Donald Sadoway: The missing link to renewable energy

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Axel Saffran

The electricity powering the lights in this theater

De elektriciteit voor de verlichting in dit theater

was generated just moments ago.

werd slechts enkele ogenblikken geleden gegenereerd.

Because the way things stand today,

Omdat met de huidige stand van zaken

electricity demand must be in constant balance

de vraag naar elektriciteit voortdurend in balans moet zijn

with electricity supply.

met de elektriciteitsopwekking.

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

Als toen ik het podium opliep

some tens of megawatts of wind power

er een aantal megawatt windenergie

stopped pouring into the grid,

niet op het net zou zijn geraakt,

the difference would have to be made up

dan moest dat onmiddellijk worden gecompenseerd

from other generators immediately.

door andere generatoren.

But coal plants, nuclear plants

Maar kolencentrales en kerncentrales

can't respond fast enough.

kunnen niet snel genoeg reageren.

A giant battery could.

Een gigantische batterij zou dat wel kunnen.

With a giant battery,

Met een grote batterij

we'd be able to address the problem of intermittency

konden we de onderbrekingen aanpakken

that prevents wind and solar

die wind- en zonne-energie beletten

from contributing to the grid

om op dezelfde manier aan het net te leveren

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

als kolen-, olie- en kerncentrales.

You see, the battery

Een batterij

is the key enabling device here.

zou dit mogelijk maken.

With it, we could draw electricity from the sun

Daardoor zouden we gebruik kunnen maken van zonne-energie

even when the sun doesn't shine.

ook als de zon niet schijnt.

And that changes everything.

Dat verandert het hele plaatje.

Because then renewables

Want dan kan duurzame energie

such as wind and solar

als wind- en zonne-energie,

come out from the wings,

in plaats van een bijrol,

here to center stage.

de hoofdrol gaan spelen.

Today I want to tell you about such a device.

Vandaag ga ik het hebben over een dergelijk apparaat.

It's called the liquid metal battery.

Het heet de vloeibaar-metaalbatterij.

It's a new form of energy storage

Het is een nieuwe vorm van energieopslag

that I invented at MIT

die ik aan het MIT heb ontwikkeld

along with a team of my students

samen met een team van mijn studenten

and post-docs.

en postdoctoralen.

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

Het thema van de TED-conferentie van dit jaar is Full Spectrum (Gehele Spectrum).

The OED defines spectrum

De Oxford English Dictionary definieert spectrum

as "The entire range of wavelengths

Als ‘Het volledige gamma van golflengten

of electromagnetic radiation,

van elektromagnetische straling,

from the longest radio waves to the shortest gamma rays

van de langste radiogolven tot de kortste gammastralen

of which the range of visible light

waarvan de reeks van zichtbaar licht

is only a small part."

slechts een klein deel uitmaakt.’

So I'm not here today only to tell you

Ik kom hier vandaag niet alleen vertellen

how my team at MIT has drawn out of nature

hoe mijn team bij MIT uit de natuur

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

een oplossing voor een van de grote problemen in de wereld heeft gehaald.

I want to go full spectrum and tell you how,

Ik ga het hele spectrum doorlopen en je vertellen

in the process of developing

hoe we bij de ontwikkeling van

this new technology,

deze nieuwe technologie

we've uncovered some surprising heterodoxies

nogal wat verrassende ketterijen ontdekten

that can serve as lessons for innovation,

die kunnen dienen als lessen voor innovatie,

ideas worth spreading.

als te verspreiden ideeën.

And you know,

Weet je,

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

als we dit land uit zijn huidige situatie op energiegebied willen halen,

we can't just conserve our way out;

gaat dat niet door alleen te besparen;

we can't just drill our way out;

niet door alleen maar te boren,

we can't bomb our way out.

of te blijven bombarderen.

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

We gaan het op de ouderwetse Amerikaanse manier doen:

we're going to invent our way out,

door nieuwe manieren te bedenken,

working together.

door samen te werken.

(Applause)

(Applaus)

Now let's get started.

Ik begin.

The battery was invented about 200 years ago

De batterij werd ongeveer 200 jaar geleden uitgevonden

by a professor, Alessandro Volta,

door een professor, Alessandro Volta,

at the University of Padua in Italy.

aan de Universiteit van Padua in Italië.

His invention gave birth to a new field of science,

Zijn uitvinding was de start van een heel nieuw wetenschapsgebied,

electrochemistry,

de elektrochemie,

and new technologies

en nieuwe technologieën

such as electroplating.

zoals het galvaniseren.

