- חוקרים מאוניברסיטת מדינת וושינגטון גילו שימוש חדש בחלבון תירס לשיפור טכנולוגיית הסוללות.
- חלבון תירס פועל כמחסום מגן בסוללות ליתיום-גופרית, משפר את עמידותן ואפשר להן לעבור מעל 500 מחזורי טעינה.
- סוללות ליתיום-גופרית מציעות צפיפות אנרגיה פוטנציאלית שהיא חמישה פעמים גדולה יותר מאשר סוללות ליתיום-יון מסורתיות, ומבטיחות מכשירים עמידים יותר.
- טכנולוגיית הסוללות מבוססת התירס יכולה להפחית את הסיכונים לשריפות סוללות, אשר קשה להתמודד איתן והן הולכות והופכות לנפוצות יותר עם סוללות ליתיום-יון.
- מעבר בר קיימא לגופרית ותירס מפחית את התלות במתכות כבדות רעילות ומפשט את תהליכי המיחזור.
- צוותה של פרופסור קייטי ג'ונג מחפש שיתוף פעולה תעשייתי כדי להעביר את הפתרון של סוללה מבוססת תירס מהמעבדה לשוק.
- תפקידו של התירס באחסון אנרגיה מצביע על עתיד נקי, בטוח ובר קיימא יותר.
שדה תירס זהוב מתנודד בעדינות ברוח, סמל להזנה וצמיחה. אך, מבלי לדעת רבים, הוא עשוי להיות גם הגיבור הבלתי צפוי בחיפוש אחר הקפיצה הגדולה הבאה בטכנולוגיית הסוללות. חוקרים מאוניברסיטת מדינת וושינגטון גילו שימוש מרתק בחלבון תירס שעלול לשנות את עולם האחסון האנרגטי, מציע הצצה לעתיד שבו סוללות הן בו זמנית חזקות וברות קיימא.
סוללות ליתיום-גופרית, אשר זכו לשבחים במשך זמן רב בגין ביצועיהם התיאורטיים, מחזיקות את ההבטחה של צפיפות אנרגיה שיכולה לעלות פי חמישה על זו של סוללות ליתיום-יון מסורתיות. עם זאת, פוטנציאל זה נתקע על ידי בעיה אחת עיקשת: עמידות. בעוד שסוללות אלו נחשבות לידידותיות לסביבה ופחות רעילות, עקב הבעיה שלהן הייתה יכולת לשמור על טעינה לאורך זמן.
היכנסו לתירס – לא כמזון, אלא כמרכיב מהפכני בטכנולוגיית הסוללות. פרופסור קייטי ג'ונג וצוותה בנו מחסום מגן מחלבון התירס, שנועד לפעול כמפריד בתוך המורכבויות של הסוללה. המגן הזה, כאשר הוא משולב עם פלסטיק מקובל, מחזק את עמידות הסוללה, מאפשר לה להטעין מעל 500 מחזורי טעינה. עמידות זו מקרבת את סוללות הליתיום-גופרית עוד יותר להיות בעלות כדאיות מסחרית, מציעה את תכנית של מכשירים שנמשכים יותר ונטענים מהר יותר מבלי לחשוש כל הזמן ממחסור בכוח.
יתרונות ההתקדמות הזו חורגים בהרבה מהיעילות. סוללות ליתיום-יון, גזירת חיים מודרניים הנמצאות בכל דבר, החל מטלפונים חכמים ועד רכבים חשמליים, אחראיות למספר הולך ועולה של שריפות ופיצוצים. נתונים ממשרד כיבוי האש של מדינת וושינגטון מציירים תמונה מדאיגה, עם מעל 1,200 מקרים שמדווחים בין 2022 ל-2023. הסיכונים הנובעים משריפות אלו אינם תיאורטיים; הם מציאות קטלנית, כפי שהראו מקרים במחוז ספוקן, כולל אש טראגית במקלט לבעלי חיים.
להילחם בשריפות סוללות אלו הוא לא משימה פשוטה. הכימיה הוולאטיליות בתוך סוללות ליתיום-יון ממנפת את האש שלה, פולטת חמצן משלה ויוצרת אינפרנו המזין את עצמו. טכניקות כיבוי מסורתיות, כגון הכנת מים, נכשלות לעכב את התלקחות אלו. גם כאן, המפריד המבוסס על תירס מציע תקווה על ידי הפחתת סיכונים כאלה הנלווים לקונפיגורציות של ליתיום-גופרית.
בנוסף, הפתרון על בסיס תירס משתלב ללא תקלות עם הדחף לעבר קיימות גדולה יותר. בעוד שמיחזור סוללות ליתיום-יון מציב אתגרים סביבתיים משמעותיים עקב המתכות הרעילות שלהן, גופרית ותירס הן שניהם בשפע, זולות ושאינן רעילות. שינוי זה עשוי להפחית באופן דרסטי את הפסולת המזיקה ולהקל על מאמצי המיחזור.
פרופסור ג'ונג וצוותה מכירים בכך שלמרות שמהפכת התירס בעיצוב הסוללות מחזיקה בהבטחות עצומות, הדרך מהמעבדה לשוק דורשת מחקר נוסף ושיתוף פעולה. הם יוצרים קשר עם שחקנים בתעשייה כדי לאמץ את החדשנות הזו, מפצירים בחברות לשלב סוללות ליתיום-גופרית במוצרים שלהן ולהצטרף למאמץ החלוצי הזה.
