Na przestrzeni ostatnich lat coraz więcej mówi się o tak zwanych bateriach jądrowych, głównie za sprawą chińskiej firmy Betavolt, która zaprezentowała model takiej baterii – BV100. Według zapowiedzi ma to być miniaturowa bateria zdolna do pracy nawet przez kilkadziesiąt lat bez ładowania. Brzmi to jak technologia rodem z filmów science fiction, ale w praktyce opiera się na dobrze znanych zjawiskach fizycznych.
Materiał w ramach współpracy redakcji Biznes Alert ze Studenckim Kołem Naukowym Energetyki SGH
Mimo wszystko, sama technologia betawoltaiczna ma już kilkadziesiąt lat, a pierwsze prace nad wykorzystaniem rozpadu promieniotwórczego do produkcji energii elektrycznej prowadzono już w latach 50. i 60. XX wieku, głównie w Stanach Zjednoczonych i ZSRR. W tamtym czasie rozwijano radioizotopowe źródła energii do zastosowań kosmicznych oraz wojskowych. Najbardziej znane są radioizotopowe generatory termoelektryczne stosowane w sondach kosmicznych, gdzie przez dekady zasilały instrumenty badawcze daleko od Słońca.
Można więc powiedzieć, że Betavolt nie tworzy technologii od zera, ale próbuje nadać jej nową, bardziej kompaktową i potencjalnie komercyjną formę.
Co to za urządzenie i jak działa?
Nie chodzi tu o mały reaktor jądrowy ani o klasyczne rozszczepienie w nim zachodzące. BV100 to bateria betawoltaiczna. Oznacza to, że wykorzystuje energię pochodzącą z rozpadu promieniotwórczego, konkretnie emisję cząstek beta. W środku znajduje się izotop niklu 63. W trakcie naturalnego rozpadu emituje on elektrony o określonej energii. Wydzielone cząstki trafiają w warstwę półprzewodnika, gdzie ich energia jest zamieniana na prąd elektryczny. Proces jest ciągły, ponieważ rozpad promieniotwórczy zachodzi cały czas, bez potrzeby dostarczania zewnętrznej energii. Dzięki temu bateria nie wymaga ładowania w tradycyjnym rozumieniu.
Największą zaletą takiego rozwiązania jest długowieczność. Jeśli producent podaje, że urządzenie może działać nawet 50 lat, to wynika to bezpośrednio z okresu połowicznego rozpadu zastosowanego izotopu. W praktyce oznacza to źródło energii, które przez dekady generuje stały, choć niewielki prąd. Dla niektórych zastosowań to ogromna przewaga nad klasycznymi bateriami chemicznymi, które trzeba regularnie wymieniać lub ładować.
Warto także zaznaczyć, że ta bateria jest naprawdę malutka – ma około 15 × 15 × 5 milimetrów, czyli mniej więcej wielkość małej monetki, jak na przykład moneta jednogroszowa lub karta SIM w telefonie, a mimo to generuje ok. 100 mikrowatów mocy przy 3 V.
Nie ma się czego bać…
Promieniowanie beta jest łatwe do ekranowania. Wystarczy cienka warstwa odpowiedniego materiału (np. kilka mm plastiku lub aluminium), aby zatrzymać cząstki i odizolować je od otoczenia. W teorii dobrze zaprojektowana bateria tego typu nie stanowi zagrożenia dla użytkownika.
Dodatkowo izotop niklu 63 podczas rozpadu przekształca się w trwały, nietoksyczny izotop miedzi 63.
Na drodze rozwoju tej nowatorskiej technologii stoją również niemałe wyzwania.
Najistotniejszym z nich jest bardzo mała moc. Baterie betawoltaiczne generują energię na poziomie mikrowatów. To zdecydowanie za mało, aby zasilić telefon, laptopa czy inne urządzenia o większym zapotrzebowaniu na moc, zatem BV100 nie zastąpi klasycznych akumulatorów w elektronice użytkowej. Jej zastosowanie ograniczać się będzie (na ten moment) do urządzeń o bardzo niskim zapotrzebowaniu energetycznym – tego typu źródła energii mogą sprawdzić się w czujnikach przemysłowych, systemach monitoringu infrastruktury, urządzeniach rozmieszczonych w trudno dostępnych miejscach czy w sprzęcie kosmicznym. Interesującym kierunkiem są również implanty medyczne, np. rozruszniki serca, gdzie wieloletnia praca bez konieczności wymiany baterii byłaby dużą zaletą. W takich niszach niska moc nie jest problemem, a długowieczność staje się kluczowym parametrem.
Ponadto, produkcja izotopów promieniotwórczych jest skomplikowana i droga. Do tego dochodzą wymagania związane z bezpieczeństwem, transportem, regulacjami prawnymi, a przede wszystkim – utylizacją. Każda technologia jądrowa podlega ścisłej kontroli (organem w Polsce, który za to odpowiada jest Państwowa Agencja Atomistyki), co może utrudnić szybkie wdrożenie na szeroką skalę.
Czy BV100 to rewolucja?
Raczej nie – w sensie masowego rynku. Nie oznacza to jednak, że BV100 nie znajdzie swojego miejsca na rynku. Celem Betavolt jest miniaturyzacja i komercjalizacja owej technologii w nowej formie. Jeśli uda się obniżyć koszty i spełnić wszystkie wymogi bezpieczeństwa, takie baterie mogą znaleźć stałe miejsce w wyspecjalizowanych zastosowaniach.
Mateusz Kondraciuk ze Studenckiego Koła Naukowego Energetyki SGH