Perhaps overlooked,

Misschien was

Volta's invention of the battery

Volta's uitvinding van de batterij

for the first time also

ook wel de eerste keer

demonstrated the utility of a professor.

dat het nut van een professor werd aangetoond.

(Laughter)

(Gelach)

Until Volta, nobody could imagine

Vóór Volta kon niemand zich voorstellen

a professor could be of any use.

dat een professor van enig nut zou kunnen zijn.

Here's the first battery --

Hier is de eerste batterij -

a stack of coins, zinc and silver,

een stapel munten van zilver en zink,

separated by cardboard soaked in brine.

gescheiden door gepekeld nat karton.

This is the starting point

Dit is het uitgangspunt

for designing a battery --

voor het ontwerpen van een batterij -

two electrodes,

twee elektroden,

in this case metals of different composition,

in dit geval metalen van verschillende samenstelling,

and an electrolyte,

en een elektrolyt,

in this case salt dissolved in water.

in dit geval zout opgelost in water.

The science is that simple.

Zo eenvoudig is de wetenschap ervan.

Admittedly, I've left out a few details.

Toegegeven, ik heb wel een paar details weggelaten.

Now I've taught you

Nu heb ik jullie geleerd

that battery science is straightforward

dat de wetenschap van een batterij simpel is

and the need for grid-level storage

en de behoefte aan elektriciteitsopslag

is compelling,

dringend,

but the fact is

maar feitelijk

that today there is simply no battery technology

is er tegenwoordig gewoon geen batterijtechnologie

capable of meeting

die kan voldoen aan

the demanding performance requirements of the grid --

de enorme prestatie-eisen van het net:

namely uncommonly high power,

namelijk ongewoon hoog vermogen,

long service lifetime

lange levensduur

and super-low cost.

en superlage kosten.

We need to think about the problem differently.

We moeten anders gaan denken over het probleem.

We need to think big,

We moeten groot denken,

we need to think cheap.

we moeten goedkoop denken.

So let's abandon the paradigm

Laten we afstappen van het paradigma

of let's search for the coolest chemistry

van het zoeken naar de coolste chemie

and then hopefully we'll chase down the cost curve

en daarna de kosten proberen te drukken

by just making lots and lots of product.

door massaproductie.

Instead, let's invent

Laten we in plaats daarvan gaan uitvinden

to the price point of the electricity market.

met de prijzen van de elektriciteitsmarkt in het achterhoofd.

So that means

Dat betekent

that certain parts of the periodic table

dat bepaalde delen van het periodiek systeem

are axiomatically off-limits.

al op voorhand uitgesloten zijn.

This battery needs to be made

Deze batterij moet worden gemaakt

out of earth-abundant elements.

met op aarde overvloedig voorkomende elementen.

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

Ik zeg: als je iets spotgoedkoop wil maken,

make it out of dirt --

maak het dan van rommel -

(Laughter)

(Gelach)

preferably dirt

bij voorkeur rommel

that's locally sourced.

die je niet ver moet gaan zoeken.

And we need to be able to build this thing

We moeten dat ding kunnen bouwen

using simple manufacturing techniques and factories

met eenvoudige fabricagetechnieken en fabrieken

that don't cost us a fortune.

die ons geen fortuin kosten.

So about six years ago,

Zo'n zes jaar geleden

I started thinking about this problem.

begon ik over dit probleem na te denken.

And in order to adopt a fresh perspective,

Om nieuwe perspectieven te openen,

I sought inspiration from beyond the field of electricity storage.

zocht ik inspiratie buiten het gebied van opslag van elektriciteit.

In fact, I looked to a technology

Sterker nog, ik keek naar een technologie

that neither stores nor generates electricity,

die elektriciteit opslaat noch voortbrengt,

but instead consumes electricity,

maar die elektriciteit verbruikt,

huge amounts of it.

in grote hoeveelheden.

I'm talking about the production of aluminum.

Ik heb het over de productie van aluminium.

The process was invented in 1886

Het proces werd uitgevonden in 1886

by a couple of 22-year-olds --

door een paar 22-jarigen -

Hall in the United States and Heroult in France.

Hall in de Verenigde Staten en Heroult in Frankrijk.

And just a few short years following their discovery,

Slechts een paar jaar na hun ontdekking

aluminum changed

veranderde aluminium

from a precious metal costing as much as silver

van een edelmetaal zo duur als zilver

to a common structural material.

in een alledaags constructiemateriaal.

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

Je kijkt naar de productiehal van een moderne aluminiumsmelterij.

