Γιατί οι επιστήμονες ζητούν ένα έργο «γονιδιώματος» μπαταρίας

Σχεδόν ακριβώς πριν από 32 χρόνια, τον Οκτώβριο του 1990, οι επιστήμονες ξεκίνησαν ένα φιλόδοξο έργο για τη χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος – μια τελικά επιτυχημένη πρωτοβουλία που περιελάμβανε τον προσδιορισμό της αλληλουχίας του DNA που μας κάνει αυτό που είμαστε. Αυτό τελείωσε το 2003, αλλά μόλις πέρυσι οι επιστήμονες ανακοίνωσαν ενημερώσεις στον χάρτη του γονιδιώματός μας και των περισσότερων από 3 δισεκατομμυρίων ζευγών βάσεων του, τα οποία αποτελούνται από μόρια δεσμευμένα με υδρογόνο, όπως η αδενίνη και η θυμίνη.

Σε αντίθεση με τους ανθρώπους και άλλα ζωντανά πλάσματα, οι μπαταρίες δεν έχουν DNA. Δεν υπάρχουν χρωμοσώματα σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Αλλά η σημασία τους για την κοινωνία καθώς ο κόσμος αναζητά τρόπους απαλλαγής από τον άνθρακα είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί – οι μπαταρίες ιόντων λιθίου τροφοδοτούν ηλεκτρικά οχήματα, μπορούν να βοηθήσουν στην αποθήκευση στο ηλεκτρικό δίκτυο και μπορούν ακόμη και να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία νέων αεροπλάνων σε πτήσεις πολύ σύντομης προειδοποίησης.

Σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε νωρίτερα αυτό το μήνα στο περιοδικό Μονάδα ενέργειας ή έργου, μια ομάδα 28 ερευνητών ζητά ένα έργο «γονιδίωμα υπολογιστή μπαταρίας». Να γιατί το προτείνουν και τι σημαίνει.

«Ο κόσμος το χρειάζεται», υποστηρίζει η Susan Babinec, μία από τις συγγραφείς της εφημερίδας και υπεύθυνη προγράμματος για την αποθήκευση σταθερής ενέργειας (σκεφτείτε: αποθήκευση μπαταρίας στο δίκτυο) στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne στο Ιλινόις. «Ο κόσμος πρέπει να έχει ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και η βαθιά απαλλαγή από τις ανθρακούχες εκπομπές εξαρτάται από μια σειρά τεχνολογιών».

Και μία από τις τεχνολογίες είναι, φυσικά, οι μπαταρίες, όχι μόνο για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, αλλά και για βασικές εργασίες, όπως η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όταν λάμπει ο ήλιος και η αποθήκευση της για αργότερα. «Οι μπαταρίες είναι πολύ δύσκολο να σχεδιαστούν, και εξίσου δύσκολο να κατασκευαστούν, επομένως έχουμε προχωρήσει πολύ και γνωρίζουμε, τώρα με βεβαιότητα, ότι η αποθήκευση ενέργειας μπορεί να βοηθήσει στη βαθιά απαλλαγή από τον άνθρακα», προσθέτει.

[Related: How the massive ‘flow battery’ coming to an Army facility in Colorado will work]

Τι είδους πληροφορίες θα συλλέξει λοιπόν το έργο; «Το γονιδίωμα του υπολογιστή της μπαταρίας έχει να κάνει πραγματικά με την αξιοποίηση ολόκληρου του σώματος της γνώσης», λέει ο Eric Dufek, ένας άλλος συν-συγγραφέας στην εφημερίδα και επικεφαλής τμήματος στο Εθνικό Εργαστήριο του Αϊντάχο. Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν πολλές πληροφορίες και ο τρόπος που περιγράφει το έγγραφο το έργο είναι λίγο πιο συγκεκριμένος, με στόχο να είναι “μια παγκόσμια πρωτοβουλία για τη συγκέντρωση μιας τεράστιας συλλογής βάσεων δεδομένων μπαταριών”, γράφουν οι συγγραφείς.

