největší mezinárodní tokamaky ITER a DEMO.
PowerBox s hybridní elektrárnou
Využít energii z obnovitelných zdrojů na maximum se snaží PowerBox – úložiště energie s kapacitou 15–30 kWh, které poskytuje střídavý proud pro domácnost. Zdrojem energie jsou nejčastěji solární panely. Může jím ale být i větrná turbína či palivový článek.
„PowerBox je modulární bateriové úložiště, jehož kapacitu lze rozšiřovat dalšími bateriovými moduly. Kapacita jednoho modulu odpovídá denní spotřebě elektřiny v domácnosti s běžnými spotřebiči,“ říká Radomír Starý ze společnosti HE3DA, která s Ústavem fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR spolupracovala na nanotechnologiích, na nichž jsou založené lithium-iontové články PowerBoxu.
Bateriové články jsou napojené na hybridní fotovoltaickou elektrárnu. Společně dokážou nejen ukládat energii, ale také ji distribuovat podle potřeby – například ze slunce během dne a z baterie během noci, případně napájet dům, když dojde k výpadku elektřiny. Články zvládnou také baterie dobíjet a slučovat energii z baterie a elektrické rozvodné sítě v případě nedostatečného slunečního svitu.
Prototyp PowerBoxu, jehož model se představuje v Dubaji, nepotřebuje chlazení. Baterie HE3DA mají navíc oproti jiným lithium-iontovým bateriím výhodu nízkého vnitřního odporu a mimo elektrolyt neobsahují organické látky. To znamená, že nehoří a neexplodují.
Loď, která zbaví moře a oceány plastů
V mořích a oceánech se nacházej stovky milionů tun plastového odpadu a každý rok dalších 5 až 13 milionů tun přibývá. Ostrovy plovoucího plastu přitom ohrožují život v mořích i lidské zdraví. K tématu také více v magazínu A / Věda a výzkum. Pomoci s jejich likvidací může loď, jejíž model rotační expozici uzavírá. Jde o modulární technologii, kterou lze uspořádat do běžných kontejnerů používaných v námořní přepravě po celém světě.
