Dzięki nim korzystamy z urządzeń, potrzebujących zasilania energetycznego z dala od gniazdka. Baterie towarzyszą nam w codziennych czynnościach: budzimy się dzięki budzikowi, rozmawiamy przez telefon komórkowy, sprawdzamy godzinę na zegarku, myjemy zęby szczoteczką elektryczną, łapiemy za kamerę lub robimy zdjęcia aparatem fotograficznym i przebywamy w pomieszczeniach wyposażonych w czujniki dymu czy gazu. Dla zmarzluchów sklepy oferują nawet podgrzewane na baterie skarpety, a dla niektórych baterie umożliwiają pracę aparatu słuchowego czy rozrusznika serca, przyczyniając się do poprawy jakości życia i bezpieczeństwa zdrowotnego. 18 lutego obchodzimy Dzień Baterii.

Jedna mała guzikowa bateria potrafi skazić metr sześcienny środowiska naturalnego. Autor Gerhard H Wrodnigg. Źródło Wikimedia. CC-by-SA

Mówiąc o początkach elektrycznej baterii, zazwyczaj wymienia się dwóch naukowców. Włoski lekarz i fizyk Luigi Galvani, badając anatomię żaby, jako pierwszy zauważył, że dotknięcie jej dwoma różnymi metalami powoduje skurcze kończyny płaza. Doszedł do wniosku, że za wyładowanie jest odpowiedzialna „elektryczność zwierzęca”. Współczesny Galvaniemu Alessandro Volta, również włoski fizyk i wynalazca, był nie do końca przekonany do teorii kolegi. Uważał, że to nie tkanka zwierzęca jest odpowiedzialna za napięcie elektryczne, tylko zetknięcie dwóch metali, mosiądzu i żelaza w wilgotnym środowisku. Żeby sprawdzić swoją tezę, Alessandro eksperymentował z różnymi tworzywami. W 1800 roku udało mu się zaprojektować pierwsze ogniwo, wytwarzające prąd elektryczny poprzez umieszczenie dwóch płytek metalowych – za które posłużyły mu cynkowe i miedziane blaszki – w przewodzącym prąd elektrolicie, czyli roztworze soli lub kwasu. W drucie, łączącym dwa końce ogniwa uzyskał prąd elektryczny. Nie wiadomo do końca, kto był inicjatorem święta baterii i gdzie po raz pierwszy się odbyło, ale uważa się, że jego data jest nieprzypadkowa. 18 lutego 1745 roku bowiem urodził się sam pan Volta, którego badania nad napięciem elektrycznym przyczyniły się do skoku cywilizacyjnego kolejnych pokoleń.

Ilustracja do eksperymentu Galwaniego. Źródło Wikimedia. DP

Echo starań obu odkrywców słyszymy w dzisiejszym słownictwie fizycznym. Jednostki napięcia elektrycznego są znane jako wolty, a ogniwo galwaniczne mówi o opisanym powyżej układzie. Na jego zasadzie są skonstruowane wszechobecne „paluszki”, a posiłkując się schematem ogniwa, możemy zbudować baterię nawet samodzielnie, używając cytryny, ziemniaka czy jabłka jako elektrolitu. Z kolei, dzięki zabiegowi galwanizacji jest możliwe niklowanie, złocenie, cynowanie czy kadmowanie, czyli trwałe osadzanie na wybranym przedmiocie cienkich powłok metalicznych. Takiemu procesowi na przykład w trakcie produkcji są poddawane płyty CD. Z nim również wiąże się ważne w historii baterii odkrycie archeologiczne. Kilka lat przed drugą wojną światową niemiecki archeolog Wilhelm König odkrył w okolicach Bagdadu gliniane naczynie z umieszczonym w środku miedzianym walcem. Zanim urządzenie zostało dokładnie zbadane, w wojennym zamęcie uległo zniszczeniu. Jednak w latach 60. odkryto podobne naczynie o takiej samej budowie, i – jak poprzednie – datowane na około połowę III w. p.n.e. W pobliżu znaleziono jeszcze kilkadziesiąt elementów, m.in. żelazne i miedziane pręty. Zgodnie z podejrzeniami Königa, było to ogniwo galwaniczne. Po odrestaurowaniu i napełnieniu go roztworem kwasów (winnego, cytrynowego i octowego), wykorzystywanych w czasach Mezopotamii, ogniwo zaczęło działać. Okazało się, że perscy złotnicy używali starożytnego ogniwa do pokrywania ozdób cienką warstwą złota.

