Donald Sadoway: The missing link to renewable energy

Дональд Садовэй: Недостающее звено на пути к возобновляемой энергии

Переводчик: Anastasia Yastrebtseva Редактор: Aliaksandr Autayeu

The electricity powering the lights in this theater

Электроэнергия для освещения этого зала

was generated just moments ago.

была произведена всего несколько секунд назад.

Because the way things stand today,

Потому что дела сегодня обстоят так,

electricity demand must be in constant balance

что спрос и предложение электроэнергии

with electricity supply.

должны находиться в постоянном равновесии.

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

Если бы за время, что мне понадобилось для выхода на сцену,

some tens of megawatts of wind power

десятки мегаватт энергии ветра

stopped pouring into the grid,

не попали в энергосистему,

the difference would have to be made up

разницу нужно было бы тут же покрыть

from other generators immediately.

за счёт других источников.

But coal plants, nuclear plants

Но ни угольная, ни ядерная электростанции

can't respond fast enough.

не способны так быстро реагировать.

A giant battery could.

А вот большой аккумулятор смог бы.

With a giant battery,

С помощью большого аккумулятора

we'd be able to address the problem of intermittency

мы смогли бы решить проблему перебоев в подаче энергии,

that prevents wind and solar

не позволяющих сегодня солнцу и ветру

from contributing to the grid

на равных с углём, газом и ядерной энергией

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

участвовать в энергосистеме.

You see, the battery

Видите ли, аккумулятор —

is the key enabling device here.

это ключевой помощник.

With it, we could draw electricity from the sun

С его помощью мы могли бы пользоваться энергией солнца,

even when the sun doesn't shine.

даже когда оно не светит.

And that changes everything.

И это всё меняет.

Because then renewables

Потому что тогда возобновляемая энергия —

such as wind and solar

ветер и солнечный свет —

come out from the wings,

выйдут из тени

here to center stage.

и займут центральное место.

Today I want to tell you about such a device.

Сегодня я хочу рассказать вам про такое устройство.

It's called the liquid metal battery.

Оно называется жидкометаллический аккумулятор.

It's a new form of energy storage

Это новый тип энергонакопителя,

that I invented at MIT

изобретённый мной в MIT

along with a team of my students

в сотрудничестве с группой

and post-docs.

студентов и докторантов.

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

В этом году TED назвал свою конференцию «Полный спектр».

The OED defines spectrum

Оксфордский словарь английского языка вот так определяет слово «спектр»:

as "The entire range of wavelengths

«Полный набор волн

of electromagnetic radiation,

электромагнитного излучения,

from the longest radio waves to the shortest gamma rays

начиная с самых длинных радиоволн до кратчайших гамма-лучей,

of which the range of visible light

где видимый свет является

is only a small part."

лишь малой частью».

So I'm not here today only to tell you

Поэтому сегодня я не только расскажу

how my team at MIT has drawn out of nature

как наша группа в MIT использовала природу

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

для решения одной из серьёзных мировых проблем.

I want to go full spectrum and tell you how,

Я хочу использовать весь спектр,

in the process of developing

чтобы рассказать как в процессе разработки

this new technology,

этой новой технологии мы столкнулись

we've uncovered some surprising heterodoxies

с удивительными неординарными идеями,

that can serve as lessons for innovation,

которые могут служить примерами инновации,

ideas worth spreading.

идеями, достойными распространения.

And you know,

И если мы хотим вытащить нашу страну

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

из сложившейся энергетической ситуации,

we can't just conserve our way out;

на одной только экономии,

we can't just drill our way out;

на новых нефтяных скважинах,

we can't bomb our way out.

или на постоянных бомбёжках далеко не уедешь.

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

Мы прибегнем к старому доброму американскому способу —

we're going to invent our way out,

мы вместе изобретём

working together.

новое решение.

(Applause)

(Аплодисменты)

Now let's get started.

Приступим.

The battery was invented about 200 years ago

Батарею изобрёл 200 лет назад

by a professor, Alessandro Volta,

Алессандро Вольта,

at the University of Padua in Italy.

профессор Падуанского университета в Италии.

His invention gave birth to a new field of science,

Его изобретение положило начало новому направлению в науке —

electrochemistry,

электрохимии,

and new technologies

и новым технологиям,

such as electroplating.

таким как гальванотехника.

