Jesteśmy jako cywilizacja potwornie energożerni, a inżynierowie ciągle pracują, aby ułatwić nam życie. Jedną z podstawowych kwestii do rozwiązania jest poprawa magazynowania energii – to kluczowe chociażby w kwestii czerpania energii ze źródeł odnawialnych.

 

Pewnie wszyscy słyszeli o bateriach litowo-jonowych. Dominują np. w smartfonach. – Są pojemne bardziej niż inne rodzaje – podkreśla dr hab. Monika Wilamowska-Zawłocka, prof. Politechniki Gdańskiej. Mimo to, szuka się alternatywnych rozwiązań. – Chodzi o pierwiastki. Np. jednym z dwóch kluczowych pierwiastków jest kobalt, który występuje w katodach baterii litowo-jonowych. Siedemdziesiąt procent wydobycia jest w Demokratycznej Republice Konga, gdzie te kopalnie naprawdę wykorzystują pracę dzieci. Większość wydobycia w Afryce jest kontrolowana przez Chiny, a rynek chiński też nie zawsze jest stabilny. Europa bardzo dąży do tego, żeby te pierwiastki wyeliminować – wyjaśnia.

– Natomiast szuka się też nowych rozwiązań. Takim świeżym powiewem są baterie sodowo-jonowe. Chlorek sodu jest bardzo popularnym związkiem – dodaje. Co ciekawe, nad sodowo-jonowym pracowano równolegle z litowo-jonowymi, ale te drugie szybciej trafiły na rynek.

Sama prof. Wilamowska pracuje nad rozwiązaniami hybrydowymi. – Pomysł zrobił się z potrzeby, by wypełnić lukę pomiędzy superkondensatorami, czyli takimi urządzeniami, które w bardzo szybki sposób potrafią się naładować i rozładować, natomiast mają małą gęstość energii, oraz właśnie bateriami, które magazynują dużo tej energii, ale uwalniają wolniej – wyjaśnia.

W podcaście dyskutujemy o przyszłości magazynów energii, czy każdy będzie miał takie urządzenie przy swoim domu i o tym, czy przełomy w technologiach dzieją się w świecie biznesu czy akademii. Polecam!

 

TRANSKRYPCJA

INTRO

Monika Wilamowska-Zawłocka: Właśnie dlatego od kobaltu się odchodzi. Osiemdziesiąt procent wydobycia w Afryce, siedemdziesiąt w samym Kongu, dziewięćdziesiąt kontrolują Chiny.

Karolina Głowacka: Uczona, którą słyszycie zajmuje się fundamentalną sprawą dla organizacji naszej całej cywilizacji: magazynowaniem energii. Pracuje nad bateriami nowego typu, a w tym odcinku opowiada, dlaczego ten temat jest dla inżynierów taki trudny. Nazywam się Karolina Głowacka, a to jest Radio Naukowe, podcast który działa i rozwija się patronom i patronkom. Kto może zachecam do dołaczenia się na patronite.pl/radionaukowe. A tymczasem zaczynamy, odcinek numer 125!

***

K.G.: Doktor habilitowana inżynier Monika Wilamowska-Zawłocka znalazła czas dla Radia Naukowego. Dzień dobry.

M.Z.W.: Dzień dobry, witam.

K.G.: Pani doktor inżynier jest profesorem uczelni w Katedrze Konwersji i Magazynowania Energii z Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej. Jesteśmy tutaj u pani w gabinecie, gdzie właśnie przed chwilą rozmawiałyśmy, jakie piękne kwiaty tutaj macie, naprawdę. Drzewo nad biurkiem, wspaniale. Pani pracuje nad szybko ładującymi się bateriami, bo to jest rzecz kluczowa. Inaczej, może panią zapytam – czy kwestia magazynowania energii jest właśnie kluczowa cywilizacyjnie?

M.W.Z.: Tak. W ostatnich latach coraz więcej się mówi o wydajnym i sprawnym magazynowaniu energii dlatego, że chcemy używać jak najwięcej energii ze źródeł odnawialnych, czyli energii wiatrowej, słońca itp. Produkcja tej energii nie jest stabilna w czasie, więc sprawne i wydajne magazyny mogłyby magazynować ją w momencie, kiedy nie wieje wiatr, nie świeci słońce.

K.G.: Tak, no bo większość sceptyków mówi: „A na co mi ta energia słoneczna, kiedy ja zwykle potrzebuję energii nocą, kiedy tego słońca nie widać?”. No i tu trochę się koło zamyka, ale rozumiem, że gra idzie o to, żeby właśnie umknąć przed tymi ograniczeniami, tak?

