Dok klimatske promjene sve više oblikuju način na koji gradimo i živimo u urbanim sredinama, nauka odgovara inovacijama koje objedinjuju održivost i funkcionalnost. Na Ecoportalu smo nedavno pisali o asfaltu koji se testira u Beču, materijalu koji propušta vodu i brzo se hladi, kao odgovor na gradske vrućine. Sada donosimo još jedno revolucionarno otkriće – cement koji ne samo da nosi konstrukcije, već istovremeno proizvodi i skladišti električnu energiju.
Ovaj inovativni materijal razvili su naučnici sa Univerziteta Southeast u Kini, pod vođstvom profesora Zhou Yanga. Riječ je o kompozitu cementa i hidrogela, inspirisanom prirodom – preciznije, slojevitom strukturom stabljika biljaka. Upravo ta biomimetička logika omogućila je razvoj cementa koji može pretvarati toplotnu energiju u električnu, zahvaljujući tzv. jonskom termoelektričnom efektu.
Deset puta jače performanse od prethodnih rješenja
Novi materijal pokazuje izuzetne tehničke karakteristike: Seebeckov koeficijent od −40.5 mV/K i faktor pogodnosti (ZT) od 6.6×10⁻², što je čak deset, odnosno šest puta više od prethodno poznatih cementnih termoelektričnih materijala. Time se otvara mogućnost da građevinski elementi budu i izvor energije. Inače, Seebeckov koeficijent mjeri sposobnost materijala da pretvori razliku u temperaturi u električnu struju. Što je broj veći, to materijal bolje proizvodi struju iz toplote.
Cement prirodno posjeduje sposobnost generisanja elektriciteta, ali je ta sposobnost do sada bila preslaba za praktičnu primjenu. Problem je ležao u gustoj strukturi cementa koja usporava kretanje jona – ključnog procesa za stvaranje napona. Istraživači su ovaj problem riješili tako što su razvili višeslojni sistem u kojem se izmjenjuju slojevi tradicionalnog cementa i hidrogela na bazi polivinil alkohola (PVA).
Hidrogelni slojevi ubrzavaju prolaz hidroksidnih jona (OH⁻), dok površine između cementa i hidrogela selektivno vežu kalcijumove jone (Ca²⁺). Ova neravnoteža u kretanju jona pojačava termoelektrični efekat i omogućava veću proizvodnju struje.
Pametna struktura sa sopstvenim napajanjem
Ali to nije sve – ovaj materijal ne samo da proizvodi, već i skladišti električnu energiju. Zahvaljujući višeslojnoj arhitekturi, cement-hidrogel kompozit posjeduje snažne mehaničke osobine i mogućnost akumulacije energije. To znači da bi u budućnosti zgrade, mostovi i putevi mogli da sami napajaju senzore, uređaje za mjerenje i komunikacione sisteme ugrađene u njih.
Kako ističu istraživači, upravo brojne međuslojne granice unutar materijala omogućavaju snažnije termoelektrične performanse, jer povećavaju broj mjesta na kojima joni stupaju u interakciju. Ovaj pristup, kombinacija biomimetičkog dizajna i selektivnog vezivanja jona, mogao bi otvoriti novo poglavlje u razvoju građevinskih materijala.
Zamislimo trotoare koji napajaju ulično osvjetljenje ili mostove koji bez spoljnog napajanja mogu pratiti svoje stanje i najaviti potrebne popravke. U vremenu kada gradovi rastu, a klimatske i tehnološke promjene zahtijevaju fleksibilna rješenja, ovakve inovacije pokazuju kako održiva budućnost nije samo moguća – ona se već oblikuje.
