Donald Sadoway: The missing link to renewable energy

מתרגם: Ido Dekkers מבקר: Sigal Tifferet

The electricity powering the lights in this theater

החשמל שמספק כוח לתאורה באולם הזה

was generated just moments ago.

הופק לפני רגעים ספורים בלבד.

Because the way things stand today,

מפני שבמצב העניינים היום,

electricity demand must be in constant balance

הביקוש לחשמל צריך להימצא בשיווי משקל קבוע

with electricity supply.

מול אספקת החשמל.

If in the time that it took me to walk out here on this stage,

אם בזמן שנדרש לי לצאת אל הבמה,

some tens of megawatts of wind power

כמה עשרות מגה-ווט של אנרגיית רוח

stopped pouring into the grid,

היו מפסיקים לזרום לרשת החשמל,

the difference would have to be made up

היה צורך לפצות מיד על ההפרש

from other generators immediately.

ממחוללים אחרים.

But coal plants, nuclear plants

אבל תחנות כוח פחמיות, גרעיניות

can't respond fast enough.

לא היו יכולות להגיב מספיק מהר.

A giant battery could.

ואילו מצבר ענק - כן.

With a giant battery,

בעזרת מצבר ענק

we'd be able to address the problem of intermittency

היינו מסוגלים לטפל בבעיית החוסרים הזמניים

that prevents wind and solar

שמונעים מאנרגיית הרוח והשמש

from contributing to the grid

לתרום את חלקם לרשת

in the same way that coal, gas and nuclear do today.

בדומה לפחם, גז וגרעין.

You see, the battery

המצבר

is the key enabling device here.

היא התקן המפתח כאן.

With it, we could draw electricity from the sun

בעזרתו נוכל להפיק חשמל מהשמש

even when the sun doesn't shine.

אפילו כשהשמש לא זורחת.

And that changes everything.

וזה משנה הכל.

Because then renewables

מפני שמקורות האנרגיה המתחדשים

such as wind and solar

כמו הרוח והשמש

come out from the wings,

עוברים אז מהשוליים

here to center stage.

ואל מרכז הבמה.

Today I want to tell you about such a device.

היום ברצוני לספר לכם על התקן כזה.

It's called the liquid metal battery.

הוא נקרא מצבר מתכת נוזלית.

It's a new form of energy storage

זו צורת חדשה של אגירת אנרגיה

that I invented at MIT

שהמצאתי בטכניון של מסצ'וסטס

along with a team of my students

יחד עם צוות סטודנטים שלי

and post-docs.

ושל בוגרים.

Now the theme of this year's TED Conference is Full Spectrum.

הנושא של TED השנה הוא "ספקטרום מלא".

The OED defines spectrum

מילון אוקספורד מגדיר את הספקטרום כך:

as "The entire range of wavelengths

כל טווח אורכי הגל

of electromagnetic radiation,

של קרינה אלקטרומגנטית,

from the longest radio waves to the shortest gamma rays

מגלי הרדיו הארוכים ביותר ועד קרני הגמא הקצרות ביותר

of which the range of visible light

כאשר תחום האור הנראה לעין

is only a small part."

תופס בו רק חלק קטן."

So I'm not here today only to tell you

אז לא באתי לכאן רק כדי לספר לכם

how my team at MIT has drawn out of nature

איך הצוות שלי באם-איי-טי הפיק מהטבע

a solution to one of the world's great problems.

פתרון לאחת הבעיות הגדולות בעולם.

I want to go full spectrum and tell you how,

אלא גם ללכת על כל הספקטרום ולספר לכם איך,

in the process of developing

בתהליך הפיתוח

this new technology,

של הטכנולוגיה החדשה הזו,

we've uncovered some surprising heterodoxies

חשפנו כמה כפירות-בעיקר מפתיעות

that can serve as lessons for innovation,

שיכולות לשמש כלקחים בתחום החדשנות,

ideas worth spreading.

רעיונות שראוי להפיץ.

And you know,

ואתם יודעים,

if we're going to get this country out of its current energy situation,

אם בדעתנו להוציא את המדינה הזו ממשבר האנרגיה הנוכחי שלה,

we can't just conserve our way out;

לא נוכל להשיג זאת באמצעים שמרניים בלבד;

we can't just drill our way out;

לא נוכל סתם להמשיך בקידוחים;

we can't bomb our way out.

