Beton je doslova základním kamenem moderní civilizace, staví se z něj domy, mosty i celá města. Má za sebou tisíce let inovací, které se po staletí soustředily hlavně na jeho odolnost a trvanlivost. V poslední době se však beton stává platformou pro řešení zcela nových globálních problémů. Vědci vyvíjejí nové typy takzvaného multifunkčního betonu – od materiálů, které se samy opravují, až po ty, které dokážou zachycovat oxid uhličitý nebo dokonce zvyšovat zemědělské výnosy.
Nyní však tým z z Massachusetts Institute od Technology (MIT) přichází s dalším radikálním krokem. Podařilo se jim zdokonalit způsob, jak z obrovských betonových desek vytvořit baterie, které by mohly pomoci řešit problém se skladováním energie z obnovitelných zdrojů. Využili při tom techniku označovanou jako „electron-conducting carbon concrete“, tedy elektronově vodivý uhlíkový beton, zkráceně ec³, popisuje Popular Mechanics.
„Klíčem k udržitelnosti betonu je vývoj multifunkčního betonu, který v sobě spojuje schopnosti jako ukládání energie, samoregeneraci či zachytávání uhlíku. Jde přece o nejpoužívanější stavební materiál na světě, tak proč tuto výhodu nevyužít i jinak,“ vysvětluje vedoucí studie Admir Masic z MIT.
Od samoohřívání po ukládání energie
Nová studie publikovaná v časopise PNAS popisuje směs cementu, vody, ultrajemného uhlíkového černidla a elektrolytů. Tato kombinace vytváří vodivou nanostrukturu, která umožňuje betonu fungovat podobně jako baterie. Nejde přitom o první pokus dodat betonu elektrické vlastnosti – už v roce 2023 byly v japonském Sapporu instalovány samoohřívací betonové desky, které pomáhají zvládat sněhové závěje. V této oblasti totiž každoročně napadne až pět metrů sněhu.
V aktuální studii vědci z MIT využili 3D zobrazování k analýze nanostruktury betonu a optimalizovali elektrolyty použité ve směsi. Zjistili, že nejlepšího výsledku lze dosáhnout přidáním organických elektrolytů přímo do vody, která se během výroby používá.
Díky tomu mohli vytvořit silnější elektrody s větší kapacitou, přičemž podle jejich odhadů může kus betonu o velikosti lednice uložit až dvě kilowatthodiny elektrické energie. To je zhruba tolik, co spotřebuje průměrný notebook za týden.
Inspirace z antického Říma
Již staří Římané udělali v oblasti přípravy a využití betonu obrovské pokroky. Jejich monumentální stavby, jako je Pantheon, stojí dodnes bez výztuže. „Pokud budeme v jejich duchu kombinovat materiálové vědy s architektonickým vizionářstvím, můžeme být na prahu nové architektonické revoluce díky multifunkčním betonům, jako je třeba ec³,“ připomíná Masic.
Na tuto antickou inspiraci vědci navázali i experimentem, když vytvořili miniaturu římského oblouku, která dokázala nést vlastní váhu, produkovala napětí devíti voltů a napájela LED diodu. Světlo přitom začalo poblikávat, když byla konstrukce vystavena napětí. Tento jev by mohl posloužit jako nástroj pro sledování stavu staveb v reálném čase. „Mohli bychom tak zjistit, kdy a jak moc je konstrukce namáhaná, a průběžně ji monitorovat,“ dodává Masic.
Baterie budoucnosti
Nejzajímavější využití nové technologie se ale nabízí v oblasti ukládání energie z obnovitelných zdrojů. Výroba zelené energie sice v posledních desetiletích významně vzrostla, ale její efektivní skladování zůstává výzvou. Právě rozšířenost betonu ve městech by mohla nabídnout řešení.
„Nejvíce nás fascinuje, že jsme vzali materiál tak starý jako beton a ukázali, že dokáže něco naprosto nového. Spojením moderní nanovědy s prastarým stavebním materiálem naší civilizace otevíráme cestu k infrastruktuře, která nás nejen podpírá, ale také napájí,“ uzavírá spoluautor studie James Weaver.