M.W.Z.: Tak, chodzi o to, że jeżeli chcemy zwiększyć udział energii ze źródeł odnawialnych, to musimy ją umieć magazynować tak, żeby nie było przestojów energetycznych, żebyśmy mieli energię wtedy, kiedy chcemy, a nie wtedy, kiedy możemy ją mieć. No i właśnie w ostatnich latach w świecie naukowym toczą się wielkie dyskusje nad magazynami energii, nad sprawnymi, bezpiecznymi magazynami energii. No i dużo się dzieje w tej dziedzinie i też naukowcy pracują nad nowymi materiałami do baterii. My znamy takie typowo przenośne magazyny energii – baterie w laptopach czy w komórkach. Natomiast na dużą skalę jest to dosyć problematyczne, więc w tym momencie są dostępne różne technologie, ale na dużą skalę zbyt wiele takich magazynów np. bateryjnych nie ma.

K.G.: A jakbyśmy mieli właśnie takie dobre magazyny energii, to energia z wiatru i słońca by nam całkiem wystarczyła? Tak się sądzi? Trudno powiedzieć.

M.W.Z.: Pewnie to by zależało od położenia geograficznego, od tego, ile słońca, ile wiatru mamy, ale na pewno moglibyśmy być bezpieczniejsi. Szczególnie teraz kryzys energetyczny, ceny węgla, ropy i wszystkiego pokazują, że naprawdę ta energia odnawialna jest bardzo ważna, bo jesteśmy w stanie się uniezależnić. Tak że takie sprawne magazyny na pewno by w tym pomogły.

K.G.: To powiedzmy, zanim może będziemy opowiadać o tej przyszłości czy też o pani pomysłach na to, jak stworzyć taki właśnie znakomity, lepszej jakości akumulator, baterie, co mamy do dyspozycji teraz? To znaczy, przede wszystkim co przechowuje nam energię?

M.W.Z.: W tym momencie globalnie dziewięćdziesiąt sześć procent stanowią takie przepompownie szczytowo-pompowe, czyli elektrownie, gdzie pompujemy wodę na dużą wysokość, a potem, kiedy potrzebujemy energii, to po prostu woda przepływa w dół grawitacyjnie i przepływa przez generator, i generuje nam energię. Tylko to są duże instalacje, które mają duże pojemności – od kilkuset megawatogodzin do kilkuset gigawatogodzin, więc nie są odpowiednie do każdego zastosowania. Wiele firm w tym momencie chce mieć swoje np. ogniwa fotowoltaiczne czy jakieś farmy wiatrowe i chce móc być przynajmniej w dużej części samowystarczalne, więc szukają mniejszych magazynów energii i dlatego jest duże zainteresowanie właśnie magazynami elektrochemicznymi.

K.G.: Bo też te przepompownie, jak rozumiem, muszą być jakoś albo osadzone w dobrym miejscu geograficznie, żeby móc korzystać z tej grawitacji, albo trzeba budować duże konstrukcje, więc to też jest trochę w pewnym sensie niepraktyczne. A jeśli mamy duży magazyn energii i chcemy rozesłać tę energię w różne tereny, no to też tracimy na przesyle. To też niedobrze, nie?

M.W.Z.: Tak, dokładnie.

K.G.: W takim razie, jeśli chodzi o te chemiczne baterie – przede wszystkim słyszymy o litowo-jonowych. Dlaczego one są takie fajne?

M.W.Z.: Baterie litowo-jonowe charakteryzują się największymi gęstościami energii i gęstościami mocy w porównaniu do innych baterii, np. niklowo-wodorkowych, które znamy z takiego komercyjnego użytkowania czy kwasowo-ołowiowych, które mamy w samochodach. Dlatego one są takie atrakcyjne. Poza tym, jeżeli chcemy akumulować energię wiatru czy słońca, no to też często ta szybkość ładowania jest tutaj kluczowa w magazynach energii, bo my chcemy ją np. szybko dostarczyć do tego magazynu, często też szybko odebrać, więc tutaj ta duża moc, bo moc to jest energia w czasie, więc…

K.G.: Czyli takie pojemne są po prostu?

M.W.Z.: Są pojemne bardziej niż inne rodzaje baterii, natomiast, jeśli chodzi o litowo-jonowe, to szuka się alternatywnych rozwiązań ze względu na pierwiastki, które się tam znajdują. Litu jest około dwudziestu ppm-ów w skorupie ziemskiej.

K.G.: Co to jest ppm?

M.W.Z.: Part per million, czyli jedna milionowa część. Drugim bardzo kluczowym pierwiastkiem jest kobalt, który występuje w katodach baterii litowo-jonowych. Kobaltu jest około dwudziestu pięciu ppm-ów. Dodatkowo kobalt jest wydobywany głównie w Afryce. Siedemdziesiąt procent wydobycia jest w Demokratycznej Republice Konga, gdzie te kopalnie naprawdę wykorzystują pracę dzieci.

K.G.: Zamiast być przyczynkiem do wzbogacenia się całego kraju i społeczeństwa, jak mogłoby to wyglądać, to niestety jest to wykorzystywane przez tych silniejszych. Czyli w poszukiwaniu nowych baterii chodzi o to, żeby się od tych pierwiastków uniezależnić?

