Da ne bi zamudili najboljših sedežev na vlaku
Robert Dominko poudarja, da na Zemljo na leto pade veliko več obnovljive energije, kot je človeštvo porabi. Slaba lastnost je, da viri niso konstantni.
Odpri galerijo
Če ne bomo rešili problema shranjevanja energije iz obnovljivih virov, energije tudi ob dodatnih jedrskih elektrarnah ne bo dovolj, poudarja Robert Dominko, vodja laboratorija za moderne baterijske sisteme. FOTO: Blaž Samec/Delo
Ko smo se v preteklosti pogovarjali z Robertom Dominkom, si nismo mislili, kako velika tema bodo v nekaj letih postali električni avtomobili, in še posebej zanje potrebni akumulatorji. Evropska unija ima na tem področju ogromne načrte, kar pa poleg razvoja akumulatorske tehnike narekuje zahteve še za marsikaj drugega, tudi ustrezno število ljudi, ki se bodo s tem področjem ukvarjali
Zdaj že vsi govorijo, da se v Evropi vzpostavlja proizvodnja akumulatorjev, kar bo kmalu realnost. A s to realnostjo se odpira vprašanje, kdo bo to delal, kdo bo te nove proizvodne obrate upravljal, ali sploh imamo usposobljeno delovno silo. Če proizvodnje doslej še ni bilo, tudi ni bilo mehanizmov, s katerimi bi zagotavljali visoko kvalificirane kadre. Tu mislim tako na samo proizvodnjo, ki ni tako delovno intenzivna, v bistvu zelo avtomatizirana, do vseh spremljevalnih dejavnosti v celotni verigi proizvodnje akumulatorjev.
Moramo začeti že pri izkoriščanju rudnin, nekatere države imajo več, druge manj nahajališč. Finska, na primer, ima veliko stvari vzpostavljenih okoli svojih nahajališč kobalta, podobno Portugalska, ki ima litij; slednjega je nekaj tudi na širšem območju Balkana, poleg omenjenih je tu še baker. To je začetek verige; po čiščenju surovin sledi sinteza aktivnih materialov in potem proizvodnja litij-ionskih akumulatorjev, pa integracije v različne aplikacije izdelka in končno še njihovo drugo življenje ali razgradnja. Glede na študijo, ki smo jo opravili znotraj projekta Batteries Europe v sodelovanju z inštitutom Fraunhofer, bo za proizvodnjo ene gigavatne ure akumulatorjev neposredno potrebnih od sto do 150 ustrezno izobraženih delavcev na različnih delovnih mestih, posredno pa kar od 300 do 500. Če si predstavljamo, da bomo imeli več sto gigavatnih ur proizvodnje, si približno lahko predstavljamo, kakšna bo potreba po izobraženem kadru.
S področja strojništva, kemije, elektrotehnike, a tudi s področja sociologije, družboslovja, ekonomije – potreben je celoten spekter. Širok spekter tudi zato, da bodo kadri imeli izobrazbo prve in druge bolonjske stopnje in da bodo seveda tudi akademsko izobraženi. Nekaj potreb se sicer že pokriva, a to je toliko kot kapljice dežja v Sahari. Treba bo poskrbeti tudi za izobraževanje na ravni poklicnega izobraževanja, izobraževanje uporabnikov novih tehnologij in širše javnosti.
Če greva morda le na izhodišče – v Ljubljani je nekaj takšnega, šola že obstaja. Gre za konzorcij petih univerz (ljubljanska s fakulteto za kemijo in kemijsko tehnologijo, dve francoski univerzi – v Toulousu in Amiensu, univerza v Varšavi, univerza v Bilbau). Med 314 prijavami izbiramo 30 kandidatov za šolanje v programu, ki izobražuje visoko usposobljene magistrske študente na področju znanosti o materialih za shranjevanje in konverzijo energije. Evropska komisija financira dobro polovico teh mest, za drugi del pa prihajajo sredstva iz zasebnih podjetij oziroma različnih institucij. Ti perspektivni kadri naj bi bili kot seme za nadaljevanje razvoja. Poleg tega na ravni EU pripravljamo poseben dokument, ki bo priporočilo vsem članicam, kako naj se lotijo izobraževanja, kje se kažejo potrebe.
Nekaj se nakazuje, je želja in zavedanje, da kadra za to tehnologijo nimamo. Imam pa občutek, da marsikatero podjetje še vedno ni odločeno, ali v to iti ali ne. Upam, da ne bodo zamudila najboljših sedežev na vlaku.
