Φανταστείτε μια μπαταρία που δεν χρειάζεται ποτέ φόρτιση, μια μπαταρία που τροφοδοτεί αθόρυβα μια συσκευή για αιώνες.
Χάρη σε ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ και της Βρετανικής Αρχής Ατομικής Ενέργειας (UKAEA), αυτή η κάποτε επιστημονικής φαντασίας ιδέα έρχεται όλο και πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Στο επίκεντρο αυτής της καινοτομίας βρίσκεται ο άνθρακας-14, ένα ελαφρώς ραδιενεργό ισότοπο με χρόνο ημιζωής περίπου 5.700 ετών.
Αυτό σημαίνει ότι διασπάται αργά και πολύ αργά, προσφέροντας μια ουσιαστικά αδιάλειπτη πηγή ενέργειας για χιλιετίες.
Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μπαταρίες που εξασθενούν σε μέρες ή χρόνια, οι μπαταρίες άνθρακα-14 παρέχουν συνεπή ενέργεια σε κλίμακα μικροβάτ για εξαιρετικά μακροπρόθεσμες εφαρμογές.
Ο Δρ. Νιλ Φοξ, Καθηγητής Υλικών για Ενέργεια στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, και οι συνάδελφοί του έχουν συμβάλει καθοριστικά στην επαναχρησιμοποίηση αυτών των ραδιενεργών αποβλήτων σε κάτι χρήσιμο.
Εξάγοντας άνθρακα-14 από χρησιμοποιημένο γραφίτη αντιδραστήρων και περιβάλλοντάς τον σε συνθετικό διαμάντι, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα υλικό που παγιδεύει την ακτινοβολία με ασφάλεια στο εσωτερικό του.
Αυτό όχι μόνο ανακυκλώνει τα πυρηνικά απόβλητα, αλλά παρέχει και μια βιώσιμη λύση ενέργειας.
«Οι μπαταρίες Diamond προσφέρουν έναν ασφαλή και βιώσιμο τρόπο παροχής συνεχών επιπέδων ισχύος σε μικροβάτ», εξήγησε η Sarah Clark, Διευθύντρια του Κύκλου Καυσίμων Τριτίου στην UKAEA.
Η μπαταρία διαμαντιού δεν λειτουργεί σαν χημική μπαταρία, αλλά συμπεριφέρεται περισσότερο σαν ένα πυρηνικό ηλιακό πάνελ.
Καθώς τα άτομα άνθρακα-14 διασπώνται μέσα στο πλέγμα του διαμαντιού, εκπέμπουν ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Αυτά συλλαμβάνονται και μετατρέπονται σε ηλεκτρική ενέργεια από τις ημιαγωγικές ιδιότητες της δομής του διαμαντιού.
Το κρίσιμο είναι ότι αυτή η αποσύνθεση συμβαίνει με συνέπεια, χωρίς εξωτερική παρέμβαση, καθιστώντας την μπαταρία μια αυτοσυντηρούμενη πηγή ενέργειας που μπορεί να λειτουργήσει σε ακραία περιβάλλοντα, από το ανθρώπινο σώμα μέχρι το βαθύ διάστημα.
Τα συνθετικά διαμάντια παράγονται μέσω χημικής εναπόθεσης ατμών ενισχυμένης με πλάσμα, μια τεχνική που βελτιστοποιήθηκε από μηχανικούς στην πανεπιστημιούπολη Culham της UKAEA.
Μια προσαρμοσμένη πλατφόρμα εναπόθεσης πλάσματος επιτρέπει την ακριβή ανάπτυξη μεμβρανών διαμαντιών ενσωματωμένων σε άνθρακα-14, δημιουργώντας ένα εξαιρετικά ελεγχόμενο και ασφαλές ενεργειακό υλικό.
Αυτή η ανάπτυξη δεν θα ήταν δυνατή χωρίς την εμπειρογνωμοσύνη στον τομέα της σύντηξης.
Το έργο της UKAEA στους αντιδραστήρες tokamak και στον χειρισμό τριτίου και δευτερίου, και των δύο ραδιενεργών ισοτόπων υδρογόνου, έχει βοηθήσει να διασφαλιστεί ότι ο άνθρακας-14 μπορεί να χειριστεί, να εναποτεθεί και να ασφαλιστεί με τα υψηλότερα πρότυπα ασφαλείας.
Ο καθηγητής Τομ Σκοτ του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ το έθεσε απλά:
«Η τεχνολογία μικροενέργειας που διαθέτουμε μπορεί να υποστηρίξει μια ολόκληρη σειρά σημαντικών εφαρμογών, από διαστημικές τεχνολογίες και συσκευές ασφαλείας έως ιατρικά εμφυτεύματα».
Αυτές οι μπαταρίες θα μπορούσαν να διατηρούν βηματοδότες, ακουστικά βαρηκοΐας ή εμφυτεύματα σε λειτουργία επ’ αόριστον χωρίς να χρειάζονται αντικατάσταση.
Σε διαστημικές αποστολές, όπου το ηλιακό φως είναι σπάνιο και η συντήρηση αδύνατη, μια μπαταρία διαμαντιού θα μπορούσε να διατηρεί τους αισθητήρες και τους φάρους ενεργούς για δεκαετίες.
Ακόμη και οι ετικέτες RFID ή οι συσκευές απομακρυσμένης παρακολούθησης θα μπορούσαν να επωφεληθούν από τη συνεχή παροχή ισχύος.
Η αξιοπιστία και η μακροζωία καθιστούν αυτή τη λύση μια συναρπαστική λύση για κάθε περίπτωση όπου η αντικατάσταση της μπαταρίας είναι δύσκολη ή αδύνατη.
Παρά την συναρπαστική αυτή υπόσχεση, η τεχνολογία δεν είναι ακόμη έτοιμη για ευρεία υιοθέτηση.
Ο σκεπτικισμός του κοινού σχετικά με οτιδήποτε «ραδιενεργό» είναι έντονος, παρόλο που αυτές οι μπαταρίες έχουν χαμηλές εκπομπές και είναι πλήρως σφραγισμένες.
Υπάρχει επίσης η πρόκληση του κόστους και της επεκτασιμότητας.
Η καλλιέργεια συνθετικών διαμαντιών δεν είναι φθηνή και τα πρωτόκολλα ασφαλείας για τα ραδιενεργά υλικά είναι αυστηρά.
Ωστόσο, οι συνεχιζόμενες συνεργασίες μεταξύ ερευνητικών ιδρυμάτων και βιομηχανίας θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πιο αποτελεσματικές μεθόδους παραγωγής τα επόμενα χρόνια.
Εάν οι ρυθμιστικές αρχές μπορέσουν να θεσπίσουν ισχυρά πρότυπα ασφαλείας και οι δοκιμές σε πραγματικό κόσμο επιβεβαιώσουν τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία, οι μπαταρίες άνθρακα-14 θα μπορούσαν να επεκταθούν πέρα από τις εξειδικευμένες χρήσεις σε κρίσιμες υποδομές και προηγμένη τεχνολογία καταναλωτών.
