Donald Sadoway: The missing link to renewable energy

Translator: Juris Jerums Reviewer: Kristaps Kadiķis

The electricity powering the lights in this theater

Ziniet, elektrība šīs zāles apgaismojumam

was generated just moments ago.

tika saražota tikai pirms dažiem mirkļiem.

Because the way things stand today,

Jo pašreizējā situācija ir tāda,

electricity demand must be in constant balance

ka elektrības patēriņam ir jābūt nepārtrauktā līdzsvarā,

with electricity supply.

ar elektrības apgādi.

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

Ja tajā laika sprīdī, kurā es uznācu uz šīs skatuves,

some tens of megawatts of wind power

daži desmiti megavatu vēja enerģijas

stopped pouring into the grid,

pārstātu ieplūst tīklā,

the difference would have to be made up

tad radusies starpība būtu nekavējoties

from other generators immediately.

jākompensē no citiem ģeneratoriem.

But coal plants, nuclear plants

Bet ogļu stacijas un atomstacijas

can't respond fast enough.

nespēj reaģēt pietiekami ātri.

A giant battery could.

Milzīgs akumulators gan spētu.

With a giant battery,

Ar milzīgu akumulatoru,

we'd be able to address the problem of intermittency

mēs varētu atrisināt nepastāvības problēmas,

that prevents wind and solar

kas kavē saules un vēja enerģijas jaudu

from contributing to the grid

ieguldījumu kopējā tīklā tā,

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

kā to šobrīd dara ogles, gāze vai kodolenerģija.

You see, the battery

Redziet, šajā gadījumā

is the key enabling device here.

akumulators paver tādu iespēju.

With it, we could draw electricity from the sun

Ar tā palīdzību mēs varētu izmantot saules enerģiju

even when the sun doesn't shine.

arī tad, kad saule nespīd.

And that changes everything.

Tas visu mainītu, jo tad

Because then renewables

atjaunīgie energoresursi

such as wind and solar

kā saules un vēja enerģija,

come out from the wings,

iznāktu no nomales,

here to center stage.

uz centrālo skatuvi.

Today I want to tell you about such a device.

Šodien es jums pastāstīšu par šādu ierīci.

It's called the liquid metal battery.

To sauc par šķidro metālu akumulatoru.

It's a new form of energy storage

Tas ir jauns enerģijas uzkrāšanas veids,

that I invented at MIT

ko es izgudroju MTI,

along with a team of my students

kopā ar studentu un

and post-docs.

doktorantu komandu.

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

Šī gada TED konferences tēma ir „Pilns spektrs”.

The OED defines spectrum

Oksfordas angļu valodas vārdnīca definē spektru kā

as "The entire range of wavelengths

„Visa viļņu garuma

of electromagnetic radiation,

elektromagnētisko starojumu,

from the longest radio waves to the shortest gamma rays

sākot no visgarākajiem radioviļņiem, līdz pat visīsākajiem gamma viļņiem,

of which the range of visible light

no kā redzamās gaismas apgabals

is only a small part."

ir tikai neliela daļa.”

So I'm not here today only to tell you

Tādēļ, es šeit esmu, lai pastāstītu

how my team at MIT has drawn out of nature

ne tikai to, kā mana komanda MTI atrada

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

risinājumu vienai no pasaules lielajām problēmām.

I want to go full spectrum and tell you how,

Es izmantošu pilnu spektru un pastāstīšu jums

in the process of developing

kā šīs tehnoloģijas

this new technology,

attīstības procesā,

we've uncovered some surprising heterodoxies

mēs guvām vairākas neparastas atziņas,

that can serve as lessons for innovation,

kas var kalpot kā mācība inovācijām,

ideas worth spreading.

un idejām, kuras ir vērts izplatīt.

And you know,

Ziniet,

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

ja mēs gribam izkustināt mūsu valsti no pašreizējās enerģētikas situācijas,

we can't just conserve our way out;

mēs nevaram to paveikt tikai taupot,

we can't just drill our way out;

mēs nevaram to paveikt tikai urbjot naftu,

we can't bomb our way out.

mēs nevaram to paveikt karojot.