It's about 50 feet wide

Ze is ongeveer 50 meter breed

and recedes about half a mile --

en ongeveer een 800 meter lang -

row after row of cells

Rij na rij van cellen

that, inside, resemble Volta's battery,

die van binnen lijken op de batterij van Volta,

with three important differences.

maar met drie belangrijke verschillen:

Volta's battery works at room temperature.

De batterij van Volta werkt bij kamertemperatuur.

It's fitted with solid electrodes

Ze had vaste elektroden

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

en een oplossing van zout in water als elektrolyt.

The Hall-Heroult cell

De Hall-Heroultcel

operates at high temperature,

werkt bij hoge temperatuur,

a temperature high enough

een temperatuur hoog genoeg

that the aluminum metal product is liquid.

om het aluminium vloeibaar te houden.

The electrolyte

Dat elektrolyt

is not a solution of salt and water,

is geen oplossing van zout en water,

but rather salt that's melted.

maar een gesmolten zout.

It's this combination of liquid metal,

Het is deze combinatie van vloeibaar metaal,

molten salt and high temperature

gesmolten zout en hoge temperatuur

that allows us to send high current through this thing.

die ons toelaat een sterke stroom door dit ding te sturen.

Today, we can produce virgin metal from ore

Vandaag produceren we uit erts zuiver aluminium

at a cost of less than 50 cents a pound.

tegen een kostprijs van minder dan 80 eurocent per kilogram.

That's the economic miracle

Dat is het economische wonder

of modern electrometallurgy.

van de moderne electrometallurgie.

It is this that caught and held my attention

Dat trok mijn aandacht.

to the point that I became obsessed with inventing a battery

Ik werd geobsedeerd door het idee om een batterij uit te vinden

that could capture this gigantic economy of scale.

die deze gigantische schaalvoordelen ten nutte kon maken.

And I did.

Dat deed ik ook.

I made the battery all liquid --

Ik maakte een batterij met alleen maar vloeistoffen -

liquid metals for both electrodes

vloeibare metalen voor beide elektroden

and a molten salt for the electrolyte.

en een gesmolten zout als elektrolyt.

I'll show you how.

Ik toon jullie hoe.

So I put low-density

Een vloeibaar metaal

liquid metal at the top,

van lage dichtheid bovenaan,

put a high-density liquid metal at the bottom,

een vloeibaar metaal van hoge dichtheid onderaan

and molten salt in between.

en ertussen gesmolten zout.

So now,

Welke metalen

how to choose the metals?

koos ik?

For me, the design exercise

Het ontwerpen

always begins here

begint voor mij altijd hier,

with the periodic table,

bij het periodiek systeem,

enunciated by another professor,

bedacht door weer een andere professor,

Dimitri Mendeleyev.

Dmitri Mendelejev.

Everything we know

Alles wat we kennen

is made of some combination

is gemaakt van een combinatie

of what you see depicted here.

van wat je hier ziet afgebeeld.

And that includes our own bodies.

Onze eigen lichamen niet uitgezonderd.

I recall the very moment one day

Ik herinner me de dag nog

when I was searching for a pair of metals

toen ik op zoek was naar een paar metalen

that would meet the constraints

die zouden voldoen aan de vereisten

of earth abundance,

van voorkomen op de aarde,

different, opposite density

verschillende dichtheden en

and high mutual reactivity.

hoge onderlinge reactiviteit.

I felt the thrill of realization

Ik herinner me nog de opwinding

when I knew I'd come upon the answer.

toen ik wist dat ik het antwoord had gevonden.

Magnesium for the top layer.

Magnesium voor de toplaag.

And antimony

En antimoon

for the bottom layer.

voor de onderste laag.

You know, I've got to tell you,

Een van de grootste voordelen

one of the greatest benefits of being a professor:

van een hoogleraarschap:

colored chalk.

kleurkrijt.

(Laughter)

(Gelach)

So to produce current,

Om stroom te produceren,

magnesium loses two electrons

verliest een magnesiumatoom twee elektronen

to become magnesium ion,

om een magnesiumion te worden,

which then migrates across the electrolyte,

dat dan door het elektrolyt migreert,

accepts two electrons from the antimony,

twee elektronen onttrekt aan het antimoon,

and then mixes with it to form an alloy.

en er dan een legering mee vormt.

The electrons go to work

De elektronen gaan

in the real world out here,

in de buitenwereld arbeid verrichten

powering our devices.

en onze toestellen voeden.

Now to charge the battery,

Om de batterij op te laden,

we connect a source of electricity.

verbinden we ze met een bron van elektriciteit.

It could be something like a wind farm.