M.W.Z.: Tak. No i większość wydobycia w Afryce jest kontrolowana przez Chiny, więc rynek chiński też nie zawsze jest stabilny i Europa bardzo dąży do tego, żeby te pierwiastki wyeliminować. Teraz na rynku są także katody, które zawierają albo niewiele kobaltu, albo w ogóle go nie zawierają. Natomiast szuka się też nowych rozwiązań. Takim świeżym powiewem są baterie sodowo-jonowe. Chlorek sodu jest bardzo popularnym pierwiastkiem. No i materiały, które się do niego stosuje, głównie katody są też oparte na szeroko dostępnych pierwiastkach. Problem z sodem jest taki, że ma większy promień jonowy niż lit, więc nie wszystkie materiały… Bardzo dobrze znamy technologie ogniw litowo-jonowych.

K.G.: Zdaje się, że Nobel za nie był w 2019 roku.

M.W.Z.: Tak, dokładnie. I badania nad bateriami sodowo-jonowymi właściwie w latach siedemdziesiątych toczyły się równolegle z litowo-jonowymi. Tylko że komercjalizacja ogniw litowo-jonowych w 1991 roku przez firmę Sony spowodowała, że odpuszczono dlatego, że wtedy to nie było na taką skalę. Tak jak powiedziałam, lit ma mniejszy promień jonowy, on łatwiej interkaluje grafit. Już może nie będę wchodzić w szczegóły, ale jest łatwiejszy i stabilniejszy. Natomiast te wszystkie problemy i to, że właśnie mówi się dużo o tych pierwiastkach krytycznych w bateriach litowo-jonowych, sprawiły, że mamy na nowo badania nad sodowo-jonowymi, a przez te kilkadziesiąt lat też zmieniły się techniki badań ciała stałego, więc wiemy np., dlaczego te sodowe wtedy nie działały. Teraz potrafimy syntezować nowe materiały, projektować nowe materiały kompozytowe, potrafimy na te materiały patrzeć w takiej naprawdę nanoskali. Znamy mechanizmy reakcji czy mechanizmy degradacji i wiemy, co się dzieje, potrafimy projektować nowe rzeczy, żeby uniknąć problemów.

K.G.: I te sodowo-jonowe trochę wróciły do łask?

M.W.Z.: Tak, dużo się dzieje, jest sporo firm startupowych, które na małą skalę produkują sodowo-jonowe. Na razie to są baterie w hulajnogach czy w rowerach elektrycznych. Natomiast sód jest dużo tańszy, tak jak powiedziałam, z dostępnych pierwiastków. Niestety przez to, że on jest większy i cięższy chemicznie niż lit, to też gęstość energii i gęstość mocy są trochę mniejsze w porównaniu do litowo-jonowych, więc zawsze jest coś kosztem czegoś. I mówi się także o szybkości ładowania – te litowe też potrafimy szybciej naładować niż sodowo-jonowe. Więc zawsze to jest jakiś taki kompromis i myślę, że one nie wyeliminują litowo-jonowych, natomiast na pewno będą mogły je uzupełnić. W ogóle uważam, że technologie elektrochemiczne, które istnieją, nie konkurują ze sobą, tylko jednak jeżeli chcemy mieć na szeroką skalę magazyny energii, no to to musi być takie zdywersyfikowane.

K.G.: Bo te litowo-jonowe są na tyle popularne, że mamy je w swoim telefonie i laptopie. To one są tutaj w tym momencie, dzięki temu się to naprawdę szybko ładuje. Ale czy takie baterie na małą skalę, czyli np. w komputerze mają wiele wspólnego z tymi bateriami dużymi, które są nam potrzebne po to, żeby właśnie zmagazynować np. energię solarną dla dzielnicy?

M.W.Z.: To znaczy, jeśli chodzi o elektrochemiczne magazynowanie energii, to mamy różne technologie. Mamy np. ogniwa przepływowe, które są zupełnie oparte na innej chemii niż to, co znamy, właśnie te litowo-jonowe. Są oparte o elektrolity wodne, więc są też niepalne – i to jest duży plus, a elektrolit wodny oznacza, że mamy dużo mniejsze napięcie pracy. Jak mamy mniejsze napięcie pracy, to ma to też mniejszą moc. Ogniwa przepływowe, jak sama nazwa mówi, coś tam przepływa i tam energia jest zgromadzona nie w materiale elektrodowym, tak jak jest tutaj, tylko w elektrolicie. Więc to są z jednej strony bardzo uniwersalne urządzenia dlatego, że ich moc możemy zwiększać poprzez zwiększenie powierzchni elektrod, a ich pojemność poprzez zwiększenie np. zbiorników z elektrolitem.

Natomiast problemem tutaj jest to, że właśnie elektrolit musi być pompowany na elektrody, tam są separatory, wszystko to musi być szczelne, nie przeciekać, więc technologicznie też jest to zaawansowane, co sprawia, że koszt takiego magazynu energii ogniw przepływowych jest podobny do np. magazynu energii baterii litowo-jonowych. Ogniwa przepływowe często są oparte na wanadzie. Wanadu jest trochę więcej niż litu, bo jest go około stu sześćdziesięciu ppm-ów, więc też trochę bardziej. Ale same ogniwa przepływowe anodowe, które są jednymi z najbardziej popularnych, też nie rozwiążą całej skali magazynów. Więc uważam, że to musi być zdywersyfikowane, żebyśmy mogli na szerszą skalę to uzyskać.

