Dunyo zaryad olmoqda. Kimyo bo‘yicha Nobel mukofoti kimlarga, nima uchun berildi?

Kimyo bo‘yicha 2019 yilgi Nobel mukofoti olimlar Jon Gudenaf, Stenli Uittinghem va Akira Yosinoga litiy-ion batareyalarini ishlab chiqarganliklari uchun berildi. 

«Hozirgi kunda ushbu yengil, qayta quvvatlanuvchi va shu bilan birga kuchli batareya istalgan texnika uchun — uyali telefonlardan tortib noutbuklar va elektromobillarga qadar ishlatiladi», - deya ta'kidlangan Nobel qo‘mitasi bayonotida.

Ilmiy olamning oliy mukofoti qayta ishlangan ixtiro uchun taqdim etilishi kamyob hodisa.

Litiy-ion batareyalarni hech qanaqasiga texnologik yangilik deb bo‘lmaydi — ulardan foydalanila boshlanganiga allaqachon o‘n yillar bo‘ldi va shunchalik keng tarqaldiki, sayyora aholisining katta qismi ularni cho‘ntaklarida tashib yurishibdi deyilsa mubolag‘a bo‘lmaydi.

BBC'ning rus xizmati ushbu ixtiro dunyoni qanday o‘zgartirgani va nega aynan hozir Shvetsiya ilmiy akademiyasi tomonidan tan olinganini qisqacha (100ta so‘z bilan) va kengroq (500 so‘zli) izohlovchi maqolani e'lon qildi.

Qisqacha

Elektr quvvatini saqlash va uni ixcham holda o‘zingiz bilan olib yurishga imkon beruvchi qurilmalarning ahamiyati katta. 

Batareyalar barcha simsiz elektronikalarning ishlashini ta'minlaydi, ular yordamida biz o‘zaro aloqa o‘rnatamiz, ishlaymiz, o‘qiymiz, musiqa tinglaymiz va yangi ma'lumotlar o‘rganamiz.
Bunda har qanday batareyaning eng ahamiyatli xususiyatlari uchta: uning og‘irligi, ishlash davomiyligi va qayta zaryadlash imkoniyatining soni.

Nobel mukofotining yangi laureatlari tomonidan ishlab chiqilgan litiy-ion batareyalari ushbu sifat me'yorlariga mutlaqo mos keladi.

Ular yengil, ixcham va shu bilan birga juda kuchli — ya'ni katta miqdordagi quvvatni to‘plash va saqlashga qodir, shuningdek sifat jihatidan yo‘qotishlarsiz minglab quvvatlantirishlarga bardosh bera oladi. 

Aynan shuning uchun ham ular deyarli barcha mobil qurilmalarning ishlab chiqarish jarayonida istisnolarsiz qo‘llanib kelinmoqda.

Batafsil

Tasavvur qilib ko‘ring-a, elektr energiyasi talab etadigan har qanday qurilma — tish cho‘tkasi va uyali telefondan tortib to elektrodrel, videokamera va avtoulovgacha —hech qanday istisnosiz faqat rozetkadan, ya'ni statsionar elektr tarmog‘iga ulangan holda ishlasa, dunyo qanday bo‘lardi?

Endi atrofga nazar tashlang va zamonaviy insonlarning harakatlanish erkinligi ularning batareyalari imkoniyatlariga qanchalar bog‘liqligini tushunib yetasiz. Atrofimizdagi olam bu zaryad oladigan olamdir.

Albatta, akkumulyator batareyalarini, aniqroq qilib aytadigan bo‘lsak avtonom quvvat oluvchi elementlarni ixtiro qilgan insonlar Jon Gudenaf, Stenli Uittenhem va Akira Yosino emas. 

Ammo aynan ushbu izlanuvchilar zamonaviy elektronikaning ehtiyojlarini qondirish uchun ularni yetarlicha yengil, kuchli va ixcham qilib tayyorlab, mobil qurilmalar ishlab chiqaruvchilar uchun yangi ufqlarni ochib berishgan.

Ilk litiy batareyalar bozorda 1990-yillarning boshlarida paydo bo‘lishidan oldin butun dunyo XIX asrda ixtiro qilingan texnologiyalardan foydalanar edi. Ular hozirga kunga qadar iste'molda — lekin yumshoq qilib aytganda, mobil gadjetlarni ishlab chiqarish uchun to‘la mos emas.

