آیا باتری های اتمی مسیری برای کربن زدایی حمل و نقل هستند؟

باتری‌های هسته‌ای یا سلول‌های بتاولتائیک، در مقایسه، همه در مورد تولید مقادیر بسیار کمی انرژی برای مدت طولانی هستند. آن‌ها آب کافی برای تامین انرژی یک گوشی هوشمند تولید نمی‌کنند، اما بسته به مواد هسته‌ای که استفاده می‌کنند، می‌توانند برای هزاران سال یک قطره برق ثابت برای دستگاه‌های کوچک فراهم کنند. در اوایل این ماه، اسکات و همکارش، یک شیمیدان در بریستول به نام نیل فاکس، شرکتی به نام آرکن لایت برای تجاری سازی باتری الماس هسته ای خود ایجاد کردند. اگرچه باتری به اندازه ناخن هنوز در مرحله نمونه سازی است، اما در حال حاضر بهبودهایی در کارایی و چگالی توان در مقایسه با باتری های هسته ای موجود نشان می دهد.

راکتورهای نمک مذاب

کربن 14 به طور طبیعی زمانی تشکیل می شود که پرتوهای کیهانی به اتم های نیتروژن در جو برخورد می کنند، اما همچنین به عنوان یک محصول جانبی در بلوک های گرافیتی که حاوی میله های کنترل راکتور هسته ای هستند، تولید می شود. این بلوک‌ها در نهایت به زباله‌های هسته‌ای تبدیل می‌شوند و بوردمن می‌گوید نزدیک به 100000 تن از این گرافیت تابیده شده تنها در بریتانیا وجود دارد. «آیا می توانیم یک وسیله نقلیه الکتریکی را نیرو دهیم؟ مورگان بوردمن، مدیر عامل Arkenlight می‌گوید پاسخ منفی است. بوردمن همچنین برنامه‌هایی را می‌بیند که نزدیک‌تر به خانه هستند، مانند استفاده از باتری‌های هسته‌ای این شرکت برای ضربان‌ساز یا وسایل پوشیدنی.

مبدل توسعه یافته تنها 300 روبل (3.8 دلار) قیمت دارد، اما باتری آن به دلیل هزینه بالای نیکل 63 (حدود 4000 دلار در هر گرم) همچنان بسیار گران است، بنابراین هنوز هیچ پیشنهادی برای شروع تولید انبوه با استفاده از فناوری MISIS وجود ندارد. با جداسازی مبتنی بر جیوه، Li-6 تمایل بیشتری به جیوه نسبت به شریک معمول خود دارد. هنگامی که یک آمالگام لیتیوم جیوه با لیتیوم هیدروکسید مخلوط می شود، لیتیوم-6 در آمالگام و لیتیوم-7 در هیدروکسید متمرکز می شود. جریان مخالف آمالگام و هیدروکسید از آبشارها عبور می کند و به دنبال آن لیتیوم-6 از آمالگام جدا می شود. امروزه این کار فقط در روسیه و چین انجام می شود، اگرچه قبلاً در ایالات متحده آمریکا بسیار مورد استفاده قرار گرفت و تأثیرات زیست محیطی زیادی داشت. جیوه زیادی مورد نیاز است - 11000 تن در ایالات متحده استفاده شد - مقدار قابل توجهی به دلیل "ضایعات، ریختن و تبخیر" از بین می رود.

لطفاً جهت دسترسی به لیست بهترین خریدار باطری اتمی کلیک کنید
هیدروکسید 99.95٪ Li-7 در مهندسی انرژی هسته ای به عنوان یک افزودنی در خنک کننده اولیه PWR، در حدود 2.2 ppm، برای حفظ شیمی آب، خنثی کردن اثرات خورنده اسید بوریک و به حداقل رساندن خوردگی در مولدهای بخار PWR استفاده می شود. همچنین در ساخت معرف های شیمیایی برای مهندسی انرژی هسته ای و به عنوان یک جزء اساسی برای تهیه غشاهای تبادل یونی درجه هسته ای که در تاسیسات تصفیه آب خنک کننده PWR استفاده می شود، استفاده می شود. یکی از باتری‌های ولتایی «بتالایت» Arkenlight که با یک بسته حسگر ادغام شده است.