Tudi na druge. Seveda se največ dogaja na področju same avtomobilske proizvodnje, a so tudi druge stvari. Zavedati se moramo, da če ne bomo rešili problema shranjevanja energije iz obnovljivih virov, energije tudi ob dodatnih jedrskih elektrarnah ne bo dovolj. Cilj je namreč, da moramo elektrificirati čisto vse, kar je mogoče, in se s tem približati ciljem evropskega zelenega dogovora.
Obnovljive energije je veliko. Na Zemljo je na leto pade veliko več, kot je človeštvo porabi. Če bi to izkoristili, bi zadovoljili trenutne potrebe. Slaba lastnost pa je, da ti viri obnovljive energije niso konstantni, zato potrebujemo shranjevanje, bodisi v akumulatorje, ali shranjevanje za proizvodnjo zelenega vodika, vztrajnike … Ekonomska upravičenost bo narekovala, kaj od tega bo prevladalo.
Nekje sem rekel, da vselej, ko prideš do enega obzorja in misliš, da je konec, se ti odpre novo. Imam občutek, da je trenutno razvoj akumulatorjev s tako imenovanim trdnim elektrolitom (solid state battery) nekoliko zastal, da so se nekateri zaleteli v zid; eno od podjetij, ki ga razvijajo, je izjavilo, da je zadnjih deset odstotkov potrebnega razvoja pretežkih in da odstopajo od nadaljnjega razvoja in s tem komercializacije. Moramo se zavedati, da je zdaj v akumulatorju le ena tretjina materialov, ki so namenjeni za shranjevanje energije, ostali so potrebni za funkcionalnost. Nobelov nagrajenec na tem področju Stanley Whittingham ocenjuje, da bi lahko s sedanjega 33-odstotnega prišli do 50-odstotnega izkoristka in tako bi že res veliko naredili.
Je pa Teslov prvi mož Elon Musk lani novembra napovedal nova področja, kako proizvesti litij-ionski akumulator, da dobimo še dodatno energijo, ki jo je mogoče shraniti. Cilj je, da bi šli popolnoma stran od niklja in kobalta, ki sta dokaj kritična elementa, in da v akumulator sploh ne bi vgradili anode, ampak bi uporabili za delovanje samo tisti litij, ki je v katodi. Včasih se nam je to raziskovalcem zdelo preveč zapleteno, a znanost gre naprej. Predvidevam, da bi takšen koncept moral biti komercializiran tja do 2030.
Na katodno stran namestimo poceni in okoljsko sprejemljive materiale, kot sta litijev železov fosfat ali litijev manganov fosfat, na drugo, na anodo, pa samo tokovni nosilec, tako da litij iz prej omenjenih spojin preide na ta tokovni nosilec in potem nazaj v strukturo. Potrebujemo pa ob tem zelo dobro zaščitno plast, ki nam bo omogočila, da bo litij, ki bo šel iz katodne strukture, zmožen priti nazaj, da ga ne bo kdo, po domače rečeno, pojedel.
Energijska gostota bi bila tako volumsko kot masno višja, cena pa nižja. Vse skupaj bi prineslo okoli 20 odstotkov nižje materialne stroške za sam akumulator. Stroški materiala danes predstavljajo 60 do 70 odstotkov končne cene akumulatorske celice.
V bistvu vsi deli sveta, ki so bili že doslej vodilni, Azija s Kitajsko, Japonsko in Južno Korejo, ZDA in Evropa organizirata vse potrebne aktivnosti, ki naj bi omogočile, da bodo dohiteli vodilne države na tem področju. V Evropi je tako nastalo tako imenovano »Battery partnership«, ki bo harmoniziralo delovanje različnih pobud in mehanizmov, vzpostavljenih za razvijanje proizvodnih zmogljivosti in med drugim tudi nadaljnjih raziskav.
Odprli smo nekatere nove smeri, predvsem vpeljavo pametnih funkcij v akumulatorski celici, gre za senzorje v celici, s katerimi bi jim podaljšali življenjsko dobo in zanesljivost. Letos bomo zaključili raziskavo prototipov magnezijevih akumulatorjev za Hondo, oni se bodo odločili, ali so pravi. Poteka tudi pobuda, da bi se v Sloveniji vzpostavil baterijski center, da bi tudi druga podjetja lahko iskala svoje poslovne priložnosti. To bilo v zasavski regiji, v letu ali dveh bi morala biti sprejeta odločitev, ali bomo to imeli, sicer bo prepozno.