Agar siz benzin yoki dizel yoqilg‘isida ishlovchi oddiy avtomobil akkumulyatorini uchratgan (yoki uni ko‘tarib ko‘rgan) bo‘lsangiz, gap nima haqida ketayotganini anglaysiz.

Ushbu 150 yil oldin ishlab chiqarilgan qo‘rg‘oshin-kislota batareyasi qo‘rg‘oshin oksidining sulfat kislotasi bilan reaksiyasi orqali elektr energiyasini ishlab chiqaradi. Shunga ko‘ra uning vazni og‘ir: qo‘rg‘oshin juda og‘ir metall, u mis va kumushga nisbatan ko‘proq tosh bosadi.

Keyingi avlod batareyalari (ular ham eski, 1899 yilga taalluqli)  quvvatning ishqorli elementlari edi — avval ularga qo‘rg‘oshindan to‘rt baravar yengil bo‘lgan nikel, keyin esa yanada yengilroq rux ishlatilgan. Biroq ularni qayta quvvatlantirish mutlaqo imkonsiz edi — bu kabi batareyalar asosan bir marta ishlatilgan.

Olimlar bir necha o‘n yillar davomida lityum batareyalarini yaratish ustida ish olib borishgan, chunki lityum tabiatda uchrovchi eng yengil metalldir: u qo‘rg‘oshinga nisbatan 20 marta, ruxdan 13 baravar va hattoki suvdan ikki baravar kam vaznga ega.

Ammo shuni ta'kidlash zarurki, lityum haddan tashqari beqaror element bo‘lib, uning yuqori kimyoviy faolligini jilovlash va to‘g‘ri maqsadga yo‘naltirish juda mushkul. 
Aynan Jon Gudenaf, Stenli Uittenhem va Akira Yosino bu ishning uddasidan chiqishdi.

Ularning ko‘p yillik izlanishlari avvalo lityum, keyinchalik esa mobil elektronika sohasida haqiqiy inqilob bo‘lgan litiy-ion batareyalari dunyo yuzini ko‘rishiga imkon berdi. U yengil, kuchli va tezda qayta zaryadlanishga qodir ekanligi ayon bo‘ldi. 

Ayni xususiyati uning keng tarqalishiga asos bo‘ldi va bizning kundalik ehtiyojimizga xizmat qiluvchi deyarli barcha gadjetlar tarkibiga kiradi. Xuddi shu texnologiya elektromobillar va transportning akkumulyatorda ishlaydigan boshqa turlarida sayr qilishimiz imkonini taqdim etmoqda. 

Greta Tunbergning bunga nima aloqasi bor?

Nobel mukofotiga loyiq ko‘rilgan texnologiya qanchalik inqilobiy bo‘lmasin, uni yangilik deb bo‘lmasligi haqida yuqorida ham ta'kidlab o‘tdik. Nega mukofot endi berildi?

Bu savolga javob Nobel qo‘mitasi bayonotining ikkinchi qismida yashiringan bo‘lishi mumkin: bu batareyalar «quyosh va shamoldan olingan quvvatning katta miqdorini o‘zida saqlash xususiyatiga ega, bu esa qazib olinadigan uglevodorod xomashyosi ishlatishni to‘xtatishga imkon beradi.

«Yashil» energetikaning asosiy muammolaridan biri shundaki, u tarmoqni uzluksiz quvvat bilan ta'minlay olmaydi. Tungi vaqtlarda quyosh batareyalari tin olgani singari, shamol yo‘q vaqtda shamol elektrostansiyalari ham foyda bermaydi.

Quyosh va shamol energiyasi har kuni va har soatda tarmoqqa ulanishi uchun uning zaxira miqdorini saqlashi mumkin bo‘lgan batareyalar kerak bo‘ladi va energiya yetishmovchiligida ular yetkazib berilishi zarur.

Sir emaski, litiy-ion batareyalarining afzalliklari ayniqsa dolzarb bo‘lib qoldi va iqlim o‘zgarishlari dunyoning bosh siyosiy muammolaridan biriga aylangan aynan hozirgi paytda eng yuqori ilmiy mukofotga sazovor bo‘ldi.