M-MSRها را «انحراف واقعاً بنیادی از فناوری متعارف انرژی اتمی که امروزه می‌شناسیم» می‌نامد و می‌گوید این فناوری دروازه‌ای را برای دومین دوره اتمی باز می‌کند و تغییرات آب و هوایی را معکوس می‌کند. MCC مرحله بعدی را در فرآیند ایجاد یک منبع انرژی بتا ولتاییک با استفاده از Ni-63 با تبدیل یک گاز فعال غنی شده برای Ni-63 به شکلی مناسب برای کشیدن روی مبدل نیمه هادی تکمیل کرده است. تحویل اجزای مناسب برای رسوب Ni-63 و مونتاژ نهایی یک باتری اتمی اولیه در حال حاضر قریب الوقوع است. مبدل بر اساس یک طراحی جدید است که به طور کیفی کارایی تمام اجزا را افزایش می دهد.

باتری های هسته ای چه کاری برای ما انجام می دهند؟

FLiBe حدود 14٪ لیتیوم دارد، بنابراین سطوح بالاتری از خلوص مورد نیاز است - 99.995٪ Li-7. چنین نمک های فلورایدی فشار بخار بسیار کمی دارند حتی در حرارت قرمز، گرمای بیشتری نسبت به همان حجم آب حمل می کنند، خواص انتقال حرارت خوبی دارند، جذب نوترون پایینی دارند، در اثر تشعشع آسیب نمی بینند، واکنش شدیدی با هوا یا آب نشان نمی دهند. خود باتری سه برابر کوچکتر از همتایان خود است، چگالی توان آن ده برابر بیشتر است و هزینه آن نصف است.

همانطور که گازها یونیزه می شوند، متان تجزیه می شود و کربن 14 روی بستری در راکتور جمع می شود و در یک شبکه الماس شروع به رشد می کند. لیتیوم-7 به دلیل شفافیت نسبی نسبت به نوترون ها، دو کاربرد مهم در انرژی هسته ای امروز و فردا دارد. به عنوان هیدروکسید در مقادیر کم برای عملکرد ایمن در سیستم های خنک کننده راکتور آب تحت فشار به عنوان تثبیت کننده pH برای کاهش خوردگی در مدار اولیه ضروری است.

همانطور که ماده هسته ای به طور طبیعی تجزیه می شود، الکترون ها یا پوزیترون های پرانرژی به نام ذرات بتا ساطع می کند که الکترون ها را در مواد نیمه هادی شل می کند و جریان الکتریکی ایجاد می کند. از این نظر، یک باتری هسته ای شبیه یک پنل خورشیدی است، با این تفاوت که نیمه هادی های آن به جای فوتون، ذرات بتا را جذب می کنند. منابع انرژی مبتنی بر Ni-63 بسیار غنی شده همراه با طراحی مبدل جدید، طراحی نسل جدید دستگاهی را در زمینه سایبرنتیک و هوش مصنوعی ممکن کرده است که در آن منابع کوچک از این نوع قادر به تقلید از فعالیت های نورون های مغزی خواهند بود.