Sam sem mnenja, da bodo postavljali tovarne tam, kjer se bo bodisi proizvajali materiali ali pa se bodo vgrajevale celice v končne produkte.
Tega ne razumem najboljše. Če rečemo, da se je cena akumulatorjev že spustila do 150 evrov na kWh in imamo v avtu akumulator s 60 kWh, bi bilo to 9000 evrov. To naj bi bila približno polovica cene avtomobila, vsaj po zatrjevanju. Verjamem, da imajo še vsa dodatna elektronika, motor in izdelava neko vrednost. Koliko je možnosti, da se to zniža, mi ni znano. Za ceno proizvodnje akumulatorjev pa lahko pričakujemo, da se bo znižala še za polovico, da bo za 60 kWh cena okoli 5000 evrov.
Na to gledam malce širše, kaj bo naša generacija zapustila vnukom. Tudi če ne bomo nadaljevali v dosedanjem slogu, ko poraba energije na letni ravni narašča za nekaj odstotkov. Klimatske spremembe so dejstvo, poleg tega veliko ljudi umre zaradi onesnaženosti zraka. Zaradi tega sem vesel, da smo priča spremembam, če že ni prepozno. Moramo se vprašati, ali smo ljudje že na takšni ravni zavedanja, da vemo, kaj počnemo z okoljem, ali pa smo tako sebični, da nam gre le za ugodje.
Znana je velika evropska pobuda na področju razvoja in proizvodnje akumulatorjev; kot se zdaj napoveduje, se bo vse to zdaj prestavilo v še višjo prestavo, da bodo cilji hitreje doseženi. Kakšni konkretno so ti pospešeni načrti?
Zdaj že vsi govorijo, da se v Evropi vzpostavlja proizvodnja akumulatorjev, kar bo kmalu realnost. A s to realnostjo se odpira vprašanje, kdo bo to delal, kdo bo te nove proizvodne obrate upravljal, ali sploh imamo usposobljeno delovno silo. Če proizvodnje doslej še ni bilo, tudi ni bilo mehanizmov, s katerimi bi zagotavljali visoko kvalificirane kadre. Tu mislim tako na samo proizvodnjo, ki ni tako delovno intenzivna, v bistvu zelo avtomatizirana, do vseh spremljevalnih dejavnosti v celotni verigi proizvodnje akumulatorjev.
Moramo začeti že pri izkoriščanju rudnin, nekatere države imajo več, druge manj nahajališč. Finska, na primer, ima veliko stvari vzpostavljenih okoli svojih nahajališč kobalta, podobno Portugalska, ki ima litij; slednjega je nekaj tudi na širšem območju Balkana, poleg omenjenih je tu še baker. To je začetek verige; po čiščenju surovin sledi sinteza aktivnih materialov in potem proizvodnja litij-ionskih akumulatorjev, pa integracije v različne aplikacije izdelka in končno še njihovo drugo življenje ali razgradnja. Glede na študijo, ki smo jo opravili znotraj projekta Batteries Europe v sodelovanju z inštitutom Fraunhofer, bo za proizvodnjo ene gigavatne ure akumulatorjev neposredno potrebnih od sto do 150 ustrezno izobraženih delavcev na različnih delovnih mestih, posredno pa kar od 300 do 500. Če si predstavljamo, da bomo imeli več sto gigavatnih ur proizvodnje, si približno lahko predstavljamo, kakšna bo potreba po izobraženem kadru.
Po kakšnih kadrih bo potreba?
S področja strojništva, kemije, elektrotehnike, a tudi s področja sociologije, družboslovja, ekonomije – potreben je celoten spekter. Širok spekter tudi zato, da bodo kadri imeli izobrazbo prve in druge bolonjske stopnje in da bodo seveda tudi akademsko izobraženi. Nekaj potreb se sicer že pokriva, a to je toliko kot kapljice dežja v Sahari. Treba bo poskrbeti tudi za izobraževanje na ravni poklicnega izobraževanja, izobraževanje uporabnikov novih tehnologij in širše javnosti.
Bodo to povsem nova podjetja? Kot razumem, gre za sredstva EU in po drugi strani za zasebne naložbe.