התירס, עמיד ורב-תכליתי, מתקרב לאפשר עתיד של אנרגיה נקייה ובטוחה יותר. כפי שאנו מגלה תפקידים חדשים לחומרים כה צנועים, הדרך לעולם ירוק ובר קיימא יותר הופכת קצת יותר ברורה.
האם תירס יכול להיות התשובה לסוללות בטוחות יותר ובנות קיימא?
התקדמות מהפכנית בטכנולוגיית הסוללות
שדות תירס עשויים בקרוב לשחק תפקיד מרכזי מעבר לחקלאות כאשר חוקרים מאוניברסיטת מדינת וושינגטון מתקדמים בשימוש בחלבון תירס במהפכה של טכנולוגיית הסוללות ליתיום-גופרית. סוללות ליתיום-גופרית מראות פוטנציאל עצום, מציעות עד חמש פעמים את צפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום-יון קונבנציונליות. עם זאת, האימוץ המסחרי שלהן הושפע בעיקר מבעיות עמידות.
כיצד חלבון תירס משפר את ביצועי הסוללה
החדשנות המרכזית שפותחה על ידי פרופסור קייטי ג'ונג וצוות המחקר שלה עוסקת בהעסקת חלבון תירס כמחסום מגן או מפריד בסוללות ליתיום-גופרית. תוספת זו משפרת משמעותית את העמידות של הסוללות, מאריכה את חיי המחזור שלהן ליותר מ-500 טעינות. המפריד בנוי מחלבון תירס מיועד לאחד עם פלסטיק קיים, מה שמוביל לכך שהסוללות יכולות לשמור על טעינתן יותר ולהישאר עמידות נגד הבעיה הנפוצה של עייפות של כוח.
צעדים ליישום טכנולוגיית הסוללות מבוססת תירס
1. חילוץ חלבון תירס: התחילו על ידי בידוד החלבון מתוך תירס, שיתפקד כחומר העיקרי לבניית המפריד של הסוללה.
2. שילוב עם פלסטיקים מקובלים: מפריד החלבון משולב עם פלסטיקים סטנדרטיים כדי ליצור את המחסום היעיל הסופי.
3. ייצור הסוללה: השתמש במפריד במערכת הסוללה ליתיום-גופרית, והקפד שהוא פועל באופן אופטימלי בתנאי פעולה.
4. בדיקה ושיפור: קיימו בדיקות מקיפות כדי לקבוע את היעילות והעמידות של המפריד, משפרים את העיצוב לשיפורים נוספים.
השפעה במציאות: בטיחות וקיימות
האימוץ של מגברים מבוססי תירס בסוללות יכול להפחית את האתגרים הבטיחותיים שבגבולות סוללות ליתיום-יון – הידועות בסיכוני השרפה עקב הכימיה הוולאטיליות שלהן. על ידי הפחתת הסיכונים הקשורים לשריפות סוללות, מפרידי התירס מבטיחים חלופה בטוחה יותר לצרכנים.
מבחינה סביבתית, השימוש בחומרים שאינם רעילים ובשפע כגון גופרית ותירס מתיישב עם המטרות הקיימות הגלובליות. המיחזור הקל של רכיבים אלו מפחית פסולת מזיקה ותואם עם שיטות ידידותיות לסביבה.
תחזיות שוק ומגמות בתעשייה
כשהתעשיות דוחפות לטכנולוגיות ירוקות ויעילות יותר, השוק לפתרונות סוללות בני קיימא צפוי להתרחב בצורה אקספוננציאלית. על פי דוחות ראשיים, שוק סוללות ליתיום-גופרית הגלובלי צפוי לגדול, משקף מגמות לעבר פתרונות אחסון אנרגיה בטוחים יותר.
שיקולים ואתגרים פוטנציאליים
למרות היתרונות הללו, המעבר מטכנולוגיית הסוללות מבוססות תירס ממעבדה לקנה מידה מסחרי מציב אתגרים:
– מחקר והשקעה: יש צורך בשיתופי פעולה נוספים ובתקציבים כלכליים כדי לשפר את הטכנולוגיה.
– הגדלת הייצור: תהליך ההכנה של טכנולוגיית המפרידים מבוססי תירס לייצור בקנה מידה רחב דורש חדשנות בתהליכי הייצור.
המלצות מממשות
1. שיתוף פעולה: לעודד שותפויות בין מוסדות אקדמיים למובילי תעשייה כדי להאיץ את הפיתוח והמסחור.
2. השקעה במחקר: להקצות משאבים נוספים למחקר ולבניית דגמים נוספים כדי לייעל את המפריד מחלבון תירס.
3. יוזמות ציבוריות-פרטיות: להוביל יוזמות לשלב סוללות ליתיום-גופרית באלקטרוניקה לצרכן וב רכבים חשמליים לאמת ולהראות את היתכנותן.
לעוד תובנות ועדכונים על מחקר פורץ הדרך הזה, בקרו באתר של אוניברסיטת מדינת וושינגטון: wsu.edu.
סConclusion
שילוב חלבון תירס בטכנולוגיית הסוללות מציע נתיב מבטיח ליותר פתרונות אחסון אנרגיה יעילים, בטוחים ובת קיימא. כאשר אנו ממשיכים לחדש בשימוש בחומרים צנועים כמו תירס לקידום טכנולוגיות, עתיד האנרגיה יכול להפוך לירוק ובטוח הרבה יותר.