Bijvoorbeeld een windmolenpark.

And then we reverse the current.

We keren de stroom om.

And this forces magnesium to de-alloy

Dit dwingt het magnesium uit de legering

and return to the upper electrode,

en doet het teruggaan naar de bovenste elektrode,

restoring the initial constitution of the battery.

om zo de originele opbouw van de batterij te herstellen.

And the current passing between the electrodes

De stroom die tussen de elektroden loopt

generates enough heat to keep it at temperature.

levert voldoende warmte om alles op temperatuur te houden.

It's pretty cool,

Het is wel cool,

at least in theory.

in theorie dan toch.

But does it really work?

Maar werkt het echt?

So what to do next?

Wat nu te doen?

We go to the laboratory.

We gaan naar het laboratorium.

Now do I hire seasoned professionals?

Werf ik nu doorgewinterde professionals aan?

No, I hire a student

Nee, ik werf een student aan

and mentor him,

en begeleid hem,

teach him how to think about the problem,

leer hem na te denken over het probleem,

to see it from my perspective

om het te zien vanuit mijn perspectief

and then turn him loose.

en laat hem erop los.

This is that student, David Bradwell,

Dit is die student, David Bradwell,

who, in this image,

die zich op deze foto

appears to be wondering if this thing will ever work.

lijkt af te vragen of dit ding ooit zal werken.

What I didn't tell David at the time

Wat ik David toen niet vertelde

was I myself wasn't convinced it would work.

was dat ik zelf niet wist of het zou werken.

But David's young and he's smart

Maar David is jong en slim,

and he wants a Ph.D.,

hij wil zijn graad halen

and he proceeds to build --

en begint er maar aan.

(Laughter)

(Gelach)

He proceeds to build

Hij bouwt vervolgens

the first ever liquid metal battery

de eerste vloeibaar-metaalbatterij

of this chemistry.

op basis van deze chemie.

And based on David's initial promising results,

Voor de eerste veelbelovende resultaten van David,

which were paid

welke werden betaald

with seed funds at MIT,

met startkapitaal aan het MIT,

I was able to attract major research funding

kon ik een grote financiering voor het onderzoek

from the private sector

uit de particuliere sector

and the federal government.

en de federale overheid aantrekken.

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

Daardoor kon ik mijn groep uitbreiden tot 20 personen,

a mix of graduate students, post-docs

een mix van master-studenten, post-docs

and even some undergraduates.

en zelfs een aantal bachelor-studenten.

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

Ik kon zeer goede mensen aantrekken,

people who share my passion

mensen die mijn passie

for science and service to society,

voor wetenschap en dienst aan de samenleving delen,

not science and service for career building.

geen carrièrejagers.

And if you ask these people

Als je deze mensen vraagt

why they work on liquid metal battery,

waarom ze werken aan vloeibaar-metaalbatterijen,

their answer would hearken back

dan gaat hun antwoord terug

to President Kennedy's remarks

naar de opmerkingen van president Kennedy

at Rice University in 1962

aan de Rice University in 1962

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

toen hij zei - en ik permitteer me hier wat vrijheden -

"We choose to work on grid-level storage,

"We werken aan opslag op netniveau,

not because it is easy,

niet omdat het gemakkelijk is,

but because it is hard."

maar omdat het moeilijk is."

(Applause)

(Applaus)

So this is the evolution of the liquid metal battery.

Dit is de ontwikkeling van de vloeibaar-metaalbatterij.

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

We beginnen hier met ons werkpaard: de cel van één watt-uur.

I called it the shotglass.

Ik noemde ze het ‘borrelglas’.

We've operated over 400 of these,

We hebben er nu al meer dan 400 van laten werken,

perfecting their performance with a plurality of chemistries --

hun prestaties geperfectioneerd met allerlei chemie -

not just magnesium and antimony.

niet alleen met magnesium en antimoon.

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

Ondertussen zijn we opgeschaald naar de 20 watt-uur cel.

I call it the hockey puck.

Die noem ik de ‘hockeypuck’.

And we got the same remarkable results.

We kregen dezelfde opmerkelijke resultaten.

And then it was onto the saucer.

Toen kwam het ‘schotel’.

That's 200 watt-hours.

Die geeft 200 watt-uur.

The technology was proving itself

De technologie bewijst zichzelf

to be robust and scalable.

als robuust en schaalbaar.

But the pace wasn't fast enough for us.

Maar het tempo lag voor ons wat te laag.