לא נוכל להשיג זאת רק ע"י פיצוצים.

We're going to do it the old-fashioned American way,

אנו נעשה את זה בדרך האמריקאית המסורתית,

we're going to invent our way out,

כלומר בעזרת המצאות,

working together.

ובעבודה משותפת.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

Now let's get started.

וכעת הבה נתחיל.

The battery was invented about 200 years ago

הסוללה הומצאה בערך לפני 200 שנה

by a professor, Alessandro Volta,

על ידי פרופסור אלסנדרו וולטה,

at the University of Padua in Italy.

באוניברסיטת פדואה שבאיטליה.

His invention gave birth to a new field of science,

המצאתו הולידה תחום מדעי חדש,

electrochemistry,

האלקטרוכימיה,

and new technologies

וטכנולוגיות חדשות

such as electroplating.

כמו הציפוי באלקטרוליזה.

Perhaps overlooked,

עניין שאולי לא זכה להתייחסות,

Volta's invention of the battery

הוא שהמצאת הסוללה ע"י וולטה

for the first time also

לראשונה גם

demonstrated the utility of a professor.

המחישה את התועלת שיש בפרופסורים.

(Laughter)

(צחוק)

Until Volta, nobody could imagine

לפני וולטה איש לא היה יכול לדמיין

a professor could be of any use.

פרופסור שיש לו איזה שימוש.

Here's the first battery --

הנה הסוללה הראשונה --

a stack of coins, zinc and silver,

ערימה של מטבעות, אבץ וכסף,

separated by cardboard soaked in brine.

מופרדות בקרטון ספוג במי-מלח.

This is the starting point

זו נקודת ההתחלה

for designing a battery --

בתכנון סוללה --

two electrodes,

שתי אלקטרודות,

in this case metals of different composition,

במקרה זה, מתכות בהרכבים שונים,

and an electrolyte,

ואלקטרוליט,

in this case salt dissolved in water.

במקרה זה, מלח מומס במים.

The science is that simple.

עד כדי כך הצד המדעי הוא פשוט.

Admittedly, I've left out a few details.

למען האמת, השמטתי כמה פרטים.

Now I've taught you

עכשיו לימדתי אתכם

that battery science is straightforward

שמדע הסוללות הוא פשוט

and the need for grid-level storage

ושהצורך באגירת אנרגיה ברמת הרשת

is compelling,

הוא חיוני,

but the fact is

אבל העובדה היא

that today there is simply no battery technology

שכיום פשוט אין טכנולוגיית סוללות

capable of meeting

שמסוגלת לעמוד

the demanding performance requirements of the grid --

בדרישות הביצועים של הרשת --

namely uncommonly high power,

בעיקר במתח גבוה ביותר,

long service lifetime

זמן שירות ארוך

and super-low cost.

ועלות נמוכה מאד.

We need to think about the problem differently.

אנחנו צריכים לחשוב אחרת על הבעיה.

We need to think big,

עלינו לחשוב בגדול,

we need to think cheap.

עלינו לחשוב בזול.

So let's abandon the paradigm

אז בואו ננטוש את הפרדיגמה

of let's search for the coolest chemistry

של חיפוש הכימיה הכי מגניבה

and then hopefully we'll chase down the cost curve

בתקווה שנצליח להוריד את עקומת העלות

by just making lots and lots of product.

בכך שפשוט נייצר המון מוצרים.

Instead, let's invent

אלא הבה נמציא המצאות

to the price point of the electricity market.

בהתאם למחירי שוק החשמל.

So that means

וזה אומר

that certain parts of the periodic table

שחלקים מסוימים בטבלת היסודות

are axiomatically off-limits.

נותרים בבירור מחוץ לתחום.

This battery needs to be made

את המצבר הזה צריך לייצר

out of earth-abundant elements.

מחומרים שיש בכדור הארץ בשפע.

I say, if you want to make something dirt cheap,

ואני אומר שאם רוצים לייצר משהו זול כמו עפר,

make it out of dirt --

תייצרו אותו מעפר --

(Laughter)

(צחוק)

preferably dirt

רצוי עפר

that's locally sourced.

ממקור מקומי.