Perhaps overlooked,

Недооценённым в изобретении батареи

Volta's invention of the battery

Алессандром Вольта

for the first time also

осталось то, что оно впервые

demonstrated the utility of a professor.

продемонстрировало пользу профессуры.

(Laughter)

(Смех)

Until Volta, nobody could imagine

До Вольта никто даже представить себе не мог,

a professor could be of any use.

что профессора на что-то годны.

Here's the first battery --

Вот она — первая батарея:

a stack of coins, zinc and silver,

стопка монет, цинк и серебро,

separated by cardboard soaked in brine.

разделённые замоченной в рассоле картонкой.

This is the starting point

Это — отправная точка

for designing a battery --

в конструкции батареи:

two electrodes,

два электрода,

in this case metals of different composition,

в данном случае — металлы разного состава,

and an electrolyte,

и электролит,

in this case salt dissolved in water.

в данном случае — растворённая в воде соль.

The science is that simple.

Такая вот простая наука.

Admittedly, I've left out a few details.

За исключением нескольких опущенных мной деталей.

Now I've taught you

Я объяснил вам,

that battery science is straightforward

что основы науки о батареях просты

and the need for grid-level storage

и доказал, что есть необходимость

is compelling,

создания накопителя для энергосистемы.

but the fact is

Но проблема в том,

that today there is simply no battery technology

что на сегодняшний день не существует технологии,

capable of meeting

которая дала бы нам аккумулятор,

the demanding performance requirements of the grid --

способный удовлетворить высоким требованиям энергосистемы,

namely uncommonly high power,

таким как большая мощность,

long service lifetime

долгий срок службы

and super-low cost.

и очень низкая себестоимость.

We need to think about the problem differently.

Нам нужно по-другому подойти к проблеме.

We need to think big,

Нужно мыслить масштабно.

we need to think cheap.

Нужно мыслить экономично.

So let's abandon the paradigm

Давайте отложим в сторону подход по поиску

of let's search for the coolest chemistry

самого прогрессивного химического соединения

and then hopefully we'll chase down the cost curve

и его дальнейшего массового производства

by just making lots and lots of product.

в целях снижения себестоимости нашего продукта.

Instead, let's invent

Давайте лучше приведём наше изобретение

to the price point of the electricity market.

в соответствие с ценами на рынке электроэнергии.

So that means

Получится, что некоторые элементы

that certain parts of the periodic table

периодической таблицы нельзя использовать

are axiomatically off-limits.

по определению.

This battery needs to be made

Наш аккумулятор должен состоять

out of earth-abundant elements.

из элементов, которых много в природе.

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

Как говорится, хочешь, чтобы что-то стоило дешевле пареной репы,

make it out of dirt --

сделай это из пареной репы.

(Laughter)

(Смех)

preferably dirt

А ещё лучше, если репа

that's locally sourced.

выращена тут же по соседству.

And we need to be able to build this thing

Нам нужно соорудить эту штуку

using simple manufacturing techniques and factories

с помощью простых технологий на производстве,

that don't cost us a fortune.

которое не обойдётся нам в целое состояние.

So about six years ago,

Таким образом, шесть лет назад

I started thinking about this problem.

я начал размышлять над этой проблемой.

And in order to adopt a fresh perspective,

В поисках свежих решений я обратился к областям науки,

I sought inspiration from beyond the field of electricity storage.

не связанным с проблемами хранения электричества.

In fact, I looked to a technology

Моё внимание привлекла технология,

that neither stores nor generates electricity,

которая не имеет отношения ни к хранению, ни к производству электричества.

but instead consumes electricity,

Эта технология, напротив, потребляет электроэнергию

huge amounts of it.

в огромных количествах.

I'm talking about the production of aluminum.

Я говорю о производстве алюминия.

The process was invented in 1886

Этот процесс был изобретён в 1886-м году

by a couple of 22-year-olds --

двумя молодыми людьми 22-х лет:

Hall in the United States and Heroult in France.

Чарльзом Холлом в США и Полем Эру во Франции.

And just a few short years following their discovery,

И всего несколько лет спустя после их открытия

aluminum changed

алюминий превратился из драгоценного металла,

from a precious metal costing as much as silver

по стоимости равного серебру,

to a common structural material.

в обыденный строительный материал.

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

Перед вами цех электролиза современного завода по производству алюминия.