So a year and a half ago,

Daarom hebben David en ik

David and I,

anderhalf jaar geleden

along with another research staff-member,

samen met ander onderzoekerlid

formed a company

een vennootschap opgericht

to accelerate the rate of progress

om het wat sneller te laten vooruitgaan

and the race to manufacture product.

en om dit product in productie te brengen.

So today at LMBC,

Vandaag bouwen we bij LMBC

we're building cells 16 inches in diameter

aan cellen met een diameter van 40 centimeter

with a capacity of one kilowatt-hour --

en een capaciteit van één kilowattuur -

1,000 times the capacity

1000 keer het vermogen

of that initial shotglass cell.

van deze eerste borrelglascel.

We call that the pizza.

Deze noemen we de ‘pizza’.

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

We kijken al uit naar een cel van vier kilowatt-uur.

It's going to be 36 inches in diameter.

Die gaat een diameter van 90 centimeter hebben.

We call that the bistro table,

We noemen ze de ‘bistrotafel’,

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

maar ze is nog niet klaar om ze in prime-time te bekijken.

And one variant of the technology

Een variant op de techniek

has us stacking these bistro tabletops into modules,

is het stapelen van bistrotafels tot modules

aggregating the modules into a giant battery

en deze modules dan samen te voegen tot één gigantische batterij

that fits in a 40-foot shipping container

die past in een container van 12 meter,

for placement in the field.

om ze waar gewenst te kunnen toepassen.

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

Die zou een nominale capaciteit van twee megawatt-uur hebben -

two million watt-hours.

twee miljoen watt-uur.

That's enough energy

Dat is genoeg energie voor

to meet the daily electrical needs

de dagelijkse elektrische behoeften

of 200 American households.

van 200 Amerikaanse huishoudens.

So here you have it, grid-level storage:

Dus voilà: opslag op netniveau.

silent, emissions-free,

Stil, emissievrij,

no moving parts,

geen bewegende delen,

remotely controlled,

op afstand bediend,

designed to the market price point

prijstechnisch ontworpen voor zijn markt,

without subsidy.

zonder subsidie.

So what have we learned from all this?

Wat leert ons dit alles?

(Applause)

(Applaus)

So what have we learned from all this?

Wat leert ons dit alles?

Let me share with you

Laat ik met jullie enkele verrassingen,

some of the surprises, the heterodoxies.

enkele ketterijen delen.

They lie beyond the visible.

Ze springen niet direct in het oog.

Temperature:

Temperatuur:

Conventional wisdom says set it low,

doorgaans streeft men ernaar die laag te houden,

at or near room temperature,

dicht bij kamertemperatuur,

and then install a control system to keep it there.

met een controlesysteem om haar constant te houden.

Avoid thermal runaway.

Voorkom oververhitting.

Liquid metal battery is designed to operate at elevated temperature

De vloeibaar-metaalbatterij is ontworpen voor gebruik bij hoge temperatuur

with minimum regulation.

met een minimum aan regeling.

Our battery can handle the very high temperature rises

Onze batterij kan omgaan met de zeer hoge temperatuurstijgingen

that come from current surges.

van stroompieken.

Scaling: Conventional wisdom says

Schaal: doorgaans streeft men

reduce cost by producing many.

naar lagere kosten door massaproductie.

Liquid metal battery is designed to reduce cost

De vloeibaar-metaalbatterij is ontworpen om de kosten te verlagen

by producing fewer, but they'll be larger.

door het produceren van minder, maar grotere eenheden.

And finally, human resources:

Tot slot, human resources:

Conventional wisdom says

de conventionele wijsheid zegt:

hire battery experts,

werf batterijdeskundigen aan,

seasoned professionals,

ervaren professionals,

who can draw upon their vast experience and knowledge.

die kunnen putten uit hun ruime ervaring en kennis.

To develop liquid metal battery,

Om de vloeibaar-metaalbatterij te ontwikkelen,

I hired students and post-docs and mentored them.

huurde ik studenten en post-docs in en begeleidde ze.

In a battery,

In een batterij

I strive to maximize electrical potential;

streef ik ernaar om de elektrische potentiaal te maximaliseren;

when mentoring,

als mentor streef ik ernaar

I strive to maximize human potential.

om het menselijk potentieel te maximaliseren.

So you see,

Zo zie je maar,

the liquid metal battery story

dat het verhaal van de vloeibaar-metaalbatterij

is more than an account

meer is dan een verslag

of inventing technology,

van het uitvinden van een technologie;

it's a blueprint

het is een blauwdruk

for inventing inventors, full-spectrum.

voor het uitvinden van uitvinders: het volledige spectrum.

(Applause)

(Applaus)