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

Mēs varam to paveikt vecajā labajā amerikāņu veidā,

we're going to invent our way out,

mēs varam to paveikt izgudrojot,

working together.

strādājot plecu pie pleca.

(Applause)

(Aplausi)

Now let's get started.

Ķersimies klāt.

The battery was invented about 200 years ago

Bateriju izgudroja aptuveni pirms 200 gadiem.

by a professor, Alessandro Volta,

To paveica kāds profesors, Alesandro Volta,

at the University of Padua in Italy.

Padujas Universitātē, Itālijā.

His invention gave birth to a new field of science,

Viņa izgudrojums radīja jaunu zinātnes nozari,

electrochemistry,

elektroķīmiju, un

and new technologies

jaunas tehnoloģijas, piemēram,

such as electroplating.

elektrogalvanizāciju.

Perhaps overlooked,

Ko pamanīja mazāk:

Volta's invention of the battery

Voltas baterijas izgudrošana

for the first time also

pirmo reizi nodemonstrēja arī

demonstrated the utility of a professor.

profesoru noderīgumu.

(Laughter)

(Smiekli)

Until Volta, nobody could imagine

Līdz Voltam neviens nevarēja iedomāties,

a professor could be of any use.

ka no profesoriem būtu praktisks labums.

Here's the first battery --

Lūk, pirmā bateriņa,

a stack of coins, zinc and silver,

stabiņš ar cinka un sudraba monētām,

separated by cardboard soaked in brine.

ar starplikām no salsūdenī mērcēta kartona.

This is the starting point

Šis ir sākuma punkts

for designing a battery --

akumulatoru dizainam:

two electrodes,

divi elektrodi,

in this case metals of different composition,

šajā gadījumā dažādi metāli,

and an electrolyte,

un elektrolīts,

in this case salt dissolved in water.

šajā gadījumā ūdenī izšķīdināts sāls.

The science is that simple.

Tik vienkārša ir zinātne.

Admittedly, I've left out a few details.

Protams, es izlaidu dažas detaļas.

Now I've taught you

Es jums parādīju,

that battery science is straightforward

ka ar akumulatoriem saistītā zinātne ir vienkārša,

and the need for grid-level storage

un vajadzība pēc elektrotīkla līmeņa akumulācijas jaudām

is compelling,

ir pārliecinoša.

but the fact is

Taču lieta tāda,

that today there is simply no battery technology

ka šobrīd vienkārši nav akumulatoru tehnoloģijas,

capable of meeting

kas atbilstu

the demanding performance requirements of the grid --

elektrotīkla līmeņa tehniskajām prasībām,

namely uncommonly high power,

teiksim, neparasti augstai jaudai,

long service lifetime

ilgam kalpošanas mūžam

and super-low cost.

un īpaši zemām izmaksām.

We need to think about the problem differently.

Mums ir jāaplūko problēma citādāk.

We need to think big,

Mums ir jādomā lielā mērogā,

we need to think cheap.

mums ir jādomā zemu izmaksu griezumā.

So let's abandon the paradigm

Tāpēc atmetīsim to pieeju,

of let's search for the coolest chemistry

vispirms meklējot kolosālāko ķīmisku savienojumu,

and then hopefully we'll chase down the cost curve

un tad cerot, ka izdosies samazināt vienas vienības cenu,

by just making lots and lots of product.

ražojot produktu lielos apjomos.

Instead, let's invent

Tā vietā izgudrosim tā,

to the price point of the electricity market.

lai piemērotos esošajām cenām elektrības tirgū.

So that means

Tas nozīmē,

that certain parts of the periodic table

ka atsevišķas periodiskās tabulas daļas

are axiomatically off-limits.

jau neapšaubāmi atkrīt.

This battery needs to be made

Šim akumulatoram ir jābūt veidotam

out of earth-abundant elements.

no elementiem, kuru uz Zemes ir daudz.

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

Es saku, ja gribat uztaisīt kaut ko tik lēti kā dubļi,

make it out of dirt --

tad taisiet to no dubļiem.

(Laughter)

(Smiekli)

preferably dirt

Priekšroku dodot dubļiem,

that's locally sourced.

kas ir vietējās izcelsmes.