It's about 50 feet wide

Это помещение шириной в 15 метров

and recedes about half a mile --

и уходящее вглубь на 800 метров.

row after row of cells

Вы видите ряды электролизных ванн,

that, inside, resemble Volta's battery,

внутри очень похожих на батарею Вольта,

with three important differences.

но с тремя серьёзными отличиями.

Volta's battery works at room temperature.

Батарея Вольта работает при комнатной температуре,

It's fitted with solid electrodes

внутри у неё твердые электроды,

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

а электролитом служит водно-солевой раствор.

The Hall-Heroult cell

Электролизер Холла-Эру

operates at high temperature,

работает при высоких температурах,

a temperature high enough

настолько высоких,

that the aluminum metal product is liquid.

чтобы полученный алюминий оставался жидким.

The electrolyte

Электролитом служит

is not a solution of salt and water,

не водно-солевой раствор,

but rather salt that's melted.

а расплавленная соль.

It's this combination of liquid metal,

И вот это сочетание жидкого металла,

molten salt and high temperature

расплавленной соли и высокой температуры

that allows us to send high current through this thing.

позволяет пропускать через него ток.

Today, we can produce virgin metal from ore

Сегодня мы можем получать чистый металл

at a cost of less than 50 cents a pound.

из руды по цене 50 центов за фунт.

That's the economic miracle

Это — экономическое чудо

of modern electrometallurgy.

современной электрометаллургии.

It is this that caught and held my attention

Именно это привлекло моё внимание до такой степени,

to the point that I became obsessed with inventing a battery

что я стал одержим идеей создания батареи,

that could capture this gigantic economy of scale.

которая использовала бы преимущества эффекта масштаба.

And I did.

И у меня получилось.

I made the battery all liquid --

Я создал полностью жидкую батарею:

liquid metals for both electrodes

оба электрода из жидких металлов

and a molten salt for the electrolyte.

и расплавленная соль в качестве электролита.

I'll show you how.

Сейчас покажу.

So I put low-density

Сверху я поместил жидкий металл

liquid metal at the top,

низкой плотности,

put a high-density liquid metal at the bottom,

снизу — жидкий металл высокой плотности,

and molten salt in between.

а между ними — расплавленная соль.

So now,

А как теперь

how to choose the metals?

выбрать подходящие металлы?

For me, the design exercise

Любое проектирование

always begins here

для меня всегда начинается

with the periodic table,

с периодической таблицы,

enunciated by another professor,

разработанной другим профессором,

Dimitri Mendeleyev.

Дмитрием Менделеевым.

Everything we know

Всё в природе

is made of some combination

состоит из комбинации элементов,

of what you see depicted here.

представленных здесь.

And that includes our own bodies.

Включая наши собственные тела.

I recall the very moment one day

Я хорошо помню тот момент,

when I was searching for a pair of metals

когда в поисках пары металлов,

that would meet the constraints

которые бы отвечали заданным параметрам —

of earth abundance,

природное изобилие,

different, opposite density

различная, противоположная плотность

and high mutual reactivity.

и высокая взаимная реактивность,

I felt the thrill of realization

я вдруг понял,

when I knew I'd come upon the answer.

что нашёл решение проблемы.

Magnesium for the top layer.

Магний — для верхнего слоя.

And antimony

И сурьма —

for the bottom layer.

для нижнего слоя.

You know, I've got to tell you,

Знаете, какое самое большое преимущество

one of the greatest benefits of being a professor:

в должности профессора?

colored chalk.

Цветной мел.

(Laughter)

(Смех)

So to produce current,

Чтобы создать электрический ток,

magnesium loses two electrons

магний отдаёт два электрона,

to become magnesium ion,

превращаясь в ион магния,

which then migrates across the electrolyte,

который затем проходит через электролит,

accepts two electrons from the antimony,

получает два электрона сурьмы

and then mixes with it to form an alloy.

и, смешиваясь с ней, формирует сплав.

The electrons go to work

Электроны при этом

in the real world out here,

работают нам на благо,

powering our devices.

питая наши электроустройства.

Now to charge the battery,

Чтобы зарядить наш аккумулятор,

we connect a source of electricity.

нам нужно к нему подключить источник электричества.

It could be something like a wind farm.

Таковым может служить, например, ветряная электростанция.

And then we reverse the current.

И затем мы меняем направление тока.