K.G.: Czyli to nie jest tak, że jedna technologia wypchnie drugą całkowicie, tylko będzie się to wyrównywało. Taka idealna bateria to jest taka, która się superszybko ładuje i kiedy potrzebujemy, to szybko nam tę moc oddaje, jest lekka. Bo to też przecież ma znaczenie, jeśli np. potrzebujemy baterii do samochodów elektrycznych, no to nie możemy tam władować jakiejś superciężkiej baterii, bo to się mija z celem, bo ta bateria będzie musiała napędzać cały mechanizm, żeby wiózł tę ciężką baterię itd.

M.W.Z.: Tylko że z jednej strony właśnie bateria do samochodu, do laptopa, do komórki, do jakiegokolwiek sprzętu musi być malutka, bo chcemy, żeby było nam wygodnie, chcemy, żeby samochód nie ważył zbyt dużo i żeby był szybki, wydajny itd. Nie chcemy dźwigać dużych baterii. Natomiast z magazynem stacjonarnym jest trochę inaczej dlatego, że on po prostu ma stać i być, więc może być cięższy, może być większy. Oczywiście tutaj też idą potem koszty, ale dlatego z założenia ten rozwój baterii sodowo-jonowych jest z taką myślą o tych magazynach stacjonarnych. Przede wszystkim tańsze, z dostępnych pierwiastków, więc myślę, że tutaj mogą mieć zastosowanie.

K.G.: Pani kilka lat temu dostała grant w ramach konkursu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej dotyczący właśnie baterii nowego typu. Czytałam, że pani opowiadała, że to ma być takie hybrydowe rozwiązanie, czyli z jednej strony skorzystanie z tego, że takie baterie, które znamy na co dzień, dość długo potrafią uwalniać energię, oraz superkondensatorów, czyli, jak rozumiem, takich szybkich magazynów energii w działaniu. Może pani opowiedzieć o tym trochę więcej? Na czym ten pomysł polega?

M.W.Z.: Pomysł urządzeń hybrydowych nie jest nowy. On się zrodził właśnie z takiej potrzeby, żeby wypełnić lukę pomiędzy superkondensatorami, czyli takimi urządzeniami, które w bardzo szybki sposób potrafią się naładować i rozładować, natomiast mają małą gęstość energii oraz właśnie bateriami, które magazynują dużo tej energii, ale uwalniają w określony sposób, mają swoją szybkość itd. Więc to urządzenie hybrydowe polega na tym, że jedna elektroda jest typowo bateryjna, natomiast druga elektroda jest typowa dla superkondensatora.

K.G.: To brzmi dość prosto.

M.W.Z.: Brzmi dość prosto, ale nie jest takie proste, bo one mają właśnie różne pojemności, więc trzeba trochę zrównoważyć masowo i w zasadzie ta elektroda bateryjna też nie wykorzystuje całej swojej pojemności. Ale dzięki takiej elektrodzie – to jest przeważnie anoda – ona jest wcześniej relitowana, czyli już zawiera jony litu wewnątrz. I ona nie wykorzystuje całej swojej pojemności, natomiast trzyma niski potencjał, więc mamy większe napięcie takiego urządzenia i ta energia też jest dzięki temu wyższa. Ale zdaje się, że takich urządzeń hybrydowych na rynku jeszcze nie ma.

K.G.: No właśnie, jak idą prace? Bo ten grant był wygrany chyba w 2017 roku. Jak idzie?

M.W.Z.: Grant się zakończył, jest rozliczony, publikacje powstały. To znaczy, powiem tak, to urządzenie nie działało najlepiej. Ja rozwijałam w tym grancie dwie potencjalne elektrody i każda z tych elektrod udała mi się lepiej, niż to, co do tej pory miałam, więc tutaj był sukces. Natomiast samo urządzenie nie miało lepszych parametrów niż to, co w literaturze. Jeżeli ulepszymy jeden materiał i ulepszymy drugi materiał, i każdy z nich daje fajne parametry oddzielnie, nie zawsze znaczy, że jesteśmy w stanie zrobić z tego urządzenie.

K.G.: Ale to dziwne, bo wydawałoby się, że dwa plus dwa to będzie cztery, a trzy plus trzy to będzie sześć, a nie, że trzy plus trzy to będzie znowu cztery. [śmiech]

M.W.Z.: Czasami jest tak, że dwa plus dwa daje nam dziesięć, bo mamy efekt synergiczny w materiale. [śmiech] I tak było tutaj w przypadku anody. Wyniki nas zaskoczyły, ja nawet w niektóre nie wierzyłam i mojemu doktorantowi kazałam powtarzać syntezy itd. [śmiech]

K.G.: Pozdrawiamy. [śmiech]