Če greva morda le na izhodišče – v Ljubljani je nekaj takšnega, šola že obstaja. Gre za konzorcij petih univerz (ljubljanska s fakulteto za kemijo in kemijsko tehnologijo, dve francoski univerzi – v Toulousu in Amiensu, univerza v Varšavi, univerza v Bilbau). Med 314 prijavami izbiramo 30 kandidatov za šolanje v programu, ki izobražuje visoko usposobljene magistrske študente na področju znanosti o materialih za shranjevanje in konverzijo energije. Evropska komisija financira dobro polovico teh mest, za drugi del pa prihajajo sredstva iz zasebnih podjetij oziroma različnih institucij. Ti perspektivni kadri naj bi bili kot seme za nadaljevanje razvoja. Poleg tega na ravni EU pripravljamo poseben dokument, ki bo priporočilo vsem članicam, kako naj se lotijo izobraževanja, kje se kažejo potrebe.
Za proizvodnjo ene gigavatne ure akumulatorjev bo neposredno potrebnih od 100 do 150 ustrezno izobraženih delavcev na različnih delovnih mestih, posredno pa kar od 300 do 500, pravi Robert Dominko. FOTO: Blaž Samec/Delo
Je kakšna zasebna pobuda prisotna tudi v Sloveniji?
Nekaj se nakazuje, je želja in zavedanje, da kadra za to tehnologijo nimamo. Imam pa občutek, da marsikatero podjetje še vedno ni odločeno, ali v to iti ali ne. Upam, da ne bodo zamudila najboljših sedežev na vlaku.
Tu mislite na dosedanje dobavitelje avtomobilski industriji ali tudi na druge?
Tudi na druge. Seveda se največ dogaja na področju same avtomobilske proizvodnje, a so tudi druge stvari. Zavedati se moramo, da če ne bomo rešili problema shranjevanja energije iz obnovljivih virov, energije tudi ob dodatnih jedrskih elektrarnah ne bo dovolj. Cilj je namreč, da moramo elektrificirati čisto vse, kar je mogoče, in se s tem približati ciljem evropskega zelenega dogovora.
Kako je pravzaprav z dosegljivostjo obnovljive energije?
Obnovljive energije je veliko. Na Zemljo je na leto pade veliko več, kot je človeštvo porabi. Če bi to izkoristili, bi zadovoljili trenutne potrebe. Slaba lastnost pa je, da ti viri obnovljive energije niso konstantni, zato potrebujemo shranjevanje, bodisi v akumulatorje, ali shranjevanje za proizvodnjo zelenega vodika, vztrajnike … Ekonomska upravičenost bo narekovala, kaj od tega bo prevladalo.
Še smo pri kemijski sestavi akumulatorjev iz litijevih ionov – kako je z izboljšavami, do kod je mogoče priti glede energijske gostote?
Nekje sem rekel, da vselej, ko prideš do enega obzorja in misliš, da je konec, se ti odpre novo. Imam občutek, da je trenutno razvoj akumulatorjev s tako imenovanim trdnim elektrolitom (solid state battery) nekoliko zastal, da so se nekateri zaleteli v zid; eno od podjetij, ki ga razvijajo, je izjavilo, da je zadnjih deset odstotkov potrebnega razvoja pretežkih in da odstopajo od nadaljnjega razvoja in s tem komercializacije. Moramo se zavedati, da je zdaj v akumulatorju le ena tretjina materialov, ki so namenjeni za shranjevanje energije, ostali so potrebni za funkcionalnost. Nobelov nagrajenec na tem področju Stanley Whittingham ocenjuje, da bi lahko s sedanjega 33-odstotnega prišli do 50-odstotnega izkoristka in tako bi že res veliko naredili.
Je pa Teslov prvi mož Elon Musk lani novembra napovedal nova področja, kako proizvesti litij-ionski akumulator, da dobimo še dodatno energijo, ki jo je mogoče shraniti. Cilj je, da bi šli popolnoma stran od niklja in kobalta, ki sta dokaj kritična elementa, in da v akumulator sploh ne bi vgradili anode, ampak bi uporabili za delovanje samo tisti litij, ki je v katodi. Včasih se nam je to raziskovalcem zdelo preveč zapleteno, a znanost gre naprej. Predvidevam, da bi takšen koncept moral biti komercializiran tja do 2030.
Robert Dominko pravi, da poteka pobuda za vzpostavitev baterijskega centra v Sloveniji, da bi tudi druga podjetja lahko iskala svoje poslovne priložnosti. FOTO: Blaž Samec/Delo
Nam še malce razložite, kako bi bil zasnovan takšen akumulator?