And this forces magnesium to de-alloy

Это заставляет магний разорвать сплав

and return to the upper electrode,

и вернуться к верхнему электроду,

restoring the initial constitution of the battery.

вернув батарею в исходное состояние.

And the current passing between the electrodes

При этом ток, проходящий между электродами,

generates enough heat to keep it at temperature.

производит достаточно тепла для поддержания нужной температуры.

It's pretty cool,

Это довольно круто,

at least in theory.

по крайней мере в теории.

But does it really work?

Но будет ли это работать на практике?

So what to do next?

И что делать дальше?

We go to the laboratory.

Мы отправляемся в лабораторию.

Now do I hire seasoned professionals?

Взял ли я на работу опытных специалистов?

No, I hire a student

Нет, я нанял студента

and mentor him,

и стал его учить,

teach him how to think about the problem,

объяснил, как подойти к проблеме

to see it from my perspective

и увидеть её моими глазами.

and then turn him loose.

А потом я отпустил поводок.

This is that student, David Bradwell,

Вот этот студент — Дэвид Брэдвелл.

who, in this image,

На этом фото он, похоже, размышляет о том,

appears to be wondering if this thing will ever work.

заработает ли эта штука вообще.

What I didn't tell David at the time

Я тогда не сказал Дэвиду,

was I myself wasn't convinced it would work.

что сам не был уверен, что она заработает.

But David's young and he's smart

Но Дэвид был молод и умён,

and he wants a Ph.D.,

ему нужна была докторская степень,

and he proceeds to build --

поэтому он стал собирать...

(Laughter)

(Смех)

He proceeds to build

Он стал собирать первый в мире

the first ever liquid metal battery

жидкометаллический аккумулятор

of this chemistry.

такого химического состава.

And based on David's initial promising results,

И уже основываясь на первых обнадёживающих результатах,

which were paid

полученных Дэвидом, и оплаченных

with seed funds at MIT,

из фондов MIT,

I was able to attract major research funding

мне удалось заручиться финансовой поддержкой

from the private sector

частных и государственных инвесторов

and the federal government.

и продолжить исследования.

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

Я смог расширить свою группу до 20 сотрудников:

a mix of graduate students, post-docs

я собрал вместе аспирантов, докторантов

and even some undergraduates.

и даже несколько студентов.

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

Мне удалось привлечь к работе очень хороших ребят,

people who share my passion

которые разделяли мою страсть

for science and service to society,

к науке и служению обществу,

not science and service for career building.

а не к науке и карьерному росту.

And if you ask these people

И если вы спросите этих ребят,

why they work on liquid metal battery,

зачем они работают над жидкометаллическим аккумулятором,

their answer would hearken back

в их ответе вы услышите

to President Kennedy's remarks

слова президента Кеннеди,

at Rice University in 1962

сказанные в 1962-м на выступлении в университете Райса.

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

Я возьму на себя смелость перефразировать:

"We choose to work on grid-level storage,

«Мы выбираем работу над накопителем для энергосистемы

not because it is easy,

не потому, что это просто,

but because it is hard."

а потому что это трудно».

(Applause)

(Аплодисменты)

So this is the evolution of the liquid metal battery.

Перед вами этапы разработки жидкометаллического аккумулятора.

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

Начнём с нашей рабочей лошадки — одноваттного элемента.

I called it the shotglass.

Я назвал его «рюмка».

We've operated over 400 of these,

Мы разработали более 400 таких аккумуляторов,

perfecting their performance with a plurality of chemistries --

постоянно улучшая их производительность с помощью разных химических элементов,

not just magnesium and antimony.

не только магния и сурьмы.

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

Попутно мы увеличили мощность аккумулятора до 20 ватт в час.

I call it the hockey puck.

Этот аккумулятор я назвал «шайба».

And we got the same remarkable results.

С ним мы добились таких же выдающихся результатов.

And then it was onto the saucer.

А потом дело дошло до блюдца.

That's 200 watt-hours.

Это уже 200 ватт в час.

The technology was proving itself

Наша технология показала себя

to be robust and scalable.

надёжной и масштабируемой.

But the pace wasn't fast enough for us.

Но такой темп казался нам слишком медленным.

So a year and a half ago,

Поэтому полтора года назад

David and I,

мы с Дэвидом

along with another research staff-member,

и ещё одним членом нашей исследовательской группы

formed a company

создали компанию,

to accelerate the rate of progress

чтобы ускорить прогресс

and the race to manufacture product.

