Kemičar dr. M. Stanley Whittingham ključna je ličnost u povijesti razvoja baterija – tehnologije, koja je značila revoluciju na području pohrane energije. Postavio je temelje za razvoj litij – ionskih baterija, koje su danas praktično posvuda, bez njih ne možemo zamisliti pametne telefone, prijenosna računala ili električna vozila. Za ovo postignuće je Whittingham, zajedno sa još dva znanstvenika, 2019. godine dobio i Nobelovu nagradu. Za N1 između ostalog objašnjava kako poboljšati slabosti tehnologije i kako je učiniti trajnijom.

M. Stanley Whittingham profesor je kemije i znanosti o materijalima, te direktor NorthEast Center forChemicalEnergyStorage (NECCES) na Sveučilištu Binghamton u New Yorku. 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 s Amerikancem Johnom B. Goodenoughom i Japancem Akira Yoshinom.

Kao prvi od trojice nagrađenih sedamdesetih godina prošlog stoljeća se, tijekom 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 litijskoj bateriji, te na taj način demonstrirao prvi litijsku bateriju koju je moguće ponovno napuniti. One danas pokreću prijenosna računala, tablete, mobilne telefone i većinu električnih automobila.

U tijeku susreta dobitnika Nobelove nagrade, koji se održao prošli mjesec na otoku Lindau u Njemačkoj, pronašao je vremena i za razgovor za N1.

Prije skoro 50 godina postavili ste temelje za litij – ionske baterije, koje su, kako je napisano u obrazloženju Nobelove nagrade, »izazvale revoluciju u našim životima, od kad su 1991. godine dospjele na tržište, koriste se od mobilnih telefona do prijenosnih računala i električnih vozila«, te imaju veliku korist za čovječanstvo. Kako danas vidite njihov razvoj?

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

U Kaliforniji je počelo s radom skladište energije – veliki baterijski sustav od litij – ionskih baterija – kapaciteta 1,2 gigavatnog sata (Nuklearoj elektrani Krško bi za punjenje ovog skladišta bilo potrebno približno dva sata, op. a.). Po veličini i opsegu to je najveći baterijski sustav za skladištenje energije na svijetu i 4 puta je veće od prethodno najvećeg na svijetu, zato kažem, da se razvoj baterija dogodio nevjerojatnom brzinom.

Također, i Europa za uspostavljanje kompletnog lanca proizvodnje litij–ionskih baterija i svega ostalog predviđa milijarde eura. Još prije godinu dana o tome nismo mogli ni sanjati.

Mislite li, da općenito pretjerujemo s korištenjem baterija? Danas su posvuda, 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 prije sat vremena razgovaro sa ljudima iz BMW-a, 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 javiti kada u pneumatiku prepozna prenizak pritisak ili neki drugi problem.

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

Litij-ionske baterije danas imaju ključnu ulogu i u elektrifikaciji mobilnosti. Vozite li vi električni automobil?

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

Prati li razvoj litij-ionskih baterija brzinu razvoja električnih vozila? Litij-ionske baterije su naime skupe i imaju ograničenu sposobnost osiguravanja dovoljne izdržljivosti, potrebne za napredak razvoja električnih vozila.

Pogledajte samo šta se dogodilo u zadnjih pet ili deset godina – litij-ionske baterije su koštale više od tisuću dolara na kilovatni 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 tvornica za proizvodnju baterija, da bi mogli pokriti potrebe automobilskih kompanija, koje prave sve više električnih automobila. Obzirom da nije jasno, hoće li će biti dovoljno baterija, mnogobrojne automobilske kompanije počele su se i same baviti baterijama. Jedna od tih kompanija je Volkswagen, koja slijedi primjer Tesle.

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

Dio sam takozvanog konzorcija Battery 500. Naš cilj je postići, da se gustoća energije baterija s današnjih 250 vatnih sati na kilogram poveća na 500 vatnih sati na kilogram težine. 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 povećati gustoću energije i dalje snižavati troškove proizvodnje baterija. Jedna od ključnih stvari je da iz baterija želimo odstraniti sav kobalt, koji uglavnom dolazi iz Konga. To je važan troškovni identifikator i bitna problematika, kada se radi o okolišu, lancu opskrbe i radu djece, većina toga se odnosi na Kongo.

