Czy Polska ma szansę zdążyć z transformacją energetyczną? Jaką rolę w wyścigu o zeroemisyjność mogą odegrać polskie wynalazki?

No nie... Na tak postawione pytanie można by odpowiedzieć tylko w jeden sposób: przecież każdy wie, że polskie technologie są 100 lat za... mamutami. Ta polityczna poprawność w negatywnej ocenie polskiej nauki bierze się jednak przede wszystkim z niewiedzy. Ostatecznie także wskutek wieloletniego ignorowania osiągnięć polskiej nauki przez część polskiego biznesu i władz. Sprawdźmy zatem, co polscy wynalazcy, konstruktorzy i naukowcy oferują transformacji energetycznej.

Zanim jednak wybierzemy się w podróż po polskich odkryciach, warto mieć na uwadze, że na wyzwanie, jakim jest zeroemisyjność składają się nie tylko motoryzacja czy produkcja energii. Chodzi także o rolnictwo, mieszkalnictwo i szereg innych aktywności czy przestrzeni życiowych związanych z emisją gazów cieplarnianych.

Dla przykładu: jak utrzymuje KE budynki stojace na terenie UE odpowiadają za 36 proc. emisji gazów cieplarnianych oraz za 40 proc. zużycia energii. Aby budynki stały się zeroemisyjne potrzebne będą nie tylko znaczne środki finansowe, ale też nowoczesne technologie.

Szukając polskich osiągnięć warto najpierw skierować swój wzrok na projekty wspólne, w których Polacy biorą udział. W tym celu należy wybrać się do centrum technologicznego Cadarache w Saint-Paul-lès-Durance,na południu Francji, gdzie powstaje warty co najmniej dziesięć miliardów euro ITER (Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny).

Naukowcy z 35 państw pracują tam nad tym, by w temperaturze wyższej niż na Słońcu odtwarzać procesy, które zachodzą w jądrach gwiazd. Chodzi o kontrolowaną syntezę jądrową, na dużą skalę. Jeśli im się uda, to w przyszłości ludzie będą w stanie wytworzyć ogromne ilości energii, i to bezemisyjnie. Wśród specjalistów m.in. z USA, Japonii, Chin, Korei Południowej, Indii są także Europejczycy, w tym Polacy z Poznańskiego Centrum Superkomputerowo-Sieciowego, o czym pisał m.in. „Głos Wielkopolski”. Co warte podkreślenia, wszystkie kraje biorące udział w pracach, będą miały dostęp do wyników badań. Według prognoz naukowców reaktor ma być w pełni operacyjny już w 2035 r.

Jeśli zatem wszystko pójdzie po myśli ekspertów, polska gospodarka będzie miała pięć lat, by uporać się z większością problemów rodzimej energetyki za sprawą nowej, czystej technologii albo 15 lat, by uporać się ze wszytkimi wyzwaniami. A co jeśli się nie uda?

Gdyby budowa własnego reaktora termojądrowego przeciągnęła się w czasie, a stratedzy kreślący polską politykę powinni brać to pod uwagę, pozostają osiągnięcia nieco mniejszej wagi. Wciąż jednak doniosłe. Pierwszy z nich to zastosowanie perowskitów w fotowoltaice – wynalazek Olgi Malinkiewicz. Polska fizyk wymyśliła jak perowskity, czyli grupy minerałów zbudowanych z nieorganicznych związków chemicznych wykorzystać do wytwarzania metodą druku ogniw słonecznych. Choć od zaprezentowania przez Malinkiewicz w Bostonie pierwszego na świecie drukowanego perowskita mija w tym roku dziesięć lat, wciąż technologia polskiej naukowiec nie jest powszechnie wykorzystywana. Są jednak pewne nadzieje, że to się niebawem zmieni.

W 2014 r., Olga Malinkiwiewicz wraz z Arturem Kupczunasem i Piotrem Krychem założyła spółkę Saule Sp. z o.o. (znaną jako Saule Technologies), która zajmuje się dalszym rozwijaniem technologii ogniw perowskitowych. Celem tego przedsięwzięcia jest opracowanie lekkich i elastycznych ogniw perowskitowych o wysokiej efektywności, drukowanych na cienkich foliach oraz taniego procesu produkcyjnego. W 2018 r. Saule Technologies podpisało umowę z firmą budowlaną Skanska na rozwijanie produktów zintegrowanych z budynkiem. Chodzi o fotowoltaiczną fasadę oraz takie same ekrany akustyczne, i wdrożenie ich na obszarach biznesowych tego przedsiębiorstwa.

Ogniwa perowskitowe już można kupić. Wciąż jednak nie cieszą się zbyt dużą popularnością. Być może dlatego, że nie są pozbawione wad. Perowskity nie są tak bardzo odporne na działanie czynników atmosferycznych, takich jak wysoka temperatura czy wilgoć, co może skracać żywotność paneli. Ale wiadomo już, że można drukować je na cienkiej folii, którą można umieścić m.in. między szybami. Są tak lekkie, że mogą zasilać także dachy garaży samochodowych czy wiat. Już teraz można też kupić rolety słoneczne wykonane przy użyciu perowskitów.