и побыстрее выпустить продукт на рынок.

So today at LMBC,

Сегодня наша компания, LMBC,

we're building cells 16 inches in diameter

производит аккумуляторы 40.5 см в диаметре

with a capacity of one kilowatt-hour --

и мощностью в 1 киловатт-час:

1,000 times the capacity

в 1 000 раз мощнее,

of that initial shotglass cell.

чем наша первая «рюмка».

We call that the pizza.

Этот аккумулятор мы назвали «пицца».

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

А на горизонте у нас элемент мощностью в 4 киловатт-час

It's going to be 36 inches in diameter.

и диаметром в 90 см.

We call that the bistro table,

Его мы называем «столик в бистро»,

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

но это ещё рано кому-либо показывать.

And one variant of the technology

Одно из возможных применений нашей технологии —

has us stacking these bistro tabletops into modules,

сложить крышки «столиков» в модули

aggregating the modules into a giant battery

и собрать множество модулей в один гигантский аккумулятор,

that fits in a 40-foot shipping container

помещающийся в 12-метровый контейнер

for placement in the field.

для перевозки, установки и введения в эксплуатацию.

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

Расчётная мощность этого аккумулятора — 2 мегаватт-час,

two million watt-hours.

2 миллиона ватт в час.

That's enough energy

Такого количества энергии достаточно

to meet the daily electrical needs

для удовлетворения повседневных электрических нужд

of 200 American households.

200 американских семей.

So here you have it, grid-level storage:

Вот такой накопитель для энергосистемы:

silent, emissions-free,

бесшумный, не загрязняющий атмосферу,

no moving parts,

не содержащий подвижных частей,

remotely controlled,

управляемый на расстоянии,

designed to the market price point

разработанный с учётом рыночной цены

without subsidy.

без субсидий.

So what have we learned from all this?

Какой урок мы извлекли из всего этого?

(Applause)

(Аплодисменты)

So what have we learned from all this?

Какой урок мы извлекли из всего этого?

Let me share with you

Разрешите мне поделиться с вами

some of the surprises, the heterodoxies.

некоторыми сюрпризами и неординарными идеями.

They lie beyond the visible.

Их не заметишь невооружённым взглядом.

Temperature:

Температура:

Conventional wisdom says set it low,

здравый смысл подсказывает держать её низкой,

at or near room temperature,

приближенной к комнатной температуре,

and then install a control system to keep it there.

и установить систему контроля за её поддержанием.

Avoid thermal runaway.

Избегать бесконтрольного роста температуры.

Liquid metal battery is designed to operate at elevated temperature

Жидкометаллический аккумулятор может работать

with minimum regulation.

при высоких температурах с минимальным контролем.

Our battery can handle the very high temperature rises

Он может выдерживать большие температурные скачки,

that come from current surges.

возникающие из-за перепадов напряжения.

Scaling: Conventional wisdom says

Масштабируемость: здравый смысл подсказывает

reduce cost by producing many.

сокращать себестоимость за счёт увеличения производства.

Liquid metal battery is designed to reduce cost

Жидкометаллический аккумулятор устроен так, что его стоимость будет низкой

by producing fewer, but they'll be larger.

при небольших объёмах производства, но сами аккумуляторы будут больше.

And finally, human resources:

И наконец кадровый вопрос:

Conventional wisdom says

здравый смысл подсказывает

hire battery experts,

привлекать к работе экспертов,

seasoned professionals,

опытных профессионалов в вопросах устройства аккумуляторов,

who can draw upon their vast experience and knowledge.

несущих с собой широкие знания и опыт.

To develop liquid metal battery,

Для разработки жидкометаллического аккумулятора

I hired students and post-docs and mentored them.

я взял на работу студентов и докторантов и обучил их.

In a battery,

От моего аккумулятора я старался добиться

I strive to maximize electrical potential;

максимального электрического потенциала.

when mentoring,

В моих учениках я старался

I strive to maximize human potential.

максимально реализовать потенциал человеческий.

So you see,

Поэтому

the liquid metal battery story

история жидкометаллического аккумулятора,

is more than an account

это не просто рассказ

of inventing technology,

о новом техническом изобретении,

it's a blueprint

это руководство

for inventing inventors, full-spectrum.

по становлению изобретателей в полном спектре.

(Applause)

(Аплодисменты)