Čime možemo nadomjestiti kobalt?

To je uglavnom nìkal, možda sa prstohvatom magnezija, aluminija 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 posto kobalta. Međutim, svi vaši mobilni telefoni još uvijek su stopostotno kobaltni, zbog čega na ovom području i dalje trebamo neko rješenje.

Sve vrijeme govorimo o električnim automobilima, a zaboravljamo teška vozila i avione. Hoće li će baterije za njih biti dovoljno izdržljive?

U testnom centru američkog proizvođača srednjih i teških kamiona PeterbiltMotorsCompany u saveznoj državi Washington vozio sam električni kamion sa 16 kotača. Znači, takva vozila već postoje i koriste ih za prijevoz tereta na kratke udaljenosti, za duge ne. Obično prevoze kontejnere s brodova u distributivne centre.

Na ovom području mnogo se govori o korištenju vodikovih gorivnih stanica, ali će se i dalje morati koristiti litij-ionske baterije, jer gorivne stanice ne omogućavaju poboljšanje ili regenerativno kočenje (vozilo prilikom kočenja obnavlja kinetičku energiju što smanjuje potrošnju goriva i emisije, op. a.). Znači i dalje ćete imati bateriju. Kako bi ona bila potpuno napunjena, pobrinut će se vodikova gorivna stanica, to ćemo puniti na punionicama uz glavne autoceste.

Problem je u tome da još uvijek ne znamo napraviti takozvani zeleni vodik, jer ga još uvijek proizvodimo od zemnog plina ili nafte, što nije dobro. Moramo pronaći načine za proizvodnju zelenog vodika.

Kada možemo očekivati razvoj električnih aviona? Je li to uopće moguće u budućnosti?

Ovisno od toga koja će biti njihova veličina. Dvije ili tri kompanije proizvode avione, koji će moći prevoziti troje ili četvoro ljudi ili robu – na primjer hitna medicinska pomagala iz rubnih dijelova u centre gradova. Velike reaktivne avione nećemo moći zamijeniti baterijama, to jedostavno nije moguće, za te avione će nam i dalje biti potrebna nafta.

Kako će po vašim predviđanjima teći daljnji razvoj litijevih baterija? Koja su ograničenja sadašnjih baterija i šta želite postići u njihovom razvoju? Na koje zanimljive pristupe u njihovom razvoju najviše računate?

U konzorciju Battery 500 ne bavimo se litij-ionskom tehnologijom, naprotiv bavimo se povratku metalnom litiju, jer bi se na taj način energetska gustoća baterija povećala za barem 50 posto, možda čak i 100. Želimo se riješiti grafita, koji se trenutno nalazi u baterijama.

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

Jedna od obećavajućih tehnologija, o kojima se posljednjih godina mnogo govori su baterije s čvrstim elektrolitom (eng. solid-statebattery), koje bi zbog veće sigurnosti i veće energetske gustoće potpuno revolucionirale način korištenja, te punjenje električnih automobila. Mislite li da je to budućnost? Koje bi mogle biti prednosti ovih baterija u odnosu na litij-ionske baterije?

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

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

Svaka tehnologija može se koristiti za dobre ili loše stvari i aplikacije. Možete li izdvojiti neke od negativnih vidika litij-ionskih baterija?

Svi znamo da zbog baterija više nemamo slobode. Usred noći dobivamo poruke na svojim računalnim i mobilnim napravama i ljudi od nas očekuju da ćemo odgovoriti. Ako ne bi imali litij-ionske baterije, ne bi imali pametne telefone, prijenosna računala i sve te naprave.

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

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

Drugo očigledno rješenje je da sve baterije moramo reciklirati. Ne znam kakav je postupak u Europi, mislim da se u SAD obično većina telefona i prijenosnih računala ne reciklira. Ove materijale moramo početi reciklirati, te ih napraviti održivijim za okoliš.

Klimatske promjene su nesumnjivo jedno od odlučujućih pitanja našeg vremena. Kakav utjecaj imaju litij-ionske baterije na klimatske promjene? U nekom intervjuu ste izjavili da će nam malo više pomoći u savladavanju klimatske promjene. Kako?