And we need to be able to build this thing

Šī akumulatora ražošanas tehnoloģijai

using simple manufacturing techniques and factories

ir jābūt vienkāršai, lai to var darīt fabrikās,

that don't cost us a fortune.

kas nemaksā veselu bagātību.

So about six years ago,

Tātad, pirms gadiem sešiem,

I started thinking about this problem.

es sāku domāt par šo jautājumu.

And in order to adopt a fresh perspective,

Lai paskatītos uz to no svaiga skatpunkta,

I sought inspiration from beyond the field of electricity storage.

es meklēju iedvesmu ārpus enerģijas uzglabāšanas jomas.

In fact, I looked to a technology

Es aplūkoju tehnoloģiju,

that neither stores nor generates electricity,

kas nedz uzglabā, nedz ražo elektrību,

but instead consumes electricity,

bet gan elektrību milzīgos apjomos

huge amounts of it.

patērē.

I'm talking about the production of aluminum.

Es runāju par alumīnija ražošanu.

The process was invented in 1886

Procesu izgudroja 1886.gadā

by a couple of 22-year-olds --

pāris 22 gadnieku.

Hall in the United States and Heroult in France.

Hols ASV un Herols Francijā.

And just a few short years following their discovery,

Dažu gadu laikā, kopš viņu izgudrojuma,

aluminum changed

alumīnijs pārtapa

from a precious metal costing as much as silver

no dārgmetāla, kas bija sudraba cenā,

to a common structural material.

par parastu, plaši izmantotu materiālu.

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

Te jūs redzat modernu alumīnija ražotni.

It's about 50 feet wide

Tā ir kādus 15m plata

and recedes about half a mile --

un stiepjas pusjūdzes augstumā.

row after row of cells

Rinda pēc rindas ar šūnām,

that, inside, resemble Volta's battery,

kas iekšēji atgādina Volta bateriju,

with three important differences.

bet ar trim būtiskām atšķirībām.

Volta's battery works at room temperature.

Voltas baterija darbojas istabas temperatūrā.

It's fitted with solid electrodes

Tajā ietilpst cieta materiāla elektrodi un

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

elektrolīts, kas ir ūdens un sāls šķīdums.

The Hall-Heroult cell

Hola-Herola šūna

operates at high temperature,

strādā augstā temperatūrā,

a temperature high enough

temperatūrā, kas ir pietiekami augsta,

that the aluminum metal product is liquid.

lai alumīnijs būtu šķidrs.

The electrolyte

Elektrolīts

is not a solution of salt and water,

nav vis ūdens un sāls šķīdums,

but rather salt that's melted.

bet gan izkausēts sāls.

It's this combination of liquid metal,

Tā ir šī šķidrā metāla, šķidrā sāls

molten salt and high temperature

un augstās temperatūras kombinācija,

that allows us to send high current through this thing.

kas pieļauj augstas strāvas plūsmu caur to.

Today, we can produce virgin metal from ore

Šobrīd mēs varam saražot metālu no rūdas

at a cost of less than 50 cents a pound.

par mazāk kā 50 centiem mārciņā.

That's the economic miracle

Tas ir ekonomisks brīnums, ko radījusi

of modern electrometallurgy.

mūsdienu elektrometalurģija.

It is this that caught and held my attention

Tieši tas piesaistīja un noturēja manu uzmanību

to the point that I became obsessed with inventing a battery

līdz tam, ka es kļuvu apsēsts ar domu par tāda akumulatora izgudrošanu,

that could capture this gigantic economy of scale.

kas spētu gūt labumu no šīs gigantiskās apjoma ekonomijas.

And I did.

Es to izdarīju.

I made the battery all liquid --

Es izgudroju pilnībā šķidru akumulatoru:

liquid metals for both electrodes

abi elektrodi no šķidriem metāliem

and a molten salt for the electrolyte.

un elektrolīts no izkausēta sāls.

I'll show you how.

Es jums parādīšu kā.

So I put low-density

Es liku zema blīvuma

liquid metal at the top,

šķidro metālu augšpusē,

put a high-density liquid metal at the bottom,

augsta blīvuma šķidro metālu apakšpusē,

and molten salt in between.

un šķidro sāli pa vidu.