Στόχος είναι η εξαγωγή δεδομένων από τα σιλό του και η τυποποίηση των μορφών. Με αυτόν τον τρόπο, η μηχανική μάθηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναζήτηση προτύπων. Έχει να κάνει με το “να βεβαιωθείτε ότι οι άνθρωποι έχουν τα πρωτόκολλα και τις διαδικασίες, έτσι ώστε η κοινή χρήση να είναι ευκολότερη, ακόμα κι αν δεν θέλετε όλα τα δεδομένα σας να είναι εντελώς ανοιχτά”, λέει ο Dufek.

Ένας σημαντικός τύπος δεδομένων μπαταρίας που θα ακολουθήσει το έργο σχετίζεται με το ερώτημα “πώς λειτουργεί”, λέει ο Babinec. “Όλοι γνωρίζουμε ότι οι μπαταρίες θα χάσουν χωρητικότητα με την πάροδο του χρόνου, αλλά ο τρόπος με τον οποίο χάνουν χωρητικότητα εξαρτάται από περίπου τέσσερις ή πέντε διαφορετικές μεταβλητές, γι’ αυτό το ονομάζουμε υποβάθμιση που εξαρτάται από τη διαδρομή. Είναι πολύ δύσκολο να γνωρίζουμε ακριβώς πώς θα αποτύχει.” Αυτό το είδος πληροφοριών είναι ζωτικής σημασίας, καθώς μια ακριβή εγκατάσταση αποθήκευσης μπαταριών δικτύου θα πρέπει ιδανικά να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα στην τοποθεσία για την οποία έχει σχεδιαστεί και να κάνει τη δουλειά που προορίζεται να κάνει.

Οι πληροφορίες τάσης και ρεύματος καθώς φορτίζει και αποφορτίζεται μια μπαταρία είναι «σαν τον μυστικό κωδικό, είναι σαν το DNA της ζωής του κύκλου», λέει.

Αυτού του είδους οι πληροφορίες μπορούν να βοηθήσουν τους ειδικούς των μπαταριών να προσδιορίσουν πόσο καιρό μπορεί να διαρκέσει η αποθήκευση στο δίκτυο εάν χρησιμοποιηθεί με διαφορετικούς τρόπους, όπως αποθήκευση τεσσάρων ωρών ενέργειας από ηλιακούς συλλέκτες και απελευθέρωσή της τη νύχτα, έναντι αποθήκευσης περισσότερης ενέργειας που θα χρησιμοποιηθεί σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Ή σκεφτείτε να βγάλετε μια παλιά μπαταρία από ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο και στη συνέχεια να τη χρησιμοποιήσετε για αποθήκευση ενέργειας με ακίνητο τρόπο, αναρωτιέται η Babinec. Πώς θα πήγαινε; Αυτό το έργο στοχεύει να βοηθήσει στο ξεκλείδωμα αυτών των ερωτήσεων.

Είναι σημαντικό ότι η πρωτοβουλία δεν προσπαθεί να κάνει τους ανθρώπους να μοιράζονται ιδιόκτητες πληροφορίες, επομένως η απόδοση της μπαταρίας είναι ένας βασικός τομέας εστίασης. «Οι άνθρωποι γίνονται πιο ευαίσθητοι όταν αρχίζεις να μιλάς για τις λεπτές λεπτομέρειες των πάντων», λέει ο Dufek. Οι πληροφορίες θα βρίσκονται ιδανικά σε διαφορετικούς κόμβους, σε αντίθεση με μια κεντρική τοποθεσία.

Εκτός από το Argonne National Lab και το Idaho National Lab, οι συγγραφείς της εργασίας προέρχονται από ιδρύματα όπως το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon, το Ερευνητικό Ινστιτούτο Toyota στην Καλιφόρνια και το Πανεπιστήμιο της Χαβάης.

Τελικά, ο στόχος περιλαμβάνει την απάντηση σε αυτό το ερώτημα: “Πώς σχεδιάζουμε και βρίσκουμε έναν τρόπο να φτιάχνουμε καλύτερες μπαταρίες, πιο γρήγορα, ώστε να μπορούμε να έχουμε αντίκτυπο;” λέει ο Dufek.

Leave a Comment