Spomenuo sam objekt u Kaliforniji – baterijsko skladište energije, snage 1,2 gigavat sata, koje je nadomjestilo plinsku elektranu. Cjelokupnu opremu za plinsku elektranu su odstranili i nadomjestili je litij-ionskim baterijama. Sada koriste suvišnu solarnu energiju za punjenje tih baterija tijekom 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 riješiti elektrane s prljavim izvorom energije i u nju smjestiti litij-ionske baterije. U svijetu postoji mnogo elektrana na ugalj – riješite ih se i umjesto njih postavite litij-ionske baterije. U Europi imate vjetro i hidro elektrane – možete ih puniti kada imate višak energije i koristiti je kada bude potrebno.

Po vašem mišljenju, budućnost društva bez fosilnih goriva su baterije. Ali za njih nam i dalje treba električna energija koju uglavnom dobivamo na ekološko neodrživ način. Jesmo li sposobni proizvesti dovoljno čiste energije za sve te baterije?

Očigledno je to u nekim dijelovima Evurope i svijeta moguće. Mislim da u Skandinaviji postoji veliki broj hidroelektrana, Francuska je uglavnom nuklearna, u kanadskoj provinciji Quebec je 90 posto hidroelektrana, u saveznoj državi New York će u narednih pet godina biti 50 ili 60 posto čiste energije – mislim, da su posljednje 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, gdje je to izvodivo, dobro skladište za čuvanje energije i hidroelektrana sa pumpnim akumulacijama.

Najočiglednija mjera, koja nam je potrebna pored korištenja baterija, je štednja električne energije. To je najbolji način da postanete zeleni. Po mojim podacima Sjeverna Amerika – SAD i Kanada – potroši dva puta više električne energije po osobi od Zapadne Europe. 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.

Mislite li da kao društvo imamo sposobnost i prije svega volju, da napravimo ove promjene?

Odnosi variraju. U SAD smo imali predsjednika, kojem su dolari i prijatelji bili važniji od klime, isto vrijedi i za Brazil i brojne druge države. Stvarno ih nije briga za klimu. Mi moramo ohrabriti sve da se zauzmu za ovo. Događaji na sjeverozapadu SAD-a i u kanadskoj provinciji Britanska Kolumbija krajem lipnja bili su jasna poruka svima, da je globalno zagrijavanje stvarno.

Najviše temeperature u mjestu Lytton u Britanskoj Kolumbiji iznosile su 50 stupnjeva Celzija. Mislim da su ljudi vidjeli, da je globalno zagrijavanje stvarno. Jedan dan su imali rekord a sljedeći dan je njihovo mjesto izgorjelo i sve su morali evakuirati. Također i poljoprivrednici u Kaliforniji su prestali sa uzgojem jer ove godine nije bilo dovoljno vode. Ljudi moraju razumjeti da je globalno zagrijavanje stvarno.

Čemu se u budućnosti najviše radujete?

Mislim da tome da ćemo se vratiti u normalan život.

Mislite poslije pandemije?

Da. Jer je sve otišlo dovraga i mislim, da je zabrinjavajuće da su emisije CO2 opet tamo, gdje 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 vrijedi letjeti dva dana u Europu 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 vrijeme ručka u SAD-u, navečer u Aziji. Zanimljivo je da su ljudi, posebno studenti, mnogo spremniji postavljati pitanja preko interneta, čini se da se tako osjećaju mnogo udobnije.

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

Čini se da ste vrlo kritični prema korištenju nove tehnologije. Posebno jer su baterije, koje ste pomogli izumiti, omogućile ovako masovno korištenje svih tih tehnologija.

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

Kada se osvrnete na svoju karijeru, što biste rekli, da je bio ključni element, da ste postigli to što ste postigli?

To da nisam radio uobičajene stvari, nisam bio konzervativan. Ako želiti napraviti proboj, morate riskirati. Drugi ključni element je da radite u timovima, ne sami. Kada sam sedamdesetih godina prošlog stoljeća radio u kompaniji Exxon, imali smo tim, u kojem je isprva bilo približno pet ljudi, a koji se vremenom širio.

Danas je znanost vrlo komplicirana i ne može funkcionirati bez političara i ekonomista, zbog toga svi moramo surađivati. Moramo međusobno razgovarati, moramo obrazovati političare i širu javnost. Glavna stvar je: ne radite obične stvari, budite hrabri, riskirajte i surađujte sa drugima, kazao je Whittingham za N1 Slovenija.