این با حداکثر بازده نظری باتری های هسته ای که حدود 37 درصد است فاصله زیادی دارد. اما اینجاست که یک ایزوتوپ رادیواکتیو به نام کربن 14 ممکن است بتواند کمک کند. این دستگاه که بیشتر به خاطر نقش خود در تاریخ‌گذاری رادیوکربن شناخته می‌شود، که به باستان‌شناسان اجازه می‌دهد سن آثار باستانی را تخمین بزنند، می‌تواند به باتری‌های هسته‌ای کمک کند زیرا می‌تواند هم به عنوان منبع رادیواکتیو و هم به عنوان نیمه‌رسانا عمل کند. همچنین نیمه عمر آن 5700 سال است، به این معنی که یک باتری هسته‌ای کربن 14 در اصل می‌تواند یک دستگاه الکترونیکی را برای مدت طولانی‌تر از زمانی که انسان زبان نوشتاری داشته است، تغذیه کند.

این نوع جدیدی از دستگاه است که مبنایی برای معماری جدید تجهیزات الکترونیکی خواهد بود. حتی در حالی که MARAD به از کار انداختن طولانی‌مدت اولین کشتی تجاری هسته‌ای جهان ادامه می‌دهد، NS Savannah، مستقر در لندن Core Power Ltd. در حال توسعه «بسته‌های باتری اتمی» برای کشتی‌هایی است که بسیار متفاوت از میله‌های سوخت مورد استفاده در کشتی‌ها هستند. لیتیوم به طور گسترده در باتری‌های لیتیوم یونی، از جمله باتری‌های خودروهای الکتریکی، به‌عنوان لیتیوم طبیعی یا با نسبت افزایش‌یافته Li-6 استفاده می‌شود که عملکرد را بهبود می‌بخشد و از دم‌های شیمیایی خالص ناشی از غنی‌سازی Li-7 استفاده می‌کند. حدود 39 درصد از عرضه جهانی لیتیوم در سال 2017 در باتری ها، 30 درصد در سرامیک و شیشه استفاده می شود.
جهت کسب اطلاعات بیشتر از سایت باتری کار بازدید نمایید
به عنوان یک فلوراید، Li-7 در فلوریدهای لیتیوم و فلوریدهای لیتیوم بریلیم استفاده می شود که نمک خنک کننده را در اکثر راکتورهای نمک مذاب تشکیل می دهند که اکنون تمرکز توسعه فشرده است.

به دلیل حلالیت آن به صورت یون در آب اقیانوس ها وجود دارد و معمولاً از آب نمک و خاک رس به دست می آید. با میانگین محافظه کارانه 20 ppm در پوسته زمین، لیتیوم بیست و پنجمین عنصر فراوان است. قیمت کربنات لیتیوم در حدود 4700 دلار در هر تن ثابت بود، اما اکنون حدود 9000 دلار در هر تن گزارش شده است.

تخم‌های اژدها می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا فرآیندهای طبیعی خشونت‌آمیز را با جزئیات بی‌سابقه مطالعه کنند، اما برای تام اسکات، دانشمند مواد در بریستول، آتشفشان‌ها تازه شروع کار بودند. در چند سال گذشته، اسکات و گروه کوچکی از همکارانش در حال ساختن نسخه‌ای از باتری هسته‌ای تخم اژدها بوده‌اند که می‌تواند هزاران سال بدون شارژ یا جایگزینی دوام بیاورد. برخلاف باتری‌های موجود در بیشتر وسایل الکترونیکی مدرن که از واکنش‌های شیمیایی الکتریسیته تولید می‌کنند، باتری بریستول ذراتی را جمع‌آوری می‌کند که توسط الماس‌های رادیواکتیو خارج می‌شوند که می‌توانند از زباله‌های هسته‌ای اصلاح‌شده ساخته شوند.

بنابراین تیمی از محققان دانشگاه بریستول یک روبات آتشفشان شناس ساختند و از یک پهپاد برای رساندن آن به بالای آتشفشان استفاده کردند، جایی که می توانست به طور غیرفعال تمام لرزش ها و لرزش های آن را زیر نظر بگیرد تا اینکه به ناچار در اثر فوران از بین رفت. این ربات یک غلاف حسگر به اندازه توپ نرم بود که با میکرودوز انرژی هسته ای از یک باتری رادیواکتیو به اندازه یک مربع شکلات تغذیه می شد. ترکیب معدن و شیمی روسیه در 18 دسامبر اعلام کرد که در تبدیل نیکل-63 (Ni-63) بسیار غنی شده برای ادغام در یک باتری اتمی با طول عمر 50 سال، به اولین جهانی در جهان دست یافته است.