So now,

Un nu,

how to choose the metals?

kā lai izvēlas metālus?

For me, the design exercise

Šāds uzdevums

always begins here

man vienmēr sākas te,

with the periodic table,

ar periodisko tabulu,

enunciated by another professor,

ko radījis vēl kāds profesors,

Dimitri Mendeleyev.

Dmitrijs Mendeļejevs.

Everything we know

Viss, ko mēs pazīstam,

is made of some combination

ir veidots kombinācijā no

of what you see depicted here.

šeit redzamajiem elementiem.

And that includes our own bodies.

Tostarp mūsu pašu ķermeņi.

I recall the very moment one day

Es atceros to brīdi, kad kādudien

when I was searching for a pair of metals

meklēju metālu pāri,

that would meet the constraints

kas atbilstu nosacījumiem:

of earth abundance,

pieejami lielos apjomos,

different, opposite density

ar krasi atšķirīgu blīvumu

and high mutual reactivity.

un augstu savstarpējo reaģētspēju.

I felt the thrill of realization

Es sajutu atklājuma saviļņojumu,

when I knew I'd come upon the answer.

kad sapratu, ka esmu nonācis pie atbildes.

Magnesium for the top layer.

Magnijs augšējam slānim

And antimony

un antimons

for the bottom layer.

apakšējam slānim.

You know, I've got to tell you,

Ziniet, man jums jāpasaka,

one of the greatest benefits of being a professor:

viens no lielākajiem labumiem, strādājot par profesoru:

colored chalk.

krāsainie krītiņi.

(Laughter)

(Smiekli)

So to produce current,

Tātad, lai rastos strāva,

magnesium loses two electrons

magnijs atdod divus elektronus

to become magnesium ion,

kļūstot par magnija jonu,

which then migrates across the electrolyte,

kas tad migrē caur elektrolītu,

accepts two electrons from the antimony,

piesaista divus antimona elektronus,

and then mixes with it to form an alloy.

un sajaucas ar to, veidojot sakausējumu.

The electrons go to work

Elektroni dodas pastrādāt

in the real world out here,

reālajā pasaulē,

powering our devices.

darbinot mūsu ierīces.

Now to charge the battery,

Lai uzlādētu akumulatoru,

we connect a source of electricity.

mēs pievienojam elektrības ražotāju.

It could be something like a wind farm.

Piemēram, vēja ģeneratoru parku.

And then we reverse the current.

Un palaižam strāvu pretējā virzienā.

And this forces magnesium to de-alloy

Tas piespiež magniju atdalīties

and return to the upper electrode,

un atgriezties augšējā elektrodā,

restoring the initial constitution of the battery.

tā atjaunojot sākotnējo akumulatora sastāvu.

And the current passing between the electrodes

Strāva, kas plūst caur elektrodiem,

generates enough heat to keep it at temperature.

rada pietiekamu siltumu, lai to noturētu vajadzīgajā temperatūrā.

It's pretty cool,

Tas ir diezgan kolosāli,

at least in theory.

vismaz teorijā.

But does it really work?

Taču vai tas tiešām strādā?

So what to do next?

Ko darīt tālāk?

We go to the laboratory.

Dodamies uz laboratoriju.

Now do I hire seasoned professionals?

Vai es pieņēmu darbā pieredzējušus speciālistus?

No, I hire a student

Nē, es pieņēmu darbā studentu

and mentor him,

un viņu apmācīju,

teach him how to think about the problem,

apmācīju, kā domāt par jautājumu,

to see it from my perspective

kā saredzēt to no manas perspektīvas,

and then turn him loose.

un tad palaidu savā vaļā.

This is that student, David Bradwell,

Šis ir tas students, Deivids Bredvels.

who, in this image,

Izskatās, ka šajā fotogrāfijā,

appears to be wondering if this thing will ever work.

viņš prāto, vai tas jelkad vispār strādās.

What I didn't tell David at the time

Es Deividam tolaik nepateicu,

was I myself wasn't convinced it would work.

ka man pašam nebija pārliecības, ka tas strādās.

But David's young and he's smart

Taču Deivids bija jauns un gudrs,

and he wants a Ph.D.,

un gribēja doktora grādu,

and he proceeds to build --

un tik turpināja taisīt.

