Bateria kwantowa. Czy nastąpi przełom w magazynowaniu energii?

Magazynowanie energii to jeden z największych technologicznych problemów XXI wieku. Pomimo ogromnego postępu w rozwoju odnawialnych źródeł energii, ich największą wadą pozostaje niestabilność – słońce nie świeci w nocy, a wiatr nie zawsze wieje. Potrzebujemy więc efektywnych i szybkich sposobów magazynowania nadmiaru energii, by móc ją wykorzystać wtedy, gdy produkcja spada. Tu pojawia się koncepcja baterii kwantowej – innowacyjnego rozwiązania, które w teorii może zrewolucjonizować cały sektor energetyki.

Czym właściwie jest bateria kwantowa?

Bateria kwantowa nie przypomina klasycznego akumulatora, jaki znamy z telefonów czy samochodów elektrycznych. W dużym uproszczeniu to system fizyczny oparty na zasadach mechaniki kwantowej, który potrafi przechowywać i oddawać energię dzięki zjawiskom takim jak splątanie kwantowe czy superpozycja stanów.

Wyobraźmy sobie baterię nie jako zbiornik, do którego "wlewamy" energię, lecz jako układ wielu identycznych cząstek kwantowych (np. jonów, atomów lub sztucznych kubitów), które można jednocześnie naładować, wykorzystując ich wspólne, zsynchronizowane stany. W takim systemie, zgodnie z obliczeniami teoretyków, proces ładowania może następować znacznie szybciej – w tzw. sposób „superabsorbowalny”, gdzie cały układ ładuje się szybciej niż suma jego pojedynczych części.

Dlaczego to może być rewolucja?

Obecne technologie magazynowania – jak litowo-jonowe baterie – są coraz bardziej wydajne, ale nadal mają ograniczenia: zużywają się, wymagają rzadkich surowców, ich ładowanie trwa, a recykling jest kosztowny i niebezpieczny dla środowiska. Bateria kwantowa, jeśli zostanie opracowana w wersji praktycznej, mogłaby zapewnić:

• szybsze ładowanie (nawet natychmiastowe, w skali kwantowej),

• większą wydajność przy minimalnych stratach energii,

• brak degradacji materiałowej,

• kompaktową formę przy dużej pojemności.

  
  

W dodatku baterie kwantowe mogłyby być zintegrowane z systemami kwantowej elektroniki czy komputerów kwantowych, co otwiera nowe możliwości w dziedzinie technologii informacyjnych, robotyki i nanomedycyny.

Gdzie jesteśmy dziś?

Choć idea baterii kwantowej istnieje już od ponad dekady, wciąż pozostaje głównie w sferze teorii. Niemniej jednak w ostatnich latach pojawiły się pierwsze, bardzo obiecujące eksperymenty. Zespoły naukowe na całym świecie – od Europy po Azję – testują prototypowe wersje takich baterii z wykorzystaniem pojedynczych jonów, kubitów nadprzewodzących czy sztucznych atomów w pułapkach optycznych.

W 2021 roku udało się po raz pierwszy zaprezentować miniaturowy układ, który wykazywał cechy superabsorpcji, czyli podstawowego mechanizmu baterii kwantowej. Choć nie był to jeszcze pełnoprawny akumulator, był to ważny dowód na to, że zasady fizyki kwantowej można zastosować w praktycznym systemie energetycznym.

Bariery i wyzwania

Wdrożenie baterii kwantowej na skalę przemysłową to nadal kwestia odległej przyszłości. Największe przeszkody to:

• utrzymanie stanu kwantowego – delikatne układy łatwo ulegają dekoherencji, czyli zakłóceniu przez otoczenie,

• niskie temperatury pracy – wiele obecnych eksperymentów wymaga warunków kriogenicznych,

• koszty i skalowalność – dzisiejsze technologie są zbyt kosztowne, by produkować baterie kwantowe na masową skalę,

• brak gotowej architektury przemysłowej – cała infrastruktura musiałaby zostać zaprojektowana od nowa.

  
  

Nie oznacza to jednak, że projekt jest skazany na porażkę. Przeciwnie – historia pokazuje, że technologie, które dziś wydają się odległe, mogą w ciągu jednej dekady całkowicie zmienić nasze życie (przypadek fotowoltaiki, internetu czy GPS mówi sam za siebie).

Czy bateria kwantowa to przyszłość energetyki?

Zdecydowanie tak – choć niekoniecznie najbliższa. Bateria kwantowa to dziś raczej symbol kierunku rozwoju, niż gotowy produkt rynkowy. Ale tempo rozwoju nauki kwantowej, rosnące zapotrzebowanie na magazynowanie energii oraz presja klimatyczna mogą sprawić, że technologie oparte na zasadach fizyki kwantowej zyskają praktyczne zastosowanie szybciej, niż się spodziewamy.

Najpierw zobaczymy je prawdopodobnie w zastosowaniach specjalistycznych – w komputerach kwantowych, medycynie precyzyjnej czy technologiach wojskowych. Ale w dłuższej perspektywie mogą one zagościć również w sieciach energetycznych, centrach danych, a nawet w domach jako osobiste magazyny energii o niespotykanej wcześniej wydajności.