M.W.Z.: Pozdrawiamy Dominika. [śmiech] Ale rzeczywiście, ten wynik był super. Natomiast druga elektroda była bardziej superkondensatorowa, bardziej problematyczna dlatego, że ja ją uzyskiwałam metodą elektrochemicznego osadzania, więc osadzania bezpośrednio na elektrodzie, a nie na każdym rodzaju przewodzącego materiału można było to osadzić. Po prostu ze względu na potencjał osadzania to było oparte na polimerach przewodzących. Dopóki to było na końcu szpilki i na takich elektrodach inertnych, no to wyglądało wszystko dobrze. Jak zaczęłam to robić na większą skalę na papierze węglowym, na tkaninach węglowych, to to się osadzało głównie na powierzchni, więc potem masa tego podłoża była zbyt duża w stosunku do masy elektrody. Pewnie, gdyby projekt trwał dłużej, gdybym miała większe możliwości, to można by to może przeskoczyć w jakiś sposób.

K.G.: No i jak to jest? Bo zwykle tak właśnie bywa w przestrzeni medialnej, że opowiada się o tych projektach, które zakończyły się ogromnym sukcesem. Pani projekt gdzieś tam poszedł do przodu, no bo pewne rzeczy się udało zrobić, ale nie ma tego gigantycznego przełomu. I jak to jest?

M.W.Z.: Myślę, że rzadko kiedy z takich dwuletnich projektów są gigantyczne przełomy. To, co się dzieje w laboratorium, zanim my jesteśmy w stanie to przeskalować, to trwa wiele lat i każdy kolejny krok to są pieniądze przynajmniej o rząd wielkości większe, więc myślę, że w tym jest problem. Natomiast projekt był o tyle zakończony sukcesem, że te wyniki zostały opublikowane w dobrych czasopismach, podzieliłam się wiedzą i spostrzeżeniami, więc pod tym kątem na pewno był to sukces. Żeby zrobić z tego faktycznie urządzenie, które będzie działać i które można by sprzedać, to potrzeba po prostu więcej czasu, pieniędzy, większych mocy przerobowych niż tutaj mam.

K.G.: Teraz tak się zastanawiam właśnie z takiej perspektywy, jak działa nauka jako taka, że właśnie każdy gdzieś tam dokłada tę malutką cegiełkę i to się tam potem zbiera w tych dużych czasopismach, i ta wiedza jakoś tam powstaje, ale czy to by znaczyło, że takie poważne przełomy technologiczne to się jednak dzieją poza akademią, poza uczelniami? Że to się dzieje w firmach?

M.W.Z.: Myślę, że we współpracy, bo różne start-upy, które powstają, to są często start-upy o podłożu akademickim albo we współpracy akademickiej. Tutaj ta podstawowa nauka absolutnie jest konieczna do tego, żeby potem można było prowadzić badania aplikacyjne, bo jedna rzecz to jest dopracowywanie materiału w skali laboratoryjnej, zmienianie warunków syntezy itd., a druga sprawa jest taka, żeby potem dograć to technologicznie i też to, w jaki sposób my badamy materiały, takie celki testowe są zrobione na pewno mniej precyzyjnie niż technologicznie. Jak już jest poważna technologia, linie produkcyjne, tam celki są naprawdę dopracowane, są prasowane, wszystko jest tam super. I właśnie też często to, jak działa bateria, jej bezpieczeństwo jest podyktowane precyzją wykonania. Często kupujemy jakieś tam zamienniki baterii – one nie zawsze działają tak, jak powinny oryginalne właśnie często przez taką precyzję wykonania. Więc myślę, że nie tyle poza akademią, ile we współpracy i naprawdę są potrzebne duże środki na to, żeby przejść ze skali laboratoryjnej do jakiejś półtechnicznej i potem technicznej.

K.G.: Żeby chociażby tę precyzję, o której pani mówi, móc osiągnąć. Bo jak wygląda pani praca? To jest tak, że najpierw pewne rzeczy pani przewiduje, projektuje gdzieś tam w komputerze czy większość czasu w laboratorium?

M.W.Z.: Większość czasu w laboratorium, ale natchnieniem są na pewno publikacje naukowe, obecność na konferencjach, rozmowa z ludźmi – też czasami można się natknąć, bo ktoś mówi o jakimś materiale, my używamy podobnego, ale ten wydaje się lepszy, więc się rozmawia na takiej konferencji i się zawiera współprace, i mówi: „Słuchajcie, może ten wasz materiał z tym naszym albo jakbym wzięła ten wasz materiał do syntezy, a nie ten komercyjny, to by było lepiej”. Więc w ten sposób. Często właśnie też zmiana warunków syntezy. Ja zajmuję się głównie syntezą materiałów i potem testowaniem ich elektrochemicznie, ale też badaniem ich struktury, składu chemicznego, więc potem koreluję te takie chemiczne, strukturalne właściwości z właściwościami elektrochemicznymi i zastanawiam się, dlaczego tu zadziałało lepiej, a tutaj gorzej. Więc ja zajmuję się głównie podstawowymi badaniami, tym tematem.

K.G.: I tutaj kluczowy jest, jak rozumiem, koszt takiego materiału. Dlatego myśli pani, że te sodowo-jonowe zasadniczo zmienią rzeczywistość?