And we need to be able to build this thing

ועלינו להיות מסוגלים לבנות את הדבר הזה

using simple manufacturing techniques and factories

בתהליכי ומתקני ייצור פשוטים

that don't cost us a fortune.

שלא עולים הון.

So about six years ago,

אז לפני כשש שנים,

I started thinking about this problem.

התחלתי לחשוב על הבעיה הזאת.

And in order to adopt a fresh perspective,

וכדי לאמץ נקודת מבט רעננה,

I sought inspiration from beyond the field of electricity storage.

חיפשתי השראה מחוץ לתחום אגירת החשמל.

In fact, I looked to a technology

למעשה, בחנתי טכנולוגיה

that neither stores nor generates electricity,

שלא אוגרת וגם לא מייצרת חשמל,

but instead consumes electricity,

אלא צורכת חשמל,

huge amounts of it.

כמויות חשמל אדירות.

I'm talking about the production of aluminum.

אני מדבר על ייצור אלומיניום.

The process was invented in 1886

התהליך הומצא ב-1886

by a couple of 22-year-olds --

על ידי שני בני 22 --

Hall in the United States and Heroult in France.

האל בארה"ב והירו בצרפת.

And just a few short years following their discovery,

ורק כמה שנים אחרי תגליתם,

aluminum changed

האלומיניום הפך

from a precious metal costing as much as silver

ממתכת יקרה שעולה כמו כסף

to a common structural material.

לחומר בניה נפוץ.

You're looking at the cell house of a modern aluminum smelter.

אתם מביטים בבניין מודרני של כור תאי היתוך אלומיניום.

It's about 50 feet wide

רוחבו הוא כ-16 מטר

and recedes about half a mile --

והוא נמשך לאורך של כ 800 מטר --

row after row of cells

שורה אחרי שורה של תאים

that, inside, resemble Volta's battery,

שמזכירים מבפנים את הסוללה של וולטה,

with three important differences.

עם שלושה הבדלים חשובים.

Volta's battery works at room temperature.

הסוללה של וולטה עובדת בטמפרטורת החדר.

It's fitted with solid electrodes

היא מלאה באלקטרודות מוצקות

and an electrolyte that's a solution of salt and water.

ובאלקטרוליט שהוא תמיסה של מלח ומים.

The Hall-Heroult cell

התא של האל-הירו

operates at high temperature,

פועל בטמפרטורות גבוהות,

a temperature high enough

טמפרטורה גבוהה מספיק

that the aluminum metal product is liquid.

להפוך את תוצר האלומינייום לנוזלי.

The electrolyte

האלקטרוליט

is not a solution of salt and water,

הוא לא תמיסה של מלח ומים,

but rather salt that's melted.

אלא מלח מותך.

It's this combination of liquid metal,

תערובת זו של מתכת מותכת,

molten salt and high temperature

מלח מותך וטמפרטורות גבוהות

that allows us to send high current through this thing.

היא שמאפשרת לנו להעביר זרם גבוה דרך הדבר הזה.

Today, we can produce virgin metal from ore

היום אנחנו יכולים ליצור מתכת טהורה מעפרה

at a cost of less than 50 cents a pound.

בעלות של פחות מ-50 סנט לקילו.

That's the economic miracle

זה הנס הכלכלי

of modern electrometallurgy.

של המטלורגיה החשמלית המודרנית.

It is this that caught and held my attention

זה מה שמשך ולכד את תשומת לבי

to the point that I became obsessed with inventing a battery

עד כדי כך שנעשיתי כפייתי בנוגע להמצאת מצבר

that could capture this gigantic economy of scale.

שיכול להיות כלכלי בקנה-מידה עצום כזה

And I did.

וכך עשיתי.

I made the battery all liquid --

יצרתי את המצבר הנוזלי כולו --

liquid metals for both electrodes

מתכת נוזלית לשתי האלקטרודות

and a molten salt for the electrolyte.

ומלח מותך כאלקטרוליט.

I'll show you how.

אראה לכם איך.

So I put low-density

שמתי למעלה

liquid metal at the top,

מתכת נוזלית בצפיפות נמוכה,

put a high-density liquid metal at the bottom,

מתכת נוזלית בצפיפות גבוהה בתחתית,

and molten salt in between.

וביניהן מלח מותך.

So now,

כעת השאלה היא,

how to choose the metals?