Przejdźmy jednak do wiatru. Naukowcy z zespołu Silesian Wind Generator z Politechniki Śląskiej stworzyli niedawno projekt turbiny wiatrowej z pionową osią obrotu. Urządzenia mają być niewielkich rozmiarów i charakteryzować się cichą pracą. Dedykowane są użytkownikom prywatnym, czyli zasilą dom wolnostojący czy małe gospodarstwo. To jednak nie pierwszy rodzimy ekspertyment z pionowymi turbinami wiatrowymi.

Bez mała dekadę temu firma ANew Institute stworzyła innowacyjną turbinę z pionową osią obrotu - ANew-S1. Również i ta turbina nie miała ambicji, by zasilać wielkie przedsiebiorstwa. Jej przewaga rynkowa polegała na znacznej wydajności nawet do 70 proc., i to już przy niewielkich podmuchach od 3 do 9 m/s. – Obecnie firma skupia się na elektrowniach większej mocy. W fazie testów znajduje się elektrownia o mocy 200 kW ANew-M1 – wynika z informacji zamieszczonej na stronie klastra SPCleantech. Niestety ten ostatni wpis pochodzi sprzed siedmiu lat. Może jednak inni (np. Silesian Wind Generator) będą mieć więcej szczęścia, bo technologia wydaje się obiecująca.

W zeszłym roku na Uniwersytecie Jagiellońskim w Krakowie naukowcy opracowali technologie materiałowe magazynowania energii, które w niedługiej perspiektywie pozwolą uniezależnić się od zagranicznych dostawców drogich metali i grafitu, które są potrzebne do produkcji akumulatorów. Zespół pod kierunkiem prof. Marcina Molendy zaproponował technologie, które spełniają wymogi zielonej chemii. Produkcja części z nich nie pozostawia nawet śladu węglowego, a akumulatory wykazują porównywalne lub lepsze parametry od konkurencyjnych opartych na dotychczasowych technologiach. Co jednak równie ważne, ich eksploatacja nie wiąże się z ryzykiem wybuchu/pożaru.

– Łącznie opracowaliśmy nie trzy, a już cztery wynalazki, które mogą zrewolucjonizować rynek magazynowania energii. Razem to już 35 udzielonych patentów. Trzy wynalazki mają pełną ochronę patentową: w USA, w Chinach, w Indiach, w Japonii oraz w Europie. Ostatni z nich jest na etapie zgłoszeń – mówił na łamach Strefy Biznesu prof. Marcin Molenda.

Naukowiec z Krakowa jest kierownikiem Zespołu Technologii Materiałów i Nanomateriałów, Zakładu Technologii Chemicznej, zasiada też w Radzie Klimatycznej Uniwersytetu Jagiellońskiego. Prof. Molenda jest również prezesem Rady Konsorcjum Elektrochemicznego Magazynowania Energii „PolStorEn”. Wydaje się być zatem najwłaściwszą osobą do tego, by odpowiedzieć na pytanie: czy polskie wynalazki są w stanie przyspieszyć transformację energetyczną Polski?

Jak wyjaśnia ekspert, wynalazki opracowywane na uczelniach są pochodną badań podstawowych i aplikacyjnych. – Dlatego zwykle cechują się wysokim potencjałem aplikacyjnym, ale jedocześnie niskim poziomem gotowości technologicznej (TRL) – tłumaczy prof. Molenda. Tym samym są rozwiązaniami, których rozwój i wdrożenie jest procesem wysokiego ryzyka oraz wymaga istotnych nakładów finansowych. Ponieważ wynalazki te powstają w środowisku naukowym, a nie stricte biznesowym, z założenia mają mieć szerszy wpływ niż tylko efekt ekonomiczny – mówi naukowiec. – Tak jest w przypadku wynalazków opracowanych na UJ. W zasadzie można ten pakiet rozwiązań (cztery wynalazki, 36 patentów) określić jako platformę technologiczną dla zrównoważonego magazynowania energii w ogniwach jonowych (Li-ion i/lub Na-ion) – tłumaczy.

(...) nasze wynalazki (materiały) mają być wytwarzane z łatwo dostępnych surowców (np. bez kobaltu), w tym surowców odnawialnych (skrobia) oraz wykorzystywać w przeróbce niskoemisyjne i efektywne procesy zgodne z zasadami zielonej chemii (środowisko wodne, bez LZO), zaś łańcuch wartości materiałów ma być w pełni zrównoważony i w obiegu zamkniętym (recykling) – mówi prof. Molenda. – Zatem odnosząc się do meritum, tj. „jak mogą wpłynąć na tempo transformacji?”, ja bym tę kwestię ujął w nieco innym świetle, mianowicie: jak mogą wpłynąć na niezależność i bezpieczeństwo energetyczne transformacji?