M.W.Z.: Taką mam nadzieję. Ja też mam teraz projekt dotyczący ogniw sodowo-jonowych, właśnie pracujemy nad katodą z doktorantką. No i tutaj mamy jakieś takie małe sukcesy, będziemy próbować patentować metodę syntezy, więc zobaczymy, jak to wszystko wyjdzie. Na razie wygląda na to, że nasz materiał działa lepiej niż komercyjny proszek, który mamy.

K.G.: A czasami myśli sobie tak pani, że: „A może to ja zrewolucjonizuję ten świat? I wszędzie będą baterie, które ja wymyśliłam tutaj w Gdańsku”. [śmiech]

M.W.Z.: Nie, chyba za skromna na to jestem. [śmiech] Ale przede wszystkim jak jeżdżę na konferencje i widzę, w jakiej skali działają ludzie, jakie tam duże konsorcja i pieniądze, miliony euro za tym idą, to nie myślę, że ja zrewolucjonizuję, ale jednak ja zawsze jestem takiego zdania, że róbmy swoje, i róbmy to najlepiej, jak potrafimy. I może coś z tego faktycznie kiedyś wyjść. No bo tak też się dzieje, że gdzieś tam ktoś coś zauważy i potem, żeby z tego były pieniądze i żeby to się przełożyło, no to na pewno potem trzeba większej skali.

K.G.: Bo to jest tak, że my jako ludzkość tej energii potrzebujemy ciągle coraz więcej, prawda?

M.W.Z.: No tak.

K.G.: I to jest coś, co naprawdę jest kluczowe na przyszłość, jeśli chodzi o te baterie. Jakie będziemy mieli możliwości? Ile będzie można kiedyś upchnąć energii w takim telefonie?

M.W.Z.: To jest trudne pytanie dlatego, że dochodzimy do pewnych limitów fizykochemicznych. Nie zmusimy pewnych materiałów… To, co znamy obecnie z technologii, takich litowo-jonowych, no to jest interkalacyjna katoda, anoda na bazie grafitu, i możemy różnie podkręcać parametry jakimiś drobnymi zmianami, ale jednak pewnie by trzeba zupełnie innej chemii do tego, żeby ta bateria jeszcze bardziej się zmniejszyła.

K.G.: To jakie jeszcze pierwiastki są brane pod uwagę?

M.W.Z.: Fosfor, mangan, nikiel, chociaż nikiel też już zaczyna być krytycznym pierwiastkiem. No i właściwie są katody do litowo-jonowych na bazie tlenku litowo-manganowego, ale właśnie też staramy się ulepszyć te katody, żeby mangan nie wychodził z tej struktury. Bo zawsze jest tak, że jeżeli nam się materiał w czasie ładowania, rozładowania czy wielocyklicznego ładowania, rozładowania degraduje, no to przy degradacji struktury mamy pierwiastki, które wypływają właśnie do elektrolitu i potem to się może osadzać na anodzie dlatego, że jak pierwiastek wędruje razem z elektrolitem, to w zasadzie może niszczyć różne partie baterii. Więc poprawa parametrów leży tutaj w poprawie stabilności materiału. Stabilność materiału można też projektować w jakiejś nanoskali, różnymi otoczkami, które tam będą zapobiegały np. takiej dyfuzji manganu ze struktury itd. Tak że szukamy pierwiastków, których jest dużo i staramy się, żeby te materiały elektrodowe były oparte właśnie o takie pierwiastki, co nie zawsze jest łatwe.

K.G.: No tak. Jestem ciekawa, czy na takich konferencjach się np. właśnie rozmawia o tym, że to jest fajny pierwiastek, ale on akurat dominuje w kraju, który jest politycznie niestabilny. Czy to jest poważny argument?

M.W.Z.: Tak. Właśnie dlatego od kobaltu się odchodzi. Osiemdziesiąt procent wydobycia w Afryce, siedemdziesiąt procent w samym Kongu, dziewięćdziesiąt procent tej produkcji kontrolowanej przez Chiny. Więc tutaj jest kluczowe, żeby to zmienić. W zasadzie już te katody są inne, ale zawsze trzeba dograć też i skalę tego, i stabilność w czasie pojemności.

K.G.: A kwestia pierwiastków kosmicznych? O tym też się jakoś rozmawia? Górnictwo kosmiczne, tego typu rzeczy. Pani podnosi trochę niepewnie brew, czyli się nie mówi o tym za bardzo. [śmiech]

M.W.Z.: To znaczy, pewnie się mówi, może nie w moim gronie, może nie na tych konferencjach, na które ja jeżdżę. Albo jeszcze po prostu nie byłam w takim kosmicznym gronie. [śmiech]

K.G.: Okej. Jak pani widzi właśnie magazyny energii przyszłości? Czy to powinna być sieć małych magazynów, każdy swój mały magazyn przy domu, przy bloku? Duże magazyny na dzielnicę, na miasto? Jak to powinno wyglądać?