Współcześnie, w zależności od materiałów użytych do budowy baterii, mamy do wyboru cały ich wachlarz. Poza bateriami AA, znanymi jako „paluszki”, warto wymienić m.in. baterie litowe, baterie termoelektryczne, słoneczne i baterie wielokrotnego ładowania, czyli akumulatory. W popularnych bateriach znajdziemy pochodne węgla, cynku, rtęci, manganu, ołowiu, niklu, kadmu, kobaltu czy potasu. Ze względu na trujące właściwości składników, zużyte baterie muszą zostać w odpowiedni sposób zutylizowane. Kadm na przykład przyczynia się do zaburzeń czynności nerek i funkcji rozrodczych, chorób nadciśnieniowych, zmian nowotworowych czy nieprawidłowości w metabolizmie wapnia, które skutkują deformacją szkieletu. Zatrucie ołowiem z kolei powoduje zaburzenia pracy mózgu. Niewłaściwie składowane baterie, potrafią dotkliwie skazić otoczenie metalami ciężkimi. Na przykład, płaska bateria zegarowa może zanieczyścić od 5 do 50 tysięcy litrów wody. Poza tym, kopalnie minerałów, potrzebnych do produkcji baterii i innych części sprzętów elektronicznych, wiążą się z ogromnymi kosztami ekologicznymi, a czasami uwikłaniem w konflikty zbrojne. W Demokratycznej Republice Konga na przykład wydobycie kobaltu finansuje ugrupowania zbrojne, co pośrednio należy również do pola naszych wyborów konsumenckich [sprawdź lektury w „Dowiedz się więcej”]. Z prawidłowo zutylizowanych baterii natomiast można częściowo pozyskać surowiec, służący do produkcji nowych.

Solarny tramwaj wodny Słonecznik w Bydgoszczy. Autor Robert Sawicki. Źródło Wikimedia. CC 3.0

Żeby jednak korzystać z baterii ekologicznie i ekonomicznie, warto wybrać te, których użyjemy wielokrotnie – akumulatory ze stacją ładującą. Zniknie potrzeba kupowania kolejnych paluszków, a i wygenerujemy o wiele mniej kłopotliwych odpadów. Warto wspomnieć tu o zyskujących na popularności ogniwach fotowoltaicznych, jako jednym z odnawialnych źródeł energii. Dotąd służyły głównie do zasilania elektroniki sond i promów kosmicznych, sztucznych satelitów ziemi i stacji orbitalnych w kosmosie, gdzie promieniowanie słoneczne ma ogromne nasilenie – teraz dużymi krokami wchodzą do naszego życia codziennego. Baterie słoneczne coraz częściej są instalowane na dachach prywatnych domów i budynków użytku publicznego, zasilają znaki drogowe i latarnie ogrodowe, na rynku są dostępne ogniwa fotowoltaiczne dla laptopów i telefonów komórkowych. Subwencje na budowę instalacji solarnych zaowocowały pierwszymi elektrowniami słonecznymi i prężnym rozwojem przemysłowej fotowoltaniki w kilkudziesięciu krajach świata. Obecnie zaspokaja poniżej 1 % globalnego przemysłu, jednak szacuje się, że przy dotychczasowym wzroście użytkowania technologii solarnej, około roku 2020 będzie całkowicie konkurencyjna względem tradycyjnych dostawców energii.

Ogniwa fotowoltaiczne są szczególnie praktyczne w regionach o stałej ekspozycji na światło słoneczne. Sklep z panelami słonecznymi w Ouagadougou w Burkina Faso. Aut. Wegmann. Wikimedia, CC 3.0.

Tymczasem naukowcy pracują nad kolejnymi rozwiązaniami. Spoglądają z nadzieją w kierunku ogniw nowego typu, czyli „oddychających” baterii wielokrotnego użytku. Energia byłaby produkowana dzięki pobieraniu tlenu i uwalniana podczas jego oddawania do atmosfery. Ze względu na to, że jednym z materiałów potrzebnych do pracy takiego akumulatora byłoby złoto, na razie dany pomysł wydaje się niezbyt praktyczny. Jak najbardziej jednak działa, więc trwają prace nad składem „oddychającej” baterii. Miejmy nadzieję, że przyszłość przyniesie kolejne, odnawialne i w miarę czyste rozwiązania energetyczne.

Podejmij wyzwanie:

• Ponieważ baterie pozwoliły nam „uwolnić się” od stałego źródła zasilania, policz, ile razy w ciągu jednego dnia masz okazję skorzystać ze sprzętu na baterię. Postaraj się uwzględnić nie tylko własne przedmioty, ale i urządzenia w przestrzeni publicznej. Zastanów się, które urządzenia możesz zasilać akumulatorami zamiast bateriami i zaplanuj wymianę po wyczerpaniu baterii.

• Poszukaj w domu niedziałających baterii i oddaj do punktu elektrośmieci wraz z zepsutym sprzętem elektrycznym czy przerwanymi kablami. Nigdy ich nie wyrzucaj do zwykłego kosza na śmieci.

• Spróbuj samodzielnie skonstruować prostą baterię z użyciem cytryny [zobacz jak]

Dowiedz się więcej:

Skąd pochodzą surowce do codziennych sprzętów elektronicznych, jakie są warunki i konsekwencje ich wydobycia? – Sprawdź ulotkę Makeitfair „Czy chcielibyście mieć telefon ze złota?” i artykuł Krwawe minerały

Bibliografia:

Ciekawnik.pl // Ekonsument.pl // Elektroinżynieria.pl // Inventors.about.com // Ziemianarozdrozu.pl

Irka Jazukiewicz