איך לבחור את המתכות?

For me, the design exercise

עבורי, התרגיל התכנוני

always begins here

תמיד מתחיל כאן

with the periodic table,

בטבלת היסודות,

enunciated by another professor,

שנוצרה על ידי פרופסור אחר

Dimitri Mendeleyev.

בשם דימיטרי מנדלייב.

Everything we know

כל מה שאנחנו מכירים

is made of some combination

מורכב מצירוף כלשהו

of what you see depicted here.

של מה שמתואר כאן.

And that includes our own bodies.

וזה כולל את הגוף שלנו.

I recall the very moment one day

אני זוכר את הרגע המדויק כשיום אחד

when I was searching for a pair of metals

חיפשתי זוג מתכות

that would meet the constraints

שיעמדו בדרישות

of earth abundance,

של הימצאות בשפע בכדור הארץ,

different, opposite density

דחיסות שונה והפוכה

and high mutual reactivity.

ותגובתיות הדדית גבוהה.

I felt the thrill of realization

חשתי את הריגוש של ההבנה

when I knew I'd come upon the answer.

כשידעתי שהגעתי לתשובה.

Magnesium for the top layer.

מגנזיום עבור השכבה העליונה.

And antimony

ואנטימון

for the bottom layer.

עבור השכבה התחתונה.

You know, I've got to tell you,

אתם יודעים, אני חייב להגיד לכם,

one of the greatest benefits of being a professor:

זה אחד היתרונות הגדולים של להיות פרופסור:

colored chalk.

גיר צבעוני.

(Laughter)

(צחוק)

So to produce current,

אז כדי ליצור זרם,

magnesium loses two electrons

המגנזיום מאבד שני אלקטרונים

to become magnesium ion,

והופך ליון של מגנזיום,

which then migrates across the electrolyte,

שעובר דרך האלקטרוליט,

accepts two electrons from the antimony,

מקבל שני אלקטרונים מהאנטימון

and then mixes with it to form an alloy.

ואז מתערבב איתו ויוצר סגסוגת.

The electrons go to work

האלקטרונים מתחילים לעבוד

in the real world out here,

בעולם האמיתי, כאן בחוץ,

powering our devices.

ומפעילים את המכשירים שלנו.

Now to charge the battery,

עכשיו, כדי לטעון את המצבר,

we connect a source of electricity.

אנחנו מחברים מקור חשמל.

It could be something like a wind farm.

זה יכול להיות משהו כמו חוות רוח.

And then we reverse the current.

ואז אנחנו הופכים את כיוון הזרם.

And this forces magnesium to de-alloy

וזה מאלץ את המגנזיום להשתחרר מהסגסוגת

and return to the upper electrode,

לחזור לאלקטרודה העליונה,

restoring the initial constitution of the battery.

מה שמשחזר את מצבו המקורי של המצבר.

And the current passing between the electrodes

והזרם שעובר בין האלקטרודות

generates enough heat to keep it at temperature.

יוצר מספיק חום כדי לשמור על הטמפרטורה.

It's pretty cool,

זה די מגניב,

at least in theory.

לפחות בתאוריה.

But does it really work?

אבל האם זה באמת עובד?

So what to do next?

אז מה עושים עכשיו?

We go to the laboratory.

עכשיו נכנסים למעבדה.

Now do I hire seasoned professionals?

האם אני שוכר מומחים מנוסים?

No, I hire a student

לא, אני שוכר סטודנט

and mentor him,

וחונך אותו,

teach him how to think about the problem,

מלמד אותו איך לחשוב על הבעיה,

to see it from my perspective

לראות אותה מנקודת המבט שלי

and then turn him loose.

ואז משחרר אותו.

This is that student, David Bradwell,

זהו הסטודנט: דייויד בראדוול,

who, in this image,

שבתמונה הזו,

appears to be wondering if this thing will ever work.

נראה כתוהה אם זה אי-פעם יעבוד.

What I didn't tell David at the time

מה שלא אמרתי לדייויד בזמנו

was I myself wasn't convinced it would work.

זה שאני עצמי לא בטוח שזה יעבוד.