M.W.Z.: Magazyn przy każdym bloku czy domu to na razie jeszcze dla mnie science fiction. Myślę, że już będzie duży postęp, jeżeli przemysł będzie miał swoje magazyny i będzie dla siebie generował energię z jakichś małych elektrowni wiatrowych czy słonecznych. Przemysł zużywa tej energii bardzo dużo do produkcji różnych dóbr, więc wydaje mi się, że dywersyfikacja to będzie lepsze rozwiązanie niż jakieś duże magazyny, bo to potem jest kwestia przesyłu. Ale też mówię, w zależności od tego, jaka skala, to też różną technologię będzie można stosować.

K.G.: Bo ja tak sobie wyobrażam taką bardzo daleko idącą dywersyfikację, że właśnie tych magazynów byłoby niewiele. Bardzo rozproszona jest też bezpieczna z perspektywy czy katastrof, czy – oby nie – jakichś wojen i ataków. Teraz przecież widzimy, co się dzieje w Ukrainie, jak Rosjanie atakują właśnie elektrownie itd.

M.W.Z.: Tak. Ale też, jeśli chodzi w ogóle o magazynowanie energii – my tu rozmawiamy głównie o elektrochemicznej, czyli o bateriach dlatego, że ja się tym zajmuję naukowo – natomiast magazynować energię można w sposób chemiczny np. poprzez produkcję wodoru czy produkcję metanu i potem zużywać to w ogniwach paliwowych. To jest kolejna rzecz – świeci słonko, możemy pozyskać z tej energii wodór i go zmagazynować. Więc nie tylko w ten sposób. Możemy też termiczną energię przechowywać w różnych materiałach zmiennofazowych, które np. absorbują to ciepło, zmieniają fazę i potem oddają. Tu się mówi dużo właśnie o takich pasywnych domach, które mają większą tolerancję na zmiany temperatury, potrafią tę energię cieplną magazynować.

K.G.: Tak to zawsze jest i dziennikarze też tak robią, że zawsze rozmawiamy o tym, czego jeszcze nie ma, czego się jeszcze nie udało, jakie są problemy, jakie są bariery. Ale też, jakby się nad tym zastanowić, to jako ludzkość ogromny postęp zrobiliśmy, jeśli chodzi o możliwości magazynowania energii przez ostatnie dekady. Jak to pani widzi?

M.W.Z.: Tak. Oczywiście, zgadzam się. Wiele technologii jest znanych. Wiele technologii też już by mogło być stosowanych na większą skalę, tylko ciągle cena determinuje to, czy są używane, czy nie. Ale w zasadzie jak się pojawiają kryzysy energetyczne i rośnie cena ropy, cena węgla i tych konwencjonalnych źródeł, no to zaczyna się mówić właśnie o opłacalności innych energii, czyli np. wodoru itd. Więc to jest często tylko kwestia ceny. Tylko i aż.

K.G.: Ale tutaj chyba strategiczne jest to, na ile państwa inwestują w takie rozwiązania. I tutaj też jest kwestia inwestycji w badania podstawowe, które się nie zwracają tak bezpośrednio. One się zwracają tylko gdzieś tam w dłuższej perspektywie, ale do tego trzeba mieć wyobraźnię, żeby wiedzieć, że tak to działa.

M.W.Z.: Generalnie w nauce jest tak, że w zasadzie większość nauki się nie zwraca, ale znowu, te rozwiązania, które się sprawdzą i się wdrożą, są potem w stanie sfinansować te, które się nie zwróciły. Więc tak wygląda nauka, że musi być dotowana przez państwo, bo często firmy nie chcą inwestować ani długofalowo, ani w projekt dużego ryzyka. Bo to też często są projekty dużego ryzyka, czy to rzeczywiście będzie skomercjalizowane. Czasami coś działa fajnie w małej skali, a ciężko to przeskalować albo wręcz jest to niemożliwe. Albo technologicznie, żeby na dużą skalę coś wyprodukować, co działa w małej skali i jest uzyskane jakąś fancy techniką.

K.G.: To jest ciekawe, że coś działa np., jak pani mówi, fajnie w małej skali, a potem gdzieś tam już w tej przestrzeni takiej bardziej technologicznej czy przemysłowej, to nie działa do końca tak, jak powinno. Bo jakby np. być takim kosmitą i oglądać Ziemię wyłącznie z perspektywy mediów społecznościowych, no to przecież tych start-upów, które nam opowiadają o tym, że właśnie teraz mają genialne rozwiązanie na tysiąc pięćset różnych rzeczy, wydaje się, jakby wszystkie problemy świata już były rozwiązane. A to potem jakoś znika, rozmywa się. Gdzie to się podziewa?

M.W.Z.: Ja myślę, że reklama jest obecna już teraz wszędzie, w nauce tak samo. Ja nad tym bardzo ubolewam, bo ja nie jestem specem od reklamy i nie umiem tego robić, natomiast często trochę się przesadza w tych reklamach, że to już wszystko super działa.

K.G.: Ale to nie robi dobrze nauce przecież na dłuższą metę.