Oczywiście, tempo transformacji jest istotne, ale dużo istotniejszy jest aspekt długofalowy, tzn. koszty eksploatacji i brak uzależnienia od zewnętrznych dostawców technologii/krajów. Każdy kraj, także Polska, dysponuje lub ma zabezpieczony dostęp do określonych surowców, więc wdrażane technologie o charakterze strategicznym powinny być dopasowane czy też zaadaptowane do tych zasobów – wyjaśnia.

Wynalazca ma też szczególne, bardziej naukowe podejście do samej transformacji energetycznej. Jak zauważa prof. Molenda, transformacja energetyczna opiera się na zwiększeniu wykorzystania energii z OZE, tj. ze źródeł niestabilnych czasowo/okresowo, które wymagają bilansowania mocy i buforowania energii aby stabilnie (bezpiecznie) współpracować z systemami konwencjonalnymi (energia jądrowa, woda, gaz). Do tego bilansowania czy buforowania niezbędne są magazyny energii, nie tylko elektrochemiczne, ale to właśnie te technologie mają na chwilę obecną najlepsze parametry użytkowe i są najprostsze w implementacji – twierdzi.

Prof. Molenda jest przekonany, że transformacja energetyczna doprowadzi do sytuacji, gdzie w miksie energetycznym magazyny energii będą pełniły kluczową rolę dla zapewnienia bezpieczeństwa i efektywności sieci elektroenergetycznej – kluczową czyli strategiczną.

Akumulatory i zbudowane z nich magazyny energii w naturalny sposób ulegają zużyciu i wymagają zastąpienia nowymi. I tu jest sedno sprawy: mogą być zastąpione tylko analogicznymi podzespołami, co w praktyce oznacza konkretnego dostawcę, na chwilę obecną zewnętrznego. Jest to pełne podobieństwo do uzależnienia gospodarki od dostaw surowców energetycznych, ale w przypadku magazynów energii mamy jeszcze czas aby do tego nie dopuścić – ostrzega ekspert.

Co najważniejsze Polska dysponuje odpowiednim potencjałem naukowym i technologicznym, ale bez konkretnych działań i wsparcia systemowego na poziomie rządowym, będzie tak jak z niebieskim laserem lub grafenem, niestety – dodaje prof. Marcin Molenda.

Prof. Marcin Molenda krótko o magazynowaniu energii:

• bezpieczna technologia materiałowa magazynowania energii to taka, która wykorzystuje surowce do jakich mamy zabezpieczony dostęp,
• bezpieczne magazyny energii to takie, których produkcję mamy pod kontrolą,
• efektywne pozyskiwanie energii i jej koszt będzie zależał od kosztu jej magazynowania,
• wynalazki UJ (polskich naukowców) nie wpłyną na tempo transformacji energetycznej, ale mogą obniżyć jej koszty operacyjne,
• wynalazki UJ (polskich naukowców) mogą zapewnić strategiczną niezależność energetyczną,
• zwykle „tanio i szybko” w perspektywie długoterminowej oznacza „drogo” i tak jest z magazynami energii.

Polscy konstruktorzy i wynalazcy nie tylko są w stanie wymyślić metodę, ale też zbudować prototyp urządzenia. Schody zaczynają się, gdy trzeba zbudować automatyczną linię produkcyjną, co może kosztować nawet kilkanaście milionów złotych. Bez tego jednak, większość wynalazków nie przechodzi do kolejnego etapu, czyli szansy na masową produkcję czy komercjalizację.

Zapytaliśmy Centrum Transferu Technologii (CITTRU), czego dziś potrzebują najbardziej polscy wynalazcy, by ich odkrycia czy konstrukcje mogły przynieść większe korzyści w wyścigu o tanią i czystą energię?
Według dyrekcji CITTRU, innowacje uczelniane to najczęściej pomysły na nowe produkty i usługi zaszyte w zgłoszeniach patentowych lub know-how wygenerowanym w projektach badawczych. – Poziom gotowości tego, co powstaje jest niski. Najczęściej wymaga to dalszych czaso i kapitałochłonnych badań, praktycznie zawsze skalowania do warunków przemysłowych/rzeczywistych. Prototyp działający w Labie niekoniecznie zamieni się w identycznie funkcjonalny produkt po zbudowaniu pełnowymiarowego produktu, cząsteczka chemiczna, które jest kandydatem na lek, rzadko przechodzi bez szwanku wszystkie procedury badań klinicznych. Ten dalszy rozwój wymaga już innych niż naukowe kompetencji i to właśnie ich brakuje w środowisku uczelnianym – odpowiadają fachowcy z CITTRU.

Jesteśmy na Google News. Dołącz do nas i śledź Strefę Biznesu codziennie. Obserwuj StrefaBiznesu.pl!