But David's young and he's smart

אבל דייויד צעיר וחכם

and he wants a Ph.D.,

והוא רוצה תואר דוקטור,

and he proceeds to build --

והוא ממשיך לבנות --

(Laughter)

(צחוק)

He proceeds to build

הוא ממשיך לבנות

the first ever liquid metal battery

את מצבר המתכת הנוזלית הראשון אי-פעם

of this chemistry.

עם הכימיה הזאת.

And based on David's initial promising results,

ועל יסוד התוצאות הראשוניות המבטיחות של דייויד,

which were paid

שמומנו

with seed funds at MIT,

בכספי הזנק של אם-איי-טי,

I was able to attract major research funding

הצלחתי להשיג מימון מחקרי גדול

from the private sector

מהמגזר הפרטי

and the federal government.

ומהממשל הפדרלי.

And that allowed me to expand my group to 20 people,

וזה איפשר לי להרחיב את הצוות שלי ל-20 איש,

a mix of graduate students, post-docs

עירוב של סטודנטים לתואר שני, פוסט-דוקטורנטים

and even some undergraduates.

ואפילו סטודנטים לתואר ראשון.

And I was able to attract really, really good people,

והצלחתי למשוך אנשים ממש-ממש טובים,

people who share my passion

אנשים ששותפים ללהט שלי

for science and service to society,

למדע ולשירות לחברה,

not science and service for career building.

ולא למדע ולשירות לבניית קריירה.

And if you ask these people

ואם תשאלו את האנשים האלו

why they work on liquid metal battery,

מדוע הם עובדים על מצבר מתכת נוזלית,

their answer would hearken back

תשמעו בתשובתם הד

to President Kennedy's remarks

להערות הנשיא קנדי

at Rice University in 1962

באוניברסיטת רייס ב-1962

when he said -- and I'm taking liberties here --

כשאמר-- בלשון חופשית--

"We choose to work on grid-level storage,

"אנחנו בוחרים לעבוד על אחסון ברמת הרשת,

not because it is easy,

לא בגלל שזה קל,

but because it is hard."

אלא בגלל שזה קשה."

(Applause)

(מחיאות כפיים)

So this is the evolution of the liquid metal battery.

אז זו האבולוציה של מצבר המתכת הנוזלית.

We start here with our workhorse one watt-hour cell.

התחלנו כאן עם סוס העבודה שלנו, תא של 1 וואט-שעה.

I called it the shotglass.

אני קורא לו הכוסית.

We've operated over 400 of these,

הפעלנו יותר מ-400 כאלה,

perfecting their performance with a plurality of chemistries --

תוך שיפור הביצועים שלהם בעזרת כל מיני כימיות--

not just magnesium and antimony.

לא רק מגנזיום ואנטימון.

Along the way we scaled up to the 20 watt-hour cell.

בדרך גדלנו לתא של 20 וואט-שעה.

I call it the hockey puck.

אני קורא לו דיסקית ההוקי.

And we got the same remarkable results.

וקיבלנו את אותן תוצאות נפלאות.

And then it was onto the saucer.

ואז המשכנו לצלחת.

That's 200 watt-hours.

כאן זה 200 וואט-שעה.

The technology was proving itself

הטכנולוגיה הוכיחה את עצמה

to be robust and scalable.

כאמינה וניתנת להגדלה.

But the pace wasn't fast enough for us.

אבל הקצב לא היה מהיר מספיק בשבילנו.

So a year and a half ago,

אז לפני שנה וחצי,

David and I,

דייויד ואני,

along with another research staff-member,

יחד עם חבר-צוות נוסף,

formed a company

הקמנו חברה

to accelerate the rate of progress

כדי להאיץ את קצב ההתקדמות

and the race to manufacture product.

ואת המירוץ לייצר מוצר.

So today at LMBC,

אז היום ב"תאגיד המצבר הנוזלי",

we're building cells 16 inches in diameter

אנחנו בונים תאים בקוטר 40 ס"מ

with a capacity of one kilowatt-hour --

בעלי קיבולת של 1 קילוואט-שעה--

1,000 times the capacity

פי 1,000 מהקיבולת

of that initial shotglass cell.

של תא הכוסית הראשון.

We call that the pizza.

אנחנו קוראים לתא כזה "פיצה".

And then we've got a four kilowatt-hour cell on the horizon.

ובאופק יש לנו תא של 4 קילווואט-שעה.

It's going to be 36 inches in diameter.