Na katodno stran namestimo poceni in okoljsko sprejemljive materiale, kot sta litijev železov fosfat ali litijev manganov fosfat, na drugo, na anodo, pa samo tokovni nosilec, tako da litij iz prej omenjenih spojin preide na ta tokovni nosilec in potem nazaj v strukturo. Potrebujemo pa ob tem zelo dobro zaščitno plast, ki nam bo omogočila, da bo litij, ki bo šel iz katodne strukture, zmožen priti nazaj, da ga ne bo kdo, po domače rečeno, pojedel.
Takšen akumulator bi bil cenejši, tudi sposobnejši?
Energijska gostota bi bila tako volumsko kot masno višja, cena pa nižja. Vse skupaj bi prineslo okoli 20 odstotkov nižje materialne stroške za sam akumulator. Stroški materiala danes predstavljajo 60 do 70 odstotkov končne cene akumulatorske celice.
Omenili ste Muska, kateri del sveta pri tem vodi igro?
V bistvu vsi deli sveta, ki so bili že doslej vodilni, Azija s Kitajsko, Japonsko in Južno Korejo, ZDA in Evropa organizirata vse potrebne aktivnosti, ki naj bi omogočile, da bodo dohiteli vodilne države na tem področju. V Evropi je tako nastalo tako imenovano »Battery partnership«, ki bo harmoniziralo delovanje različnih pobud in mehanizmov, vzpostavljenih za razvijanje proizvodnih zmogljivosti in med drugim tudi nadaljnjih raziskav.
S čim pa se zdaj najbolj ukvarjate pri vas na Kemijskem inštitutu?
Odprli smo nekatere nove smeri, predvsem vpeljavo pametnih funkcij v akumulatorski celici, gre za senzorje v celici, s katerimi bi jim podaljšali življenjsko dobo in zanesljivost. Letos bomo zaključili raziskavo prototipov magnezijevih akumulatorjev za Hondo, oni se bodo odločili, ali so pravi. Poteka tudi pobuda, da bi se v Sloveniji vzpostavil baterijski center, da bi tudi druga podjetja lahko iskala svoje poslovne priložnosti. To bilo v zasavski regiji, v letu ali dveh bi morala biti sprejeta odločitev, ali bomo to imeli, sicer bo prepozno.
Volkswagen v najnovejšem načrtu govori kar o šestih akumulatorskih tovarnah. Je to lahko priložnost za Slovenijo?
Sam sem mnenja, da bodo postavljali tovarne tam, kjer se bo bodisi proizvajali materiali ali pa se bodo vgrajevale celice v končne produkte.
Robert Dominko: Med 314 prijavami izbiramo 30 kandidatov za šolanje v programu, ki izobražuje visoko usposobljene magistrske študente na področju znanosti o materialih za shranjevanje in konverzijo energije. FOTO: Blaž Samec/Delo
Osebno se mi zdijo električni avtomobili še vedno predragi, še posebej naj bi se dosegle večje prodajne številke. Kaj menite o tem?
Tega ne razumem najboljše. Če rečemo, da se je cena akumulatorjev že spustila do 150 evrov na kWh in imamo v avtu akumulator s 60 kWh, bi bilo to 9000 evrov. To naj bi bila približno polovica cene avtomobila, vsaj po zatrjevanju. Verjamem, da imajo še vsa dodatna elektronika, motor in izdelava neko vrednost. Koliko je možnosti, da se to zniža, mi ni znano. Za ceno proizvodnje akumulatorjev pa lahko pričakujemo, da se bo znižala še za polovico, da bo za 60 kWh cena okoli 5000 evrov.
Električna mobilnost prihaja, je pa glede na zahteve EU zdaj pravzaprav obvezna. Ne gre več za to, da bi mi izbrali, kaj se nam zdi kot uporabnikom boljše, ampak bo dovoljen le še električni pogon?
Na to gledam malce širše, kaj bo naša generacija zapustila vnukom. Tudi če ne bomo nadaljevali v dosedanjem slogu, ko poraba energije na letni ravni narašča za nekaj odstotkov. Klimatske spremembe so dejstvo, poleg tega veliko ljudi umre zaradi onesnaženosti zraka. Zaradi tega sem vesel, da smo priča spremembam, če že ni prepozno. Moramo se vprašati, ali smo ljudje že na takšni ravni zavedanja, da vemo, kaj počnemo z okoljem, ali pa smo tako sebični, da nam gre le za ugodje.
