Nobelovac Vitingem za N1: Sve baterije bi morale da se recikliraju

SciTech 14. sep. 202113:01
Podeli:
Stenli Vitingem
Izvor: Binghamton University/State University of New York

Hemičar Stenli Vitingem je ključna ličnost u istoriji razvoja baterija – tehnologije koja je značila revoluciju na području skladištenja energije. Postavio je osnov za razvoj litijum-jonskih baterija, koje su danas praktično svuda - bez njih ne možemo zamisliti pametne telefone, prenosive računare ili električna vozila. Za ovo dostignuće je Vitingem, sa još dva naučnika, 2019. godine dobio i Nobelovu nagradu. On za N1, između ostalog, objašnjava kako poboljšati slabosti tehnologije i kako je učiniti trajnijom.

Stenli Vitingem je profesor hemije i nauke o materijalima, kao i direktor „NorthEast Center for Chemical Energy Storage“ (NECCES) na Univerzitetu Bingemton u Njujorku. Iz rodne Velike Britanije se još 1968. godine preselio u SAD zbog studija i tamo zbog ljubavi i ostao. Danas ima 16 patenata, koautor je više knjiga, za svoj rad nagrađen je sa sedam nagrada, uključujući i prestižnu Nobelovu nagradu, koju je dobio zajedno sa Amerikancem Džonom Gudinafom i Japancem Akiro Jošinom.

Kao prvi od trojice nagrađenih sedamdesetih godina prošlog veka se, u toku naftne krize, dok je bio zaposlen u kompaniji „Exxon“, počeo baviti razvojem metoda, koje bi mogle dovesti do energetskih tehnologija bez fosilnih goriva. Otkrio je energetski bogat materijal, kojeg je iskoristio za izradu inovativne katode u litijumskoj bateriji, te na taj način prezentovao prvu litijumsku bateriju koju je moguće ponovo napuniti. One danas pokreću tablet računare, mobilne telefone i većinu električnih automobila.

U toku susreta dobitnika Nobelove nagrade, koji se održao prošli mesec na ostrvu Lindau u Nemačkoj, pronašao je vremena i za razgovor za N1 Slovenija.

N1: Pre skoro 50 godina postavili ste osnove za litijum-jonske baterije koje su, kako je napisano u obrazloženju Nobelove nagrade, „izazvale revoluciju u našim životima, od kad su 1991. godine dospele na tržište, koriste se od mobilnih telefona do prenosivih računara i električnih vozila“, te imaju veliku korist za čovečanstvo. Kako danas vidite njihov razvoj?

Razvoj na području baterija bio je neverovatan, pre 50 godina to su bili samo snovi, iz kojih je sve nastalo, te se eksponencijalno razvilo. To možemo videti u električnim vozilima i skladištenju obnovljivih izvora energije.

U Kaliforniji je počelo sa radom skladište energije – veliki baterijski sistem od litijum-jonskih baterija – kapaciteta 1,2 gigavat sata (nuklearnoj elektrani Krško bi za punjenje ovog skladišta bilo potrebno približno dva sata). Po veličini i opsegu to je najveći baterijski sistem za skladištenje energije na svetu i četiri puta je veće od prethodno najvećeg na svetu. Zato kažem, da se razvoj baterija desio neverovatnom brzinom.

Takođe i Evropa za uspostavljanje kompletnog lanca proizvodnje litijum-jonskih baterija i svega ostalog predviđa milijarde evra. Još pre godinu dana o tome nismo mogli ni da sanjamo.

N1: Mislite li da uopšteno preterujemo s korišćenjem baterija? Danas su svuda, čak i u proizvodima za jednokratnu upotrebu, za koje znamo da neće biti reciklirani.

Niti ne, jer šta je druga mogućnost? Možda još gora alternativa. Kada sam pre sat vremena razgovaro sa ljudima iz BMW, rekli su mi nešto što je za mene bilo novo. Naime, saznao sam da se u pneumaticima vašeg automobila nalaze mali senzori, svaki od njih u sebi ima malu bateriju, kako bi automobil mogao da javi kada u pneumatiku prepozna prenizak pritisak ili neki drugi problem.

Danas baterije možemo videti u najrazličitijim napravama. Slušni aparati su na primer sada mnogo bolji, jer imaju cink-vazduh baterije. One su sigurne, jer koriste potpuno iste spojeve, kao što su u kremi za sunčanje.

N1: Litijum-jonske baterije danas imaju ključnu ulogu i u elektrifikaciji mobilnosti. Da li vi vozite električni automobil?

Ne. Vozim sportskog terenca jer živim na vrhu planine i imamo mnogo snega. U decembru smo imali više od metar snega. Zbog toga čekam da se pojavi dobar električni sportski terenac s kojim bih se mogao probiti do kuće.

