Subskrybuj nas na Youtube
Naukowcy mówią wprost: jeśli chcemy być liczącym się graczem na rynku pojazdów elektrycznych, musimy zainwestować w produkcję własnych ogniw. I to najlepiej na rodzimej technologii.
/>
Na początek zagadka: dlaczego samochód elektryczny, chociaż składa się z mniejszej liczby części niż spalinowy, jest droższy? Odpowiedź: baterie. Przynajmniej przy obecnym stanie technologii ogniw litowo-jonowych. To oznacza, że każdy, kto chce wejść na rynek aut podłączanych do gniazdka, musi się zmierzyć z problemem zabezpieczenia dostaw tego kluczowego komponentu.
– To jest produkt strategiczny. Kiedyś rządził ten, kto miał ropę. Teraz będą rządzili ci, którzy będą produkować ogniwa – mówi dr hab. Marcin Molenda z Uniwersytetu Jagiellońskiego, który od wielu lat zajmuje się tą technologią. – Własne ogniwa dają niezależność zarówno od dostawców gotowych rozwiązań, jak i od dostawców surowców – wtóruje dr hab. inż. Marek Marcinek z Politechniki Warszawskiej.
Zdaniem naukowców nad Wisłą jest wszystko, czego potrzeba, by ruszyć z produkcją. Surowce – bo wydobywamy miedź, a wydobyciu miedzi towarzyszą często nikiel i kobalt, niezbędne w produkcji ogniw litowo-jonowych (gorzej może być z litem, ale tuż za granicą Czesi planują uruchomienie sporej kopalni). Know-how – bo na uczelniach nie brakuje badaczy, którzy zajmują się tym tematem od lat („Zdziwiłby się pan, jak bardzo obecne ogniwa są podobne do tych sprzed dwóch dekad” – mówi Marcinek).
Oczywiście wszystko rozbija się o pieniądze. I nie chodzi nawet o miliardy na budowę nowej fabryki (LG Chem, który buduje taki zakład w Dolnośląskiem, przeznaczy na ten cel prawie 6 mld zł), ale o przetestowanie, jak technologia sprawuje się w produkcji niskoseryjnej. Naukowcy podkreślają wagę tzw. skali półtechnicznej, ponieważ to na tym etapie często pojawiają się problemy, które trzeba rozwiązać przed budową właściwego zakładu.
Jak trudno jest znaleźć pieniądze na ten cel, przekonał się na własnej skórze Molenda, który od kilku lat stara się komercjalizować opracowywane przez siebie i we współpracy z innymi naukowcami z UJ rozwiązania dla ogniw. Jednym z nich jest nowatorska metoda wytwarzania anody, jednej z elektrod (w ogniwach zawsze są dwie: ujemna i dodatnia); zamiast grafitu badacze z Krakowa do jej produkcji użyli skrobi. Wyniki tych badań, opisywane zresztą w ubiegłym roku w ramach redakcyjnego konkursu „Eureka! DGP”, były obiecujące: skrobia, po odpowiedniej obróbce, dawała lepsze parametry niż grafit. Pomimo tego Molenda wciąż nie może znaleźć środków na uruchomienie produkcji w skali półtechnicznej.
Naukowcy jednak nie tracą nadziei, że uda im się wziąć udział w budowie takiego ogniwa. Na początku tego roku kilka uczelni – w tym Akademia Górniczo-Hutnicza z Krakowa, Politechnika Warszawska oraz Instytut Metali Nieżelaznych z Gliwic – zawiązały konsorcjum Pol-Stor-En, które ma na celu wypracowanie rodzimych rozwiązań. Jak mówi dr Marcinek, z członkami konsorcjum wielokrotnie rozmawiali przedstawiciele spółki ElectroMobility Poland. Z rozmów tych na razie jednak nic nie wyszło. – Moce naukowe są. Jedni dysponują technologią wytwarzania anod, inni – katod, a jeszcze inni – elektrolitów. Możemy to robić w skali laboratoryjnej, ale produkcja pilotażowa, o masowej nie wspominając, wymaga nakładów – mówi dr Marcinek.
Problemy z pieniędzmi mogą się brać z awersji polskich inwestorów do ryzyka, ale też z tego, że w Polsce nie ma zbyt dużo firm, które byłyby w stanie udźwignąć koszt dociągnięcia takiej technologii do produkcji wielkoseryjnej. Potencjalnymi kandydatami mogłyby być spółki, w których udziałowcem jest Skarb Państwa. Jak się okazuje, taki pomysł był rozważany – wytwórnię ogniw miałby postawić PKN Orlen. Inwestycja znalazła się nawet dwa lata temu na liście projektów, po dofinansowanie których Polska zgłosiłaby się w ramach tzw. planu Junckera (specjalnego instrumentu powołanego przez Komisję Europejską, który ma na celu pobudzenie inwestycji w Unii Europejskiej).