(Laughter)

(Smiekli)

He proceeds to build

Viņš turpināja taisīt

the first ever liquid metal battery

pasaulē pirmo šķidro metālu akumulatoru

of this chemistry.

ar šādu ķīmisko sastāvu.

And based on David's initial promising results,

Balstoties uz Deivida pirmajiem daudzsološajiem rezultātiem,

which were paid

ko apmaksāja

with seed funds at MIT,

MTI sēklas fonds,

I was able to attract major research funding

es varēju piesaistīt būtiskāku pētniecības finansējumu

from the private sector

no privātā sektora

and the federal government.

un federālajām programmām.

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

Tas man ļāva paplašināt grupu līdz 20 pētniekiem,

a mix of graduate students, post-docs

kuru vidū bija maģistranti, doktoranti un

and even some undergraduates.

pat daži bakalauri.

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

Es varēju piesaistīt ļoti, ļoti labus pētniekus,

people who share my passion

cilvēkus, kuri arī bija aizrautīgi

for science and service to society,

gan zinātnē, gan kalpošanā sabiedrībai,

not science and service for career building.

nevis skatījās uz zinātni tikai kā uz karjeras kāpnēm.

And if you ask these people

Ja pajautāsit šiem cilvēkiem,

why they work on liquid metal battery,

kādēļ viņi strādā pie šķidro metālu akumulatora,

their answer would hearken back

viņu atbilde atsauksies uz

to President Kennedy's remarks

Prezidenta Kenedija sacīto

at Rice University in 1962

Raisa universitātē 1962.gadā,

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

kur viņš teica, un es nedaudz pielabošu:

"We choose to work on grid-level storage,

„Mēs vēlamies strādāt pie elektrotīkla līmeņa

not because it is easy,

uzglabāšanas jaudām ne tāpēc, ka tas būtu viegli,

but because it is hard."

bet tāpēc, ka tas ir grūti.”

(Applause)

(Aplausi)

So this is the evolution of the liquid metal battery.

Lūk, šķidro metālu akumulatora attīstība.

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

Mēs sākām ar mūsu darba zirdziņu — vienas vatstundas šūnu.

I called it the shotglass.

Mēs to nosaucām par mēriņu.

We've operated over 400 of these,

Mēs esam izmēģinājuši vairāk kā 400 tādu,

perfecting their performance with a plurality of chemistries --

uzlabojot to darba rādītājus ar dažādām vielām,

not just magnesium and antimony.

ne tikai magniju un antimonu.

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

Darba gaitā mēs palielinājām līdz 20 vatstundu šūnai.

I call it the hockey puck.

To mēs nosaucām par hokeja ripu.

And we got the same remarkable results.

Tā uzrādīja tos pašus apbrīnojamos rādītājus.

And then it was onto the saucer.

Tad mēs izveidojām apakštases lieluma modeli.

That's 200 watt-hours.

Tam ir 200 vatstundu jauda.

The technology was proving itself

Tehnoloģija sevi pierādīja

to be robust and scalable.

kā vienkārša un mērogā palielināma.

But the pace wasn't fast enough for us.

Taču mēs gribējām attīstīties ātrāk.

So a year and a half ago,

Pirms pusotra gada,

David and I,

mēs ar Deividu

along with another research staff-member,

un vēl kādu pētnieku,

formed a company

nodibinājām uzņēmumu,

to accelerate the rate of progress

lai paātrinātu attīstības tempu

and the race to manufacture product.

un pietuvotos produkta ražošanai.

So today at LMBC,

Šobrīd LMBC uzņēmumā,

we're building cells 16 inches in diameter

mēs būvējam šūnas 16 collu diametrā

with a capacity of one kilowatt-hour --

un ar 1 kilovatstundas lielu ietilpību,

1,000 times the capacity

1000 reizes lielāku,

of that initial shotglass cell.

kā tai pirmajai mēriņa šūnai.

We call that the pizza.

Šo mēs nosaucām par picu.

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

Saredzamā attālumā mums ir 4 kilovatstundu šūna.

It's going to be 36 inches in diameter.

