Eno so napovedi, drugo je realno stanje

Električni avtomobili in baterije zanje so zadnja leta velika evropska tema. Načrti za oboje so nadvse ambiciozni, z napadom Rusije na Ukrajino pa se je tudi na tem področju pojavilo marsikatero vprašanje. A vendarle gre razvoj baterij naprej in seveda smo profesorja Roberta Dominka, raziskovalca in vodjo laboratorija za moderne baterijske sisteme na ljubljanskem Kemijskem inštitutu, povprašali tudi o novih rešitvah in usmeritvah.

Evropska unija je sprejela veliki zeleni načrt in v njem tudi cilj prehoda na okolju prijaznejši promet. Veliko se dogaja na temo baterij za električna vozila, ustanovljeno je bilo partnerstvo na področju baterij, gre za množico projektov v skupni vrednosti kar 127 milijard evrov. Potem pa se je zgodil ruski napad na Ukrajino, začela se je vojna, nenadoma je avtomobilska industrija ostala brez nekaterih pomembnih dobav surovin, tudi za baterije. Bi lahko to opisana prizadevanja upočasnilo, celo ustavilo?

Kvečjemu bi bilo treba vse to še bolj pospešiti. Tudi francoski predsednik Emmanuel Macron je pred časom dejal, da bo potrebno še veliko več vložiti v raziskave, da se približamo energetski neodvisnosti – da bomo z lastno proizvodnjo energije dosegli čim manjšo odvisnost od fosilnih energentov. Upam pa, da sredstev, ki jih je Evropa namenila za zeleni prehod, ne bo preusmerila za kakšne druge potrebe. Če pa govorimo o surovinah, je pač tako, da tu neodvisnosti ne bomo dosegli nikoli, nekaterih surovin pač nimamo dovolj.

Evropski načrti za izgradnjo tovarn baterij so orjaški, do leta 2030 naj bi se proizvodnja baterij na starem kontinentu povečal za šestkrat – na skoraj 800 gigavatnih ur na leto. Nikelj, na primer, prihaja predvsem iz Rusije, bo glede na sedanje dogajanje za vse to dovolj surovin?

Za potrebne surovine je bilo vse dobro premišljeno do trenutne krize, zdaj je vse vprašljivo. Vse začrtane smernice je treba preveriti in videti, kako je z možnostjo izvedbe.

Profesor Robert Dominko, raziskovalec in vodja laboratorija za moderne baterijske sisteme na ljubljanskem Kemijskem inštitutu. FOTO: Jože Suhadolnik/Delo

Kako pa je z litijem? Tu je ne glede na vojno še znana zgodba iz Srbije in prekinitev načrtov za pridobivanje.

Kljub temu je zalog litija dovolj. Tako, kot je mogoče na primer iz morske vode pridobivati uran, je mogoče pridobivati tudi litij.

Pred časom so prišla poročila, da so velike zaloge litija odkrili v Nemčiji v Zgornjem Porenju. Veste kaj več o tem?

Gre za staro gorstvo, očitno so tam našli zaloge, prav veliko pa tudi sami ne povedo. Naj pa dodam, da je po svetu tudi veliko zalog natrija, s katerim je mogoče zamenjati litij, vsaj za nekatere aplikacije.

Pri baterijah je stalna tema, kdaj bodo cenejše. Podjetje Tesla je imelo napoved v tej smeri, zdaj pa se kaže, da je pot do takšnega izdelka težja, kot se je sprva zdelo?

Eno so napovedi, ki so lahko zelo optimistične, druga stvar pa je realno stanje, ki je odvisno od dinamike celotne družbe. To slednje je danes zelo turbulentno in je težko predvideti, kakšne bodo cene energentov in surovin. Še najlažje je predvideti, kakšna bo cena delovne sile. Delež slednje je sicer v proizvodnji baterije dokaj majhen.

Menda ni težava za cenejšo baterijo le v razvoju njene kemijske zasnove, ampak tudi v samem postopku proizvodnje. Šef Tesle Elon Musk govori o postopku »dry electrode manufacturing«, ki so ga kupili od zagonske družbe Maxwell Technologies, a tega procesa menda še niso vzpostavili. Za kaj gre pri tej vrsti proizvodnje?

Gre za to, da se izognemo stopnji sušenja, ki je energijsko in časovno zelo potraten proces. Ta stopnja namreč ni tako nedolžna, vsa topila, ki se uporabljajo, niso ravno okolju prijazna, zato je treba vzpostaviti zaprti krog, ki onemogoča izstop topil v okolico.

