În ultima vreme am fost atât de concentrați pe sistemele de stocare chimică, încât unii am uitat de alte baterii mecanice vechi, aparent mai eficiente.
O astfel de baterie este volantul. În ultimii 50 de ani au fost realizate mai multe experimente de succes, iar aplicațiile volantului au variat de la a acționa ca un UPS pentru un spital până la a pune un întreg tren în mișcare și apoi la viteza de croazieră, doar prin puterea sa.
Cum funcționează o baterie mecanică? Ți-ai reparat vreodată bicicleta și, în timp ce era așezată cu capul în jos, ai învârtit pedalele, astfel încât roata să ajungă la o turație mare? Dacă ați făcut acest lucru, este posibil să fi observat că, încercând să opriți roata, exercitați o forță asupra ei. Ce înseamnă acest lucru? Există energie înmagazinată în mișcarea de rotație a roții, energie care se pierde prin frecare (și, eventual, căldură).
Băieții deștepți s-au gândit să folosească această energie de rotație a unei roți volante și să o facă să facă ceva util. Aceasta este însă o tehnologie veche, despre care s-a scris cu secole în urmă.
Așa că, oamenii de știință au creat tuburi de oțel, le-au pus pe rulmenți magnetici (legătura tubului cu statorul se făcea printr-un câmp magnetic, pentru a reduce frecarea) și au învârtit chestia asta până la 50.000 rpm. La nevoie, au folosit această forță de rotație pentru a produce electricitate (în mod clasic) și i-au redus viteza, extrăgând energie din ea. Nu v-a ridicat asta o sprânceană până acum? Ei bine, poate credeți că volantul se oprește repede, dar cifrele arată că capacitățile energetice tipice variază între 3 kWh și 133 kWh, cu o eficiență de stocare de până la 90%.
Au existat autobuze experimentale construite în anii ’50, numite „girobuze”, și au fost folosite în Yverdon, Elveția. De asemenea, au fost construite prototipuri de automobile pe acest principiu. Noile materiale, cum ar fi fibrele de carbon, le fac mai ușor de utilizat și mai puternice. De fapt, cu cât materialul volantului este mai rezistent, cu atât mai mare este viteza de rotație și energia pe care o poate stoca. Aceasta este singura limitare serioasă și singurul pericol al volanților. Acesta se poate rupe în bucăți dacă se învârte prea repede.
Baterii mecanice sunt, de asemenea, rezistente în timp. Un cercetător ECE, Dr. Mark Flynn, de la Universitatea din Texas la Austin, a proiectat un sistem de volant care ar putea rezista 20 de ani de utilizare continuă.
„Proiectul lui Flynn captează energia de frânare și o folosește pentru următoarea ridicare. Mai important, adăugarea unui sistem de stocare a energiei prin volant de inerție scade necesarul de putere de vârf, ceea ce economisește energie în timpul perioadelor de inactivitate. Testele pe teren din China au arătat că, atunci când operatorii au folosit un grup electrogen adecvat pentru cerințele reduse de putere și au adăugat o baterie mecanică, consumul de combustibil a scăzut cu 38%, cu reduceri semnificative ale emisiilor de NOx și PM.
Controlerul motorului cu volant Flynn înlocuiește, de asemenea, bateriile industriale folosite de centrele de date și spitale cu misiune critică. „Bateriile industriale sunt mai puțin costisitoare inițial decât o volantă, dar atunci când luați în considerare întreținerea și faptul că trebuie să plătiți pentru mai multă încărcare decât aveți nevoie pentru a evita înlocuirea frecventă a bateriei, o soluție bazată pe volantă poate fi considerabil mai puțin costisitoare”, spune Flynn. „O volantă VYCON va dura 20 de ani și elimină problema a ceea ce trebuie făcut cu 200 de baterii plumb-acid toxice la scară largă.”
Spitalurile și centrele de back-up de date nu își pot permite întreruperi de energie. Viețile și recuperarea în caz de dezastru pentru întreprinderi depind de un flux neîntrerupt de energie. O pană de curent tipică este foarte scurtă și majoritatea spitalelor și centrelor de date au generatoare diesel de rezervă, ceea ce înseamnă că stocarea suplimentară de energie a unei baterii industriale nu este niciodată utilizată în totalitate. Majoritatea întreruperilor de curent se încadrează bine în capacitatea unui volant, dar atunci când întreruperea persistă, volantul absoarbe anomaliile de energie dăunătoare, apoi se transferă cu grație la generator – respectând reglementările privind energia de urgență care stipulează că grupurile electrogene trebuie să fie capabile să preia sarcina în 10 secunde. De asemenea, bateriile mecanice au o toleranță mai mare la cicluri rapide.”
Având în preajmă volane ne oferă o alternativă la bateriile chimice, precum și impulsul de a continua dezvoltarea acestei tehnologii interesante. De exemplu, aș putea folosi unul de buzunar pentru a alimenta bateria abia terminată a laptopului meu. A fost testată posibilitatea de a face aceste lucruri mobile, pentru a fi utilizate în mașinile electrice sau în alte aplicații, și s-a descoperit că ar fi nevoie de măsuri speciale pentru a nu interfera cu stabilitatea mașinii în curbe. Voi scrie despre asta într-un articol viitor.