مایکل اسپنسر، مهندس برق در دانشگاه کرنل و یکی از بنیانگذاران Widetronix، می گوید که ماده رادیواکتیو باید با در نظر گرفتن کاربرد آن انتخاب شود. به عنوان مثال، کربن 14 ذرات بتا کمتری نسبت به تریتیوم به بیرون می ریزد، اما نیمه عمر آن 500 برابر بیشتر است. اگر به چیزی برای ماندگاری همیشه نیاز دارید، عالی است، اما به این معنی است که باتری‌های هسته‌ای کربن 14 باید به طور قابل توجهی بزرگتر از باتری‌های تریتیوم باشند تا همان مقدار نیرو را ارائه کنند. جای تعجب نیست که شاید بسیاری از مردم از داشتن چیزی رادیواکتیو در نزدیکی خود لذت نبرند.

او آینده‌ای را متصور است که در آن مردم باتری‌های خود را نگه می‌دارند و دستگاه‌هایشان را عوض می‌کنند، نه برعکس. بوردمن می‌گوید: «شما مدت‌ها قبل از تعویض باتری، هشدار آتش را تعویض خواهید کرد. اسکات و همکارانش در بریستول با ریختن متان به پلاسمای هیدروژن در یک راکتور ویژه، الماس مصنوعی کربن 14 را پرورش می دهند.

هنگامی که عملکرد باتری ماشین الکتریکی به 70٪ یا کمتر کاهش می یابد، "عمر دوم" آن فعال می شود. میکال می گوید: «پیامدهای MSR برای حمل و نقل و صنعت می تواند تحول آفرین باشد، زیرا ما به دنبال ایجاد فناوری مناسب در مقیاس و پذیرش گسترده انرژی اتمی مدرن و بادوام با سوخت مایع برای شکل دادن به آینده نحوه برخورد ما با تغییرات آب و هوایی هستیم. M-MSRهایی که Core Power در حال توسعه هستند، به جای میله های سوخت جامد که در راکتورهای هسته ای معمولی تحت فشار استفاده می شوند، از سوخت سیال به شکل فلوراید یا نمک کلرید بسیار داغ که با یک ماده شکافت پذیر "گرم" تزریق می شود، استفاده می کنند. کارخانه کنسانتره شیمیایی نووسیبیرسک TVEL در سیبری بزرگترین تامین کننده هیدروکسید مونوهیدرات Li-7 (با خلوص تا 99.95٪) است که تا 80٪ از نیازهای جهان را برآورده می کند. این ماده با الکترولیز محلول آبی کلرید لیتیوم با استفاده از کاتد جیوه تولید می شود.

بر اساس برخی پیش بینی ها، انتظار می رود تقاضا برای کربنات لیتیوم (19 درصد لیتیوم) از 165000 تن در سال 2015 به بیش از 500000 تن تا سال 2025 افزایش یابد. آنچه که ادعا می شود بزرگترین کارخانه باتری لیتیوم یونی جهان است در سال 2011 در نووسیبیرسک افتتاح شد. در سال 2018، یک پهپاد سرگرمی بسته کوچکی را در نزدیکی لبه استرومبولی، آتشفشانی در سواحل سیسیل که تقریباً به طور مداوم در قرن گذشته فوران کرده است، انداخت. استرومبولی به‌عنوان یکی از فعال‌ترین آتشفشان‌های روی کره زمین، منبع جذابی برای زمین‌شناسان است، اما جمع‌آوری داده‌ها در نزدیکی دریچه چرخان مملو از خطر است.