N1: Da li razvoj litijum-jonskih baterija prati brzinu razvoja električnih vozila? Litijum-jonske baterije su naime skupe i imaju ograničenu sposobnost obezbeđivanja dovoljne izdržljivosti, potrebne za napredak razvoja električnih vozila.

Pogledajte samo šta se dogodilo u zadnjih pet ili deset godina – litijum-jonske baterije su koštale više od hiljadu dolara na kilovat sat, a sada automobilske kompanije za njih plaćaju približno sto dolara, što je deset puta manje. Cilj je, da kompletan baterijski paket, uključujći elektroniku, hlađenje i kućište, košta manje od 100 dolara, možda 60 ili 70 dolara na kilovatni sat.

Problem je, kako dovoljno brzo povećati broj fabrika za proizvodnju baterija, da bi mogli pokriti potrebe automobilskih kompanija, koje prave sve više električnih automobila.  S obzirom da nije jasno, da li će biti dovoljno baterija, mnogobrojne automobilske kompanije počele su se i same baviti baterijama. Jedna od tih kompanija je Volkswagen, koja sledi primer Tesle.

N1: Koliko su dobre trenutne baterije za električne automobile? Šta na tom području želite postići u narednim godinama?

Deo sam takozvanog konzorcijuma Battery 500. Naš cilj je da postignemo da se gustina energije baterija sa današnjih 250 vatnih sati na kilogram težine poveća na 500. Na ovaj način bi baterije mogle biti jednake veličine i mnogo izdržljivije, mogli bi voziti duže. S druge strane to bi omogućilo proizvodnju manjih baterija, a samim tim i manjih električnih automobila za one koji ih žele.

To znači da je naš cilj da se poveća gustina energije i dalje snižavati troškove proizvodnje baterija. Jedna od ključnih stvari je da iz baterija želimo da odstranimo sav kobalt, koji uglavnom dolazi iz Konga. To je važan troškovni identifikator i bitna problematika, kada se radi o životnoj sredini, lancu snabdevanja i radu dece, većina toga se odnosi na Kongo.

N1: Čime možemo nadomestiti kobalt?

To je uglavnom nikl, možda sa prstohvatom magnezijuma, aluminijuma ili nečeg drugog, kako bi mu se osigurala stabilnost, koju je osiguravao kobalt. Većina proizvođača automobila je sa trećine kobalta prešla na deset procenata kobalta, dok kompanije, kao što je Tesla, koriste možda samo pet procenata kobalta. Međutim, svi vaši mobilni telefoni još uvek su stoprocentno kobaltni, zbog čega na ovom području i dalje trebamo neko rešenje.

N1: Sve vreme govorimo o električnim automobilima, a zaboravljamo teška vozila i avione. Da li će baterije za njih biti dovoljno izdržljive?

U testnom centru američkog proizvođača srednjih i teških kamiona „Peterbilt Motors Company“ u saveznoj državi Vašington vozio sam električni kamion sa 16 točkova. Znači, takva vozila već postoje i koriste ih za prevoz tereta na kratke udaljenosti, za duge ne. Obično prevoze kontejnere sa brodova u distributivne centre.

Na ovom području mnogo se govori o korišćenju vodonikovih gorivnih ćelija, ali će i dalje morati da se koriste litijum-jonske baterije, jer gorivne ćelije ne omogućavaju poboljšanje ili regenerativno kočenje (vozilo prilikom kočenja obnavlja kinetičku energiju što smanjuje potrošnju goriva i emisije). Znači i dalje ćete imati bateriju. Kako bi ona bila potpuno napunjena, pobrinuće se vodonikova gorivna ćelija, to ćemo puniti na punjačnicama uz glavne autoputeve.

Problem je u tome da još uvek ne znamo da napravimo takozvani zeleni vodonik, jer ga još uvek proizvodimo od zemnog gasa ili nafte, što nije dobro. Moramo da pronađemo načine za proizvodnju zelenog vodonika.

N1: Kada možemo očekivati razvoj električnih aviona? Da li je to uopšte moguće u budućnosti?

U zavisnosti od toga koja će biti njihova veličina. Dve ili tri kompanije proizvode avione, koji će moći prevoziti troje ili četvoro ljudi ili robu – na primer hitna medicinska pomagala sa periferije u centre gradova. Velike reaktivne avione nećemo moći da zamenimo baterijama, to jedostavno nije moguće, za te avione će nam i dalje biti potrebna nafta.

N1: Kako će po vašim predviđanjima teći dalji razvoj litijumskih baterija? Koja su ograničenja sadašnjih baterija i šta želite da postignete u njihovom razvoju? Na koje zanimljive pristupe u njihovom razvoju najviše računate?