הוא יהיה בקוטר 91 ס"מ.

We call that the bistro table,

אנחנו מכנים אותו "שולחן בר",

but it's not ready yet for prime-time viewing.

אך הוא עדיין לא מוכן לחשיפה בשעת צפיית-שיא.

And one variant of the technology

וסוג אחד של הטכנולוגיה הזו

has us stacking these bistro tabletops into modules,

מאפשר לנו לערום את שולחנות הבר האלה זה על זה כמודולים,

aggregating the modules into a giant battery

ולחבר מודולים למצבר ענק

that fits in a 40-foot shipping container

שנכנס למכולה של 12 מטר

for placement in the field.

ומיועד להצבה בשטח.

And this has a nameplate capacity of two megawatt-hours --

יש לה קיבולת מוצהרת של 2 מגה-וואט שעה--

two million watt-hours.

שני מיליון וואט-שעה.

That's enough energy

זו אנרגיה שמספיקה

to meet the daily electrical needs

כדי לעמוד בדרישה היומית

of 200 American households.

של 200 בתי אב אמריקאים.

So here you have it, grid-level storage:

אז הרי לכם אחסון ברמת הרשת:

silent, emissions-free,

שקט, נטול פליטות,

no moving parts,

ללא חלקים נעים,

remotely controlled,

נשלט מרחוק,

designed to the market price point

מתוכנן לרמת המחירים בשוק

without subsidy.

ללא סובסידיות.

So what have we learned from all this?

ומה למדנו מכל זה?

(Applause)

(מחיאות כפיים)

So what have we learned from all this?

מה למדנו מכל זה?

Let me share with you

תנו לי לשתף אתכם

some of the surprises, the heterodoxies.

בכמה מההפתעות והכפירות במוסכמות.

They lie beyond the visible.

הן נמצאות מעבר לתחום הנראה-לעין.

Temperature:

טמפרטורה:

Conventional wisdom says set it low,

ההגיון המקובל אומר לקבוע אותה נמוך,

at or near room temperature,

סביב טמפרטורת החדר,

and then install a control system to keep it there.

ואז להתקין מערכת בקרה כדי לשמור עליה.

Avoid thermal runaway.

למנוע בריחה תרמית.

Liquid metal battery is designed to operate at elevated temperature

מצבר מתכת נוזלית מתוכנן לעבוד בטמפרטורות גבוהות

with minimum regulation.

עם ויסות מינימלי.

Our battery can handle the very high temperature rises

המצבר שלנו יכול לעמוד בעליות טמפרטורה גבוהות

that come from current surges.

שמקורן בנחשולי הזרם.

Scaling: Conventional wisdom says

עליה בגודל: ההגיון המקובל אומר

reduce cost by producing many.

להקטין עלויות ע"י ייצור כמויות.

Liquid metal battery is designed to reduce cost

מצברי מתכת נוזלית מתוכננים להפחית עלויות

by producing fewer, but they'll be larger.

ע"י ייצור של פחות מצברים, אך גדולים יותר.

And finally, human resources:

ולבסוף, משאבי אנוש:

Conventional wisdom says

ההגיון המקובל אומר

hire battery experts,

לשכור מומחים למצברים,

seasoned professionals,

אנשי מקצוע מנוסים,

who can draw upon their vast experience and knowledge.

שיכולים לשאוב מהנסיון והידע הרחב שלהם.

To develop liquid metal battery,

כדי לפתח מצברי מתכת נוזלית,

I hired students and post-docs and mentored them.

ואני שכרתי סטודנטים ובוגרים וחנכתי אותם.

In a battery,

במצבר,

I strive to maximize electrical potential;

אני שואף להגדיל את הפוטנציאל החשמלי;

when mentoring,

כשאני מחנך,

I strive to maximize human potential.

אני שואף להגדיל את הפוטנציאל האנושי.

So you see,

אז אתם רואים,

the liquid metal battery story

סיפור מצבר המתכת הנוזלית

is more than an account

הוא יותר מסיפור

of inventing technology,

העוסק בהמצאת טכנולוגיה,

it's a blueprint

אלא תוכנית

for inventing inventors, full-spectrum.

להמצאת ממציאים, תכנית לכל הספקטרום.

(Applause)

(מחיאות כפיים)