Szansa na polskie spécialité de la maison

Prof. Władysław Wieczorek,
Dziekan Wydziału Chemicznego PW

Na jednej z konferencji rozmawiałem z francuskim noblistą prof. Pierre’em-Gilles’emde Gennes’em. Wyliczał, że w kwestiach naukowych od umiejętności zależy 5-10 proc., od pracowitości 20-30 proc., a reszta to szczęście. Ja miałem szczęście, gdy zaczynałem realizować pracę magisterską, pojawił się zupełnie nowy temat - polimerowych elektrolitów - czyli chemicznych źródeł prądu opartych o tworzywa sztuczne. Byłem pierwszą osobą w Polsce, która się tym zajęła. W Blachowni Śląskiej znalazłem producenta, który produkował polimery na tony. Jeździło się z workiem i transportowało te komponenty do Warszawy.

Panie Profesorze, obserwujemy dynamiczny rozwój elektromobilności, ale bateriawciąż stanowi najwyższy koszt w produkcji pojazdów elektrycznych. Z czego to wynika?
Z braku dostępności surowców?

Pytanie brzmi, i to jest kwestia różnie szacowana w rozmaitych opracowaniach, na jak długo starczy nam jeszcze litu, który jest podstawowym pierwiastkiem używanym w produkcji baterii. Badania prowadzone są w kierunku zamiany technologii obecnie wykorzystywanej na technologie, które byłyby oparte o surowce szerzej dostępne, takie jak sód, magnez, aluminium, wapń. Po drugie, technologie, które dawałyby większą wartość energii. Na przykład zastępowanie technologii litowo-jonowej technologią lit-siarka, sód-siarka lub metal-powietrze. Trzecia kwestia, to jest próba zastąpienia albo minimalizacji substancji szkodliwych: kobaltu, fluoru w elektrolicie, zastępowanie rozpuszczalników ciekłych substancjami żelowymi. W perspektywie 10 lat mówi się też o stałych elektrolitach. Takie badania prowadzone są także na Wydziale Fizyki PW. Liczymy na to, że poprzez zmniejszenie zawartości kobaltu, zmniejszy się także cena baterii.

Niedawno ukazało się bardzo dobre niemieckie opracowanie  na temat technologii sodowych. W tym przypadku można wprowadzić rozwiązania, które w porównaniu do technologii litowej zmniejszą ilość substancji nieaktywnych, czyli obudowy, kolektorów, itd. Pomimo tego, że technologia sodowa daje mniejsze wartości energii czy pojemności niż technologia litowa, to jeśli przeliczymy ją na samo ogniwo, łącznie z tymi elementami nieaktywnymi, może się okazać, że jest ona również konkurencyjna. A dostępność sodu, jak się łatwo domyślić, w wodach morskich czy oceanach jest praktycznie nieograniczona. Jest to zatem kierunek, który przynajmniej warto zbadać.

W Polsce mamy w zasadzie wszystkie komponenty potrzebne do technologii sodowych. Nie odstajemy w tej kwestii od świata, ponieważ nie ma jeszcze skomercjalizowanej technologii sodowej. Warto by było pokusić się o przetestowanie, na ile bylibyśmy w stanie zrobić układ sodowo-jonowy i na ile miałby on konkurencyjne właściwości w porównaniu do obecnie stosowanych.

Jednym z pomysłów na obniżenie kosztów baterii jest przedłużenie ich żywotności.

To jest kolejny, bardzo istotny element. Rozwiązania, które funkcjonują obecnie są bardzo podatne na temperaturę oraz na zawartość wilgoci. Próbuje się je zastąpić technologiami, które być może nie dają takich wysokich osiągów fizyko-chemicznych jak te obecne, ale gwarantują bardzo długie działanie. Odwołując się znów do tego niemieckiego opracowania, w przyszłości może być nastawienie na nieco mniej wydajne energetycznie układy, ale takie, które będą miały przedłużoną żywotność i będą mogły być ładowane szybko.

Niektórzy twierdzą, że prawdziwą rewolucją byłoby wynalezienie baterii, która starczałaby na 1000 kilometrów.

Myślę, że to jest złe podejście. W zależności od tego, ile baterii włożymy do samochodu, tym dalej pojedziemy. Pytanie, jak ciężki będzie taki samochód. Technologie, o których mówiłem, czyli lit-siarka czy metal-powietrze, teoretycznie pozwalałyby na przejechanie cztery razy więcej kilometrów niż obecnie. Jeśli dziś przejeżdżamy około 200 kilometrów na dostępnych ogniwach paliwowych, to po przemnożeniu przez cztery jesteśmy już blisko tego tysiąca. Póki co są to jednak tylko opracowania laboratoryjne.

W Polsce takie badania prowadzi Politechnika Warszawska oraz Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw w Poznaniu. Dyskutujemy już zresztą na temat wspólnego projektu dotyczącego ogniw nowej generacji. Ale to wszystko wymaga czasu. Pierwsze prototypy mogą pojawić się w ciągu 3-5 lat.

A powiązanie baterii na przykład z napędem wodorowym?

Można zrobić połączenie baterii z ogniwem paliwowym, połączenie baterii z superkondensatorem, albo układ składający się z trzech tego typu rozwiązań. Wszystko jest możliwe, to tylko kwestia ceny i dostępności materiałów, bo póki co technologie wodorowe wymagają katalizatorów opartych o platynowce, co podraża znacznie proces produkcji. Gdyby udało się opracować materiały, które pracowałyby w zakresie jakichś 200-300 stopni Celsjusza, czyli temperatury, w której mogłyby działać na przykład katalizatory niklowe, to technologia stałaby się o wiele bardziej opłacalna.

Reasumując, mamy mnóstwo dostępnych rozwiązań. Na pewno boom na elektromobilność przyczyni się do ich rozwoju, ale nie liczyłbym na to, że to jest kwestia roku czy dwóch, jak piszą niektórzy dziennikarze. Póki co będziemy poprawiać istniejące technologie, które będą się stawały coraz bardziej wydajne i coraz tańsze, być może będą oparte o coraz lepsze materiały, ale nie ma co się czarować, że przeskoczymy nagle z 200 na 2000 km jeśli chodzi o zasięg przejazdu przy jednokrotnym ładowaniu baterii.

Polska może sobie wydeptać swoją ścieżkę w dziedzinie produkcji baterii?

Wierzę, że tak. W oparciu o istniejącą myśl technologiczną możemy znaleźć pewne rozwiązania, które mogły by być naszym spécialité de la maison. A jakie konkretnie, to już kwestia do zbadania. Szacujemy, że na niskim stopniu komercjalizacji, w badaniach laboratoryjnych prowadzących do prototypu, sprawdzenie technologii litowo-jonowej w układzie innych komponentów to suma 500 tys. do 1 miliona złotych. Jeśli mielibyśmy to sprawdzać w warunkach przemysłowych, to byłoby kilkadziesiąt, kilkaset milionów złotych. Warto zatem najpierw kilka tych technologii przebadać w ujęciu prototypowania i analizy, co przy ośmiu technologiach, będzie nas kosztowało powiedzmy do 10 mln złotych, a następnie wytypować te najbardziej perspektywiczne i je rozwijać.

Rozmawiała: Karolina Apiecionek