U konzorcijumu Battery 500 ne bavimo se litijum-jonskom tehnologijom, naprotiv bavimo se povratku metalnom litijumu, jer bi se na taj način energetska gustina baterija povećala za barem 50 procenata, možda čak i 100. Želimo da se rešimo grafita, koji se trenutno nalazi u baterijama.

Anodi (negativnoj elektrodi), u kojoj se nalazi litijum, trenutno je potrebno 72g grafita, što predstavlja veliki gubitak težine, pored toga grafit zauzima polovinu volumena baterije. Jako se trudimo da se rešimo što više ugljenika u anodi, jer se na taj način energetska gustina povećava za barem 50, možda sto procenata.

N1: Jedna od obećavajućih tehnologija, o kojima se poslednjih godina mnogo govori, su baterije s čvrstim elektrolitom (eng. solid-statebattery), koje bi zbog veće bezbednosti i veće energetske gustine dovele do revolucije u načinu korišćenja, te punjenja električnih automobila. Da li mislite da je to budućnost? Koje bi mogle biti prednosti ovih baterija u odnosu na litijum-jonske?

To je svakako jedna od mogućnosti za baterije budućnosti, koje će biti mnogo bezbednije jer koriste čvrsti elektrolit, koji nije zapaljiv. Danas još nije jasno da li imaju dovoljno energetske izdržljivosti za električna vozila, zbog čega mislim da ćemo ih prvo koristiti u manjim napravama. Jako bi me iznenadilo ukoliko većina naših mobilnih naprava, satova, telefona… u budućnosti ne bi koristila ove baterije. Na ovaj način bi baterija iste veličine imala 50 procenata više energije, ili bi baterije postale manje.

Baterija s čvrstim elektrolitom je, naime, na tržištu već na raspolaganju, nudi je kompanija „Blue Solutions“ iz Francuske. Koristi se u manjim automobilima, Mercedes Benz ih koristi u svojim električnim autobusima. Međutim, ova baterija radi pri približno 70 stepeni Celzijusa, zbog čega je nećete moći koristiti za svoje prenosive naprave ili lične automobile. Znači ovo su počeci, koji ukazuju da je to moguće.

N1: Svaka tehnologija može se koristiti za dobre ili loše stvari i aplikacije. Možete li izdvojiti neke od negativnih vidika litijum-jonskih baterija?

Svi znamo da zbog baterija više nemamo slobode. U sred noći dobijamo poruke na svojim rečunarskim i mobilnim aparatima i ljudi od nas očekuju da ćemo odgovoriti. Ukoliko ne bi imali litijum-jonske baterije, ne bi imali pametne telefone, prenosive računare i sve te naprave.

Trenutno je jedan od većih problema litijum-jonskih baterija u tome, da nam je za proizvodnju baterije snage jednog kilovat sata potrebno 60 do 80 kilovat sati energije. Delimično je to zbog toga jer se materijali dva ili tri puta šalju naokolo po svetu, 90 procenata ih u nekom momentu ide preko Kine. To se mora zaustaviti.

Pravo rešenje je da sve protiče lokalno – rudarite u Skandinaviji, tamo imate čistu hidroenergiju, a zatim materijal vozite do recimo Nemačke ili druge države u kojoj ćete proizvoditi baterije. Na ovaj način bi baterije bile mnogo održivije.

Drugo očigledno rešenje je da sve baterije moramo reciklirati. Ne znam kakav je postupak u Evropi, mislim da se u SAD obično većina telefona i prenosivih računara ne reciklira. Ove materijale moramo početi da recikliramo, te ih napraviti održivijim za životnu sredinu.

N1: Klimatske promene su nesumnjivo jedno od odlučujućih pitanje našeg vremena. Kakav uticaj imaju litijum-jonske baterije na klimatske promene? U nekom intervjuu ste izjavili da će nam malo više pomoći u svladavanju klimatske promene. Kako?

Spomenuo sam objekat u Kaliforniji – baterijsko skladište energije, snage 1,2 gigavat sata, koje je nadomestilo gasnu elektranu. Celokupnu opremu za gasnu elektranu su odstranili i nadomestili je litijum-jonskim baterijama. Sada koriste suvišnu solarnu energiju za punjenje tih baterija tokom dana i tu energiju koriste kada se javi potreba.

To je zaista idealna aplikacija, jer već imate električnu mrežu i svu potrebnu infrastrukturu, treba se samo rešiti elektrane s prljavim izvorom energije i u nju smjestiti litijum-jonske baterije. U svetu postoji mnogo elektrana na ugalj – rešite ih se i umesto njih postavite litijum-jonske baterije. U Evropi imate vetro i hidro elektrane – možete ih puniti kada imate višak energije i koristiti je kada bude potrebno.

