Fluorid xenonatý: největší energetická hustota mimo energie jaderných vazeb

Zajímají vás reálné hranice možností jiných forem akumulace energie ve hmotě, než v jádrech atomů ? Právě to, že max. teoretické energetické koncentrace v jádru atomu jsou o několik řádů vyšší, než max. teoretické energetické koncentrace u chemických vazeb, vede u stoupenců průmyslového využití jaderné energie k jejich pocitu intelektuální převahy. Ovšem pozor: ve skutečnosti jde pořád vlastně jen o "kupecké počty" - a ne o důslednější inženýrské či programátorské promýšlení komplexnějších "algoritmů", do kterých jsou stroje provádějící přeměny různých forem energie mezi sebou začleněny - ať už jde o algoritmy čistě technické, nebo i sociální: jaderní inženýři jsou jakýmisi "ekonomy mikrosvěta" - a dopouštějí se tedy stejných chyb, jako příliš ekonomizující myslitelé na všech úrovních přiblížení se k realitě. Podstatné totiž není jen číslo, ale i celý příběh... a příběh čistě pomocí čísel vyprávět nelze.

Každopádně - pro hledače vysokých ne-jaderných koncentrací energie je zde tato zpráva: Xenon + Fluor = nejvýkonnější ne-atomové baterie světa [www.hybrid.cz].

Vědci z Washingtonské univerzity podle této zprávy vyvinuli zcela nový typ materiálu, který v sobě dokáže ukládat obrovské množství energie. Je založen na látce XeF2, fluoridu xenonatém, stlačeným obrovskými tlaky jako v zemském jádru (tzv. "diamantová kovadlina).

K této zprávě jsem nejprve přistupoval s určitou skepsí - všichni přece víme, ze základní nebo možná střední školy, že xenon je tzv. inertní plyn - ale, xenon tak docela inertní není a našel jsem si (resp. ověřil v poloodoborných diskuzích), že Fluorid xenonatý [cs.wikipedia.org] - angl. Xenon difluoride [en.wikipedia.org] - a nemám pocit, že by na anglické wikipedii mohl nějaký zásadnější hoax vydržet delší dobu. Látka samotná tedy zjevně existuje. Na wikipedii ovšem zmínka o možnosti využití v bateriích není - ovšem, světě div se - je tam pro změnu odkaz na možnost ve využití v mikroelektromechanických systémech [en.wikipedia.org] - což, jak se dočtete hned v prvním odstavci, není to samé, jako sci-fisty předvídaná a očekáaná molekulární nanotechnologie (která pro spoustu komentátorů automaticky představuje noční můru, protože jsou po zkušenosti se všemi předchozími technologickými zázraky a jejich vedlejšími efekty už poněkud skeptičtí) - ale jde o reálná zařízení o velikosti v řádu mikrometrů.

Samozřejmě - fluor sám o sobě je poměrně agresivní sloučenina, a fluorid xenonatý je fluorizační činidlo. Používá se k leptání. Víceméně se zdá, že snad ani principiálně není možné objevit látku, použitelnou k akumulaci vysokých množství energie - a navíc i udržení vysokých koncentrací energie - která by nebyla toxická, výbušná, nebo jinak agresivní. Nemám úplně přesné informace v případě vanadových redoxových baterií, u kterých nejde o zvláště závratné energetické hustoty (množství energie připadající na jednotku hmotnosti baterie) - ale obávám se, že z principu sloučeniny uchovávající vysoká množství energie budou co se týče ochoty reagovat vždy velice korozivní a agresivní (nebo případně v případě vodíku těkavé, apod.).

Změna fyzikální struktury látek za extrémních tlaků (což je zřejmě i případ akumulace pomocí fluoridu xenonatého) je cesta, která je mimochodem zvažována i při akumulaci vodíku: slyšel jsem o snahách udržet molekuly vodíku uvnitř fullerenu (velkých molekul uhlíku ve "fotbalových míčů" - angl. "buckyballs") - protože skrze jakoukoliv běžnou pevnou látku dříve či později úspěšně vytěkají.

Čistě fyzikálním principem akumulace energie jsou i dříve zmiňované setrvačníky: poměrně triviálními úvahami o setrvačnících dospějeme k tomu, že limity energetické koncentrace zde závisí hlavně na schopnosti materiálů odolat vysokým odstředivým silám - a výdrž akumulace zase závisí na naší schopnosti vytvořit pro rotující setrvačník prostředí s naprostým minimem tření.

Co se týče nejaderných postupů při akumulaci energie, tak určitým optimismem nás může naplňovat, že i dnes známé a běžné dosahované energetické hustoty u akumulace pomocí chemické energie víceméně odpovídají všem běžným potřebám civilizace: problém je pouze v tom, že není zcela dořešena obnovitelnost a případně práce s odpadem (uhlovodíková paliva), a nebo není vyřešené skladování a efektivita celého cyklu (vodík).

Momentálně si netroufám předvídat, jestli ve 21. století nakonec zvítězí nějaký vcelku konvenční přístup na bázi energie chemických vazeb (např. palivové články na metanol), a nebo exotické fyzikální triky (vodík skladovaný ve fullerenu, nebo zmiňovaná akumulace pomocí ultra-stlačování fluoridu xenonatého. Jisté ale je, že jak výroba fullerenu, tak třeba i nástroje jako třeba "diamantová kovadlina" jsou poměrně vysoký hi-tech, který bude pravděpodobně ještě dlouho k dispozici pouze velkým korporacím (resp. fullerenový prach si asi půjde kupovat jako spotřební materiál - ale nebude možné si ho vyrábět). Tento problém mají mimochodem i solární panely: tímto bych se tedy opět dostali pouze k technologii, která je kontrolovaná velkými korporacemi, a u které je malá šance, že se skrze pouhé předávání dovedností (bez nutnosti nákupu drahých materiálů, nástrojů či přístrojů) masově rozšíří třeba v chudých vesnicích v Africe či Indii (tak, jako si tam na kolenou vyrábí třeba kalašnikovy).

Nejnovější trendy sice sleduji - ale stále ještě čekám na ten, který se stane skutečně "kalašnikovem" decentralizované energetiky... (poznámka: označení "kalašnikov" používám jako označení pro technologii, pro jejíchž výrobu stačí relativně základní výbava na úrovni průmyslu 19. století, a kterou lze opravit víceméně úplně na koleně).