Potem jednak „Instalacja do produkcji innowacyjnych ogniw litowo-jonowych” z tej listy znikła. Na najnowszych wykazach możemy przeczytać, że stało się to w związku z tym, że „plany inwestycyjne spółki uległy zmianie, w związku z czym realizacja ww. projektu została wstrzymana”. – Nikt przy zdrowych zmysłach nie odważy się na realizację tak ryzykownego projektu – mówi DGP anonimowo jeden z wysoko postawionych pracowników koncernu, wskazując, że członkowie zarządów spółek z udziałem Skarbu Państwa niechętnie patrzą na inwestycje długoterminowe. Po pierwsze, zostaną zrealizowane długo po tym, jak ich już nie będzie w zarządach; po drugie, z niewiadomym skutkiem, który może zaowocować wizytą prokuratora. To po co się narażać?
Poza realiami funkcjonowania spółek z udziałem Skarbu Państwa sceptycyzm inwestorów jest zrozumiały. Pole badań nad lepszymi ogniwami usłane jest trupami firm, które przepaliły zainwestowane pieniądze, zostawszy bez produktu. Jednym z przykładów jest amerykańska Envia, która w 2012 r. ogłosiła absolutny przełom w produkcji ogniw i nawet zdobyła kontrakt produkcyjny dla General Motors (ogniwa miały zasilać chevroleta volta). Niestety, inżynierowie firmy ostatecznie nie poradzili sobie z opanowaniem wszystkich problemów, jakie niosły zastosowane przez nich rozwiązania. W 2017 r., po wydaniu 30 mln dol. (w tym rządowego grantu), Envia ogłosiła upadłość. ©℗
Maszyna do robienia pieniędzy na baterie
Niemal każdy posiadacz laptopa albo telefonu komórkowego mógłby zmienić używany przez siebie model, gdyby konkurencja była w stanie zaoferować znacznie dłuższy czas działania na baterii. Stąd wiemy, że ten, kto pierwszy opracuje pojemniejsze ogniwa, zarobi dziesiątki, jak nie setki milionów dolarów.
Toteż wyścig o znalezienie następcy dla ogniw litowo-jonowych trwa. Schemat działania ogniwa jest bardzo prosty. Po bokach znajdują się dwie elektrody, katoda i anoda, a między nimi elektrolit. Elektrody mają porowatą strukturę, tak, żeby mogły w ich wnętrzu „zaparkować” jony litu. Im więcej się ich tam upcha, tym większą pojemność ma ogniwo. Dzisiaj anodę wytwarza się głównie z grafitu, a katodę – z mieszaniny tlenków litowo-niklowo-kobaltowych.
Dlatego istotą wyścigu jest poszukiwanie materiałów, które mogłyby zastąpić stosowane obecnie. Część badań ukierunkowana jest na zastąpienie rzadszych metali – jak nikiel i kobalt – częściej występującymi, jak mangan czy żelazo. Jeszcze inne starają się zastąpić grafit, który chociaż dobrze rozumiany przez naukowców, marnuje strasznie dużo miejsca w ogniwie – na sześć atomów węgla przypada zaledwie jeden jon litu (w tym kierunku szły też wspomniane w tekście powyżej badania dr. hab. Marcina Molendy z Uniwersytetu Jagiellońskiego; w tym wypadku grafit zostałby zastąpiony przez karbożel wyprodukowany ze skrobi).
Zastąpienie grafitu powłoką w całości metaliczną sprawiłoby, że ogniwo mogłoby być nawet o połowę cieńsze. Inne badania starają się połączyć lit z siarką, a niektóre chcą pozbyć się litu kompletnie na rzecz powszechniej występującego pierwiastka, jak sód.
– W badaniach nad ogniwami należy nieustannie mieć na uwadze wartość dla klienta. Jeśli nowe ogniwo ma mieć superparametry za kosmiczne pieniądze, to wartość dla klienta wynosi zero. Ale średnie parametry za niewielkie pieniądze będą już miały bardzo dużą wartość – mówi Molenda.
Do tego dochodzą względy związane z logistyką procesu produkcji: na co komu ogniwo, do wytwarzania którego potrzebny jest minerał wydobywany tylko w jednym kraju na świecie – jak to jest w przypadku kobaltu, którego większość pochodzi z kopalni w Demokratycznej Republice Konga nękanej nieustannymi konfliktami wewnętrznymi.