M.W.Z.: No na dłuższą metę nie, natomiast mamy też system nauki, który jednak gratyfikuje różnego rodzaju punkty i wskaźniki. To jest drugi temat i chyba nie chcę w to wchodzić, natomiast dużo jest takiego, że my po prostu musimy „sprzedać” to, że to jest super. Oczywiście nie kłamiemy, ale czasami trochę się tam przesadnie entuzjastycznie mówi o czymś albo podkreśla się te zalety. Wady się wymienia, ale może drobnym druczkiem.

K.G.: Jakie ma pani zawodowe, naukowe plany na najbliższy czas?

M.W.Z.: Naukowe to takie, żeby zająć się – to znaczy, właściwie już troszkę się zajmuję, ale jeszcze tak malutko – recyklingiem ogniw litowo-jonowych. Dlatego, że jak mówimy o tych krytycznych materiałach, no to właśnie możemy je wydobyć z recyklingu baterii, który w zasadzie już istnieje technologicznie, ale jeszcze w bardzo małej skali. I tak jak recykling innego rodzaju baterii jest już dobrze poznany, opracowany itd., tak tutaj są to dosyć problematyczne baterie. Mają też bardzo różne katody, więc trzeba je sortować. I w zależności od tego, jaka jest katoda, inny proces recyklingu się często prowadzi. I są też różne rodzaje recyklingu, zależy od tego, co chcemy odzyskać. I w zasadzie odzyskuje się głównie kobalt i metale szlachetne, drogie. Nie odzyskuje się naturalnego grafitu, który też w zasadzie już powoli się robi materiałem krytycznym, bo większość wydobycia naturalnego grafitu jednak trafia do baterii.

K.G.: Nie będziemy mieli niedługo ołówków? [śmiech]

M.W.Z.: Na ołówki to jeszcze chyba wystarczy. [śmiech] W każdym razie to wydobycie czasami jest takie pasożytnicze w niektórych krajach, więc też już się mówi o naturalnym graficie jako o pierwiastku krytycznym. Moje plany są takie, żeby próbować odzyskać każdy cenny element takiego ogniwa. Tak że zobaczymy, takie plany. No i plan, żeby jednak pociągnąć tę katodę do sodowych. Właśnie teraz jakąś tam współpracę zawiązuję, żeby uzyskać lepszy materiał. Zobaczymy, co z tego wyjdzie.

K.G.: Jeszcze na koniec, jeśli pani pozwoli, chciałabym zapytać o ten grant Fundacji na rzecz Nauki Polskiej sprzed kilku lat. Bo on był w ramach programu „Powroty”. To jest powroty – albo jeśli się odeszło z nauki i właśnie fundacja zachęca, żeby wrócić, bo np. poszło się w inną stronę zawodową, albo jeśli się miało przerwę rodzicielską. Ciekawa jestem bardzo, ile wśród pani kolegów i koleżanek gdzieś jednak z tej nauki ucieka, odpływa. Bo skoro jest taka kategoria powrotów, to znaczy, że fundacja widzi, że trzeba wesprzeć tych, którzy chcą powrócić. To jest jakiś kłopot – takie odchodzenie, odpływanie?

M.W.Z.: Myślę, że tak dlatego, że taki stały etat na uczelni ma się tylko dydaktyczny. Więc jeżeli brakuje godzin dydaktycznych – a jest ich coraz mniej, to jest coraz większy kłopot – no to ciężko zatrudnić kogoś na stałe. Zatrudnia się głównie w projektach dwu-, trzy-, czteroletnich, więc to jest taka duża niestabilność. Na pewno jakiś tam odpływ naprawdę dobrych ludzi z nauki jest widoczny, ale to nie jest tylko problem Polski, to jest w całej Europie tak w zasadzie.

K.G.: Gdzie idą? Do przemysłu?

M.W.Z.: Do przemysłu. A ten program „Powroty” Fundacji na rzecz Nauki Polskiej kiedyś był dedykowany głównie kobietom wracającym z urlopów macierzyńskich, potem rozszerzono go na osoby, które były np. w przemyśle albo odeszły od nauki na jakiś czas.

K.G.: To dziękuję, że pani została w nauce, w podstawowych badaniach. [śmiech]

M.W.Z.: Pasja. [śmiech]

K.G.: Pasja – tak to wygląda. Pozdrawiamy doktoranta Dominika i doktorantkę…?

M.W.Z.: Anitę.

K.G.: Anitę. Jak będą dobre wyniki, to znowu jej pani każe drugi raz sprawdzać, czy na pewno wszystko dobrze. [śmiech]

M.W.Z.: Ona już sama z siebie sprawdza, bo też sama czasami nie może uwierzyć. [śmiech]

K.G.: Pani doktor habilitowana inżynier i profesor uczelni Monika Wilamowska-Zawłocka w Katedrze Konwersji i Magazynowania Energii, Wydział Chemiczny Politechniki Gdańskiej znalazła dla nas czas między swoimi badaniami. Dziękuję bardzo.

M.W.Z.: Dziękuję również.