Tā būs ar 36 collu diametru.

We call that the bistro table,

To mēs saucam par ēdamgaldu,

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

taču tā vēl nav pieejama pilnai apskatei.

And one variant of the technology

Viens no šīs tehnoloģijas attīstības variantiem

has us stacking these bistro tabletops into modules,

ir sakraut šādus „ēdamgaldus" moduļos

aggregating the modules into a giant battery

un moduļus apvienot lielā akumulatorā,

that fits in a 40-foot shipping container

kas ietilpst 12 pēdu lielā jūras tvertnē

for placement in the field.

ko var novietot āra apstākļos.

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

Tā plānotā ietilpība ir 2 megavatstundas,

two million watt-hours.

divi miljoni vatstundu.

That's enough energy

Ar šo enerģiju pietiek,

to meet the daily electrical needs

lai nosegtu ikdienas elektrības vajadzības

of 200 American households.

200 Amerikas mājsaimniecībām.

So here you have it, grid-level storage:

Te nu tas ir, elektrotīkla līmeņa akumulators:

silent, emissions-free,

kluss, bez izmešiem,

no moving parts,

bez kustīgām daļām,

remotely controlled,

attālināti vadāms,

designed to the market price point

radīts atbilstoši pašreizējām cenām tirgū,

without subsidy.

bez vajadzības pēc subsīdijām.

So what have we learned from all this?

Ko mēs no tā visa esam iemācījušies?

(Applause)

(Aplausi)

So what have we learned from all this?

Ko mēs no tā visa esam iemācījušies?

Let me share with you

Es padalīšos ar jums

some of the surprises, the heterodoxies.

ar dažām neparastām atziņām,

They lie beyond the visible.

kas slēpjas aiz acīmredzamajām lietām.

Temperature:

Temperatūra:

Conventional wisdom says set it low,

parastā pieeja iesaka to noteikt zemu,

at or near room temperature,

tuvu istabas temperatūrai,

and then install a control system to keep it there.

un tad ieviest kontroles sistēmu, lai to saglabātu šādā līmenī,

Avoid thermal runaway.

lai novērstu ķēdes reakciju un pārkaršanu.

Liquid metal battery is designed to operate at elevated temperature

Šķidro metālu akumulators ir radīts darbam paaugstinātā temperatūrā

with minimum regulation.

ar minimālu regulējumu.

Our battery can handle the very high temperature rises

Mūsu akumulators tiek galā ar ļoti lieliem temperatūras pieaugumiem,

that come from current surges.

kas rodas no strāvas svārstībām.

Scaling: Conventional wisdom says

Mērogs: parastā pieeja nosaka

reduce cost by producing many.

izmaksu samazināšanu ražojot lielā apjomā.

Liquid metal battery is designed to reduce cost

Šķidro metālu akumulators ir radīts izmaksu samazināšanai,

by producing fewer, but they'll be larger.

ražojot mazāku skaitu, taču lielākus.

And finally, human resources:

Visbeidzot, cilvēku resursi:

Conventional wisdom says

parastā pieeja iesaka

hire battery experts,

nolīgt darbā akumulatoru ekspertus,

seasoned professionals,

nobriedušus profesionāļus,

who can draw upon their vast experience and knowledge.

kas var likt lietā savu plašo pieredzi un zināšanās.

To develop liquid metal battery,

Lai radītu šķidro metālu akumulatoru,

I hired students and post-docs and mentored them.

es nolīgu darbā studentus un doktorantus un viņus apmācīju.

In a battery,

Veidojot akumulatoru,

I strive to maximize electrical potential;

es tiecos palielināt elektrisko potenciālu.

when mentoring,

Mācot un vadot cilvēkus,

I strive to maximize human potential.

es tiecos palielināt cilvēku potenciālu.

So you see,

Redziet,

the liquid metal battery story

šķidro metālu akumulatora stāsts

is more than an account

ir kas vairāk, kā tikai

of inventing technology,

stāsts par tehnoloģijas izgudrošanu.

it's a blueprint

Tas ir paraugs tam,

for inventing inventors, full-spectrum.

kā pilnā spektrā radīt izgudrotājus.

(Applause)

(Aplausi)