N1: Po vašem mišljenju, budućnost društva bez fosilnih goriva su baterije. Ali za njih nam i dalje treba električna energija koju uglavnom dobijamo na ekološko neodrživ način. Da li smo sposobni da proizvedemo dovoljno čiste energije za sve te baterije?

Očigledno je to u nekim delovima Evrope i sveta moguće. Mislim da u Skandinaviji postoji veliki broj hidroelektrana, Francuska je uglavnom nuklearna, u kanadskoj provinciji Kvebek je 90 procenata hidroelektrana, u saveznoj državi Njujork će u narednih pet godina biti 50 ili 60 procenata čiste energije – mislim, da su poslednje elektrane na ugalj ugašene ili će uskoro biti.

Na nekim lokacijama to se događa mnogo brže nego na drugim. Ne znam kako je u vašoj državi – imate planine, zbog čega pretpostavljam, da imate nešto hidroelektrana… Pored baterija je, gde je to izvodivo, dobro skladište za čuvanje energije i hidroelektrana sa pumpnim akumulacijama.

Najočiglednija mera, koja nam je potrebna pored korištenja baterija, je štednja električne energije. To je najbolji način da postanete zeleni. Po mojim podacima Severna Amerika – SAD i Kanada – potroši dva puta više električne energije po osobi od Zapadne Evrope. To moramo smanjiti. Jedan od najlakših načina da postanemo zeleni je da potrošimo manje električne energije i nafte. To nas zapravo ništa ne košta i možda nam čak i uštedi novac.

N1: Da li mislite da kao društvo imamo sposobnost i pre svega volju, da napravimo ove promene?

Odnosi variraju. U SAD smo imali predsednika, kojem su dolari i prijatelji bili važniji od klime, isto važi i za Brazil i brojne druge države. Stvarno ih nije nije briga za klimu. Mi moramo da ohrabrimo sve da se zauzmu za ovo. Događaji na severozapadu SAD i u kanadskoj provinciji Britanska Kolumbija krajem juna bili su jasna poruka svima, da je globalno zagrevanje stvarno.

Najviše temeperature u mestu Liton u Britanskoj Kolumbiji iznosile su 50 stepeni Celzijusa. Mislim da su ljudi videli da je globalno zagrevanje stvarno. Jedan dan su imali rekord, a sledeći dan je njihovo mesto izgorelo i sve su morali da se evakuišu. Takođe i poljoprivrednici u Kaliforniji su prestali sa uzgojem jer ove godine nije bilo dovoljno vode. Ljudi moraju da razumeju da je globalno zagrevanje stvarno.

N1: Čemu se u budućnosti najviše radujete?

Mislim, tome da ćemo se vratiti u normalan život.

N1: Mislite posle pandemije?

Da. Jer je sve otišlo dođavola i mislim, da je zabrinjavajuće da su emisije CO2 opet tamo, gde su bile ranije. Pozitivna stvar je možda, da mnogi od nas ne lete više toliko, međunarodnih putovanja je i dalje vrlo malo. Mnogo više sastanaka danas se odvija preko interneta. To je dobar znak.

Mislim, da je većina ljudi odlučila da ne vredi leteti dva dana u Evropu ili Aziju i dva dana nazad, samo zato da bi prisustvovali jednodnevnom sastanku. Danas to možemo učiniti preko Zooma ili sličnih platformi. Sada mogu ujutru predavati u Londonu, a zatim u vreme ručka u SAD, uveče u Aziji. Zanimljivo je da su ljudi, posebno studenti, mnogo spremniji da postavljaju pitanja preko interneta, čini se da se tako osećaju mnogo udobnije.

Pored toga, moramo sebi vratiti slobodu, da ne budemo robovi sve te nove tehnologije.

N1: Čini se da ste vrlo kritični prema korišćenju nove tehnologije. Posebno jer su baterije, čijem izumu ste pomogli, omogućile ovako masovno korišćenje svih tih tehnologija.

Možda nisam bio jasan, sviđa mi se, iako se moramo pobrinuti da ne preuzme naš život.

N1: Kada se osvrnete na svoju karijeru, šta bi rekli, da je bio ključni element, da ste postigli to što ste postigli?

To da nisam radio uobičajene stvari, nisam bio konzervativan. Ukoliko želiti da napravite proboj, morate rizikovati. Drugi ključni element je da radite u timovima, ne sami. Kada sam sedamdesetih godina prošlog veka radio u kompaniji „Exxon“, imali smo tim, u kojem je u početku bilo približno pet ljudi, a koji se vremenom širio.

Danas je nauka vrlo komplikovana i ne može da funkcioniše bez političara i ekonomista, zbog toga svi moramo sarađivati. Moramo međusobno razgovarati, moramo obrazovati političare i širu javnost. Glavna stvar je: ne radite obične stvari, budite hrabri, rizikujte i sarađujte sa drugima.

Komentari

Vaš komentar