Kako daleč smo v razvoju baterije s tako imenovanim trdnim elektrolitom, ki naj bi prinesla bistveno večjo zmogljivost in zanesljivost hkrati?

Kalifornijsko podjetje Quantum Scape objavlja kar spodbudne novice, a se znova postavlja vprašanje, kako narediti proizvodnjo komercialno zanimivo. Če se lahko malce pohvalim, smo na Kemijskem inštitutu dobili evropska sredstva skupaj s francosko družbo Blue Solutions, ki je član skupine Bollore, in sicer za razvoj polimernega elektrolita. Je tudi trden, a drugačen. Bollore ima ta polimerni elektrolit, mi pa imamo smernice, kako vse skupaj izboljšati, da bo delovalo pri sobni temperaturi. Uporaba polimernih elektrolitov se mi zdi veliko bolj obetavna, tudi v smislu, kako priti do proizvodnje večjega obsega.

Nam razložite razliko med polimernim in trdnim elektrolitom?

Pri polimernem elektrolitu gre za dolge molekulske verige, po katerih se med praznjenjem in polnjenjem premika litij. Trdni elektrolit pa je keramika, litij se premika po tem materialu. Hitrost njegovega premikanja je v obeh primerih podobna.

So se v zadnjem času poleg rešitev na področju elektrolita uveljavile tudi kake izboljšave na anodi ali katodi?

Nekateri proizvajalci nakazujejo novo smer razvoja, da se na anodi sploh ne uporablja litij ali kakšen gostiteljski material, temveč se uporabi le tokovni nosilec. Uporabimo le tisti litij, ki je shranjen na začetku v katodnem materialu. Če bo prišlo do komercializacije te rešitve, bo šla energijska gostota precej nad vrednost 500 Wh/kg, kolikor je sicer cilj. S tem bi se precej povečal doseg električnega vozila. Če gledamo volumetrično, bi dosegli 1300 Wh/l – danes je gostota v tem merilu za polovico manjša.

Kar zadeva katodo – na Norveškem nastaja tovarna, kjer bodo uporabljali baterijsko celico s katodo, ki bo delovala z napetostjo 4,2 volta, danes je to 3,7 volta. To se morda ne sliši veliko, a razlika pomeni za približno petino več energije.

Na Kemijskem inštitutu smo dobili evropska sredstva skupaj s francosko družbo Blue Solutions za razvoj polimernega elektrolita, pravi Robert Dominko. FOTO: Jože Suhadolnik/Delo

Pred časom ste na Kemijskem inštitutu veliko dela posvečali razvoju žveplove baterije. Kako je z njo?

Še vedno je zanimiva, a ne več toliko za avtomobilsko industrijo, čeprav lahko shrani veliko energije na maso. Težava je v volumetrični gostoti, ki je nižja od trenutne Li-ionske tehnologije, kar pomeni, da bi lahko imeli lažje pa tudi veliko večje baterije. V električnih vozilih pa je velikost večja ovira kot teža.

Podjetja Tesla naj bi te dni končno odprlo veliko tovarno avtomobilov in baterij v Berlinu. Kako sami gledate na njihov (proizvodni) prihod v Evropo. Je to dobro ali je to grožnja?

Mislim, da je to odlično, predvsem z vidika izobraževanja kadra. Imajo že proizvodnjo v ZDA in tam vse utečene protokole. Če pomislite na domače podjetje, ki vzpostavlja proizvodnjo – morda jim uspe privabiti koga iz Tesle; lahko pride človek, ki bo natančno vedel, kako vse poteka in bo lažje začeti. Nenazadnje se bodo v Berlinu in v Tesli zaposlili tudi ljudje iz naših krajev. Poznam takšen primer magistre s področja kemije, ki bo zaposlena v pripravljalnici materialov.

Nekateri navdušenci nas sicer prepričujejo v nasprotno, a večina novinarjev, ki preizkušamo električne avtomobile, meni, da so še vedno bistveno predragi. Zakaj se ne da izdelati spodobnega cenejšega električnega avtomobila – če že govorimo o želeni množičnosti?

To je zelo dobro vprašanje, na katero ne znam odgovoriti. Danes stane kilovatna ura baterije zaokroženo 150 evrov. Če imamo na primer zmogljivost baterije v električnem avtomobilu 50 kWh, je to približno 7500 evrov. To že presega proizvodno ceno povprečnega vozila z motorjem na notranje zgorevanje.