Z inovacijo do boljših katalizatorjev za vodikove gorivne celice - EOL 156

Z inovacijo do boljših katalizatorjev za vodikove gorivne celice - EOL 156

Pot mladega raziskovalca

dr. Matija Gatalo

Kot je bilo nedavno predstavljeno v evropskem zelenem dogovoru v sklopu vodikove strategije, bodo vodikove gorivne celice ena od ključnih strategij Evrope, da postane podnebno nevtralna družba. Gorivne celice tako v času boja proti podnebnim spremembam in zmanjšanju svetovnih emisij toplogrednih plinov ponujajo okolju prijazno energetsko alternativo. V gorivni celici se namreč shranjen vodik in kisik iz zraka pretvarja v elektriko in edini stranski produkt vodo. Gorivne celice so zelo zanimive predvsem za dekarbonizacijo transportnega sektorja. Zadnja leta se kaže, da bodo zapolnile vrzel predvsem pri težjih aplikacijah, ki potrebujejo daljše prepotovane razdalje, kot na primer tovornjaki, avtobusi, vlaki, ladje in letala.

Za učinkovito delovanje gorivne celice je ključnega pomena katalizator, ki se nahaja v samem osrčju vodikove gorivne celice. Hkrati pa je prav katalizator še vedno tisti, ki predstavlja eno glavnih ovir pri večji razširjenosti te zelene tehnologije. Današnji najboljši katalizatorji, ki na eni strani omogočajo dovolj visoko učinkovitost in na drugi strani stabilno dolgotrajno delovanje vodikove gorivne celice, temeljijo na zelo dragoceni in redki kovini platini. Medtem ko platino sicer najdemo že v konvencionalnih vozilih na pogon motorja z notranjim izgorevanjem, kjer je uporabljena v katalizatorju za čiščenje (škodljivih) izpušnih plinov, pa je trenutna poraba platine za primerno delovanje transportnih sredstev na pogon vodikovih gorivnih celic za vsaj velikostni razred višja.

Ob želji po masovni komercializaciji te zelene tehnologije pa je zaradi omejenih količin platine takšna poraba enostavno občutno previsoka. Poleg tega bi ob tako neučinkoviti porabi platine katalizator predstavljal skoraj polovico stroškov izdelave sistemov vodikovih gorivnih celic. Eden od glavnih ciljev industrije je torej poiskati način, s katerim bi izboljšali izkoriščenost in uporabo platine ter jo pripeljali na nivo, ki je primerljiv s tem v vozilih s pogonom na motor z notranjim izgorevanjem (torej iz približno 50 na 5 gramov platine na vozilo).

Nov nanotehnološki postopek

Kot mlad raziskovalec sem zasledoval predvsem načine, s katerimi bi uspeli platinske katalizatorje za vodikove gorivne celice naredili čim bolj učinkovite in hkrati cenejše. Za osnovo sem namesto platine uporabil zlitine platine in cenejših ter dostopnejših elementov, kot so baker, nikelj ali kobalt. Največji preboj je pri tem predstavljalo odkritje do sedaj povsem neznanega nanotehnološkega postopka priprave tovrstnih katalizatorjev. Nov nanotehnološki postopek na eni strani omogoča bistveno pocenitev katalizatorja, na drugi pa znižuje porabo dragocene in strateško pomembne platine, pri čemur smo do danes njeno porabo že prepolovili.

Nov postopek je hkrati enostaven, »zelen«, energetsko učinkovit, izjemno ponovljiv ter omogoča pripravo tržno zanimivih količin. Inovacija torej zapolnjuje manjkajoči člen problematike platine in ima potencial, da pospeši hitrost rasti trga in s tem prehod na ogljično nevtralen transport. V kolikor nam to uspe, bomo poleg pospešenega razvoja tehnologije vodikovih gorivnih celic posredno pripomogli tudi k zmanjševanju škodljivih izpustov, onesnaženosti zraka in boljšemu življenju ljudi po svetu. Zaradi novosti in tržne zanimivosti raziskav smo se odločili za ščitenje intelektualne lastnine s prijavo mednarodnega patentne prijave. Temu so nato sledile mnoge objave v prestižnih znanstvenih revijah, ki so dodatno potrdile tudi znanstveno odličnost omenjenih inovacij.

Država bolj podpira odlične inovacije

Na drugi strani je v zadnjih letih država začela podpirati odlične inovacije naših javnih raziskovalnih organizacij, kot je Kemijski inštitut, da ne bi ostale le dobre na papirju, ampak da bi se tovrstno znanje preneslo tudi v industrijo. Tako je na Kemijskem inštitutu kot tudi drugje bilo ojačano delovanje pisarn za prenos znanja. Iz lastnih izkušenj trdim, da je bilo delovanje pisarne za prenos znanja na Kemijskem inštitutu eno od ključnih razlogov, da sem se kot raziskovalec opogumil in se začel podajati v podjetniške vode. Naj podam le nekaj primerov, ki so bili nepogrešljivi - pomagali so mi pri postopku zaščite intelektualne lastnine, o katerih prej nisem niti vedel, koga lahko vprašam. Poleg tega so me ozaveščali o različnih inovacijskih tekmovanjih, za katere verjetno ne bi izvedel, da obstajajo. Pomagali so mi pri prijavah, tako da smo na koncu osvojili več nagrad, kot so Rektorjeva nagrada za najboljšo inovacijo Univerze v Ljubljani 2019, Zlata plaketa Osrednjeslovenske Gospodarske Zbornice 2019, 1. nagrado za inovacijo z ekonomskim potencialom 12. mednarodne konference za prenos znanja (Institut Jožef Stefan) in druge.

Morda najbolj ključna je bila organizacija interne 'Proof of concept' podpore NICKI, s katero smo vsaj za leto dni pospešili ključen razvoj na novem nanotehnološkem postopku ter vzpostavili pomembne odnose s tujimi javno-raziskovalnimi organizacijami kot tudi velikimi tujimi podjetji. Pisarna za prenos znanja je izjemno pomemben mediator med raziskovalcem in vodstvom inštituta ter njegovimi interesi. Ustanavljanje tovrstnih pisarn je tako izjemen korak naprej za Slovenijo in nepogrešljiv košček sestavljanke vsake raziskovalne ustanove, ki omogoča, da vrhunske raziskave slovenskih raziskovalnih organizacij ne bodo ostale napisane le na odličnih znanstvenih objavah in prejemale veliko citatov, temveč bodo tudi znane po inovacijah, ki so spremenile svet.

Pisarna za prenos znanja kot motor

In prav preko pisarne za prenos znanja so se zgodili prvi zametki zagonskega podjetja ReCatalyst. Na podlagi omenjenih tekmovanj se je namreč med mano in strokovnjakom na področju prenosa tehnologij Tomažem Bizjakom formiral podjetniški 'team', s katerim sva se v začetku leta 2020 prijavila na evropsko podjetniško tekmovanje EIT Raw Materials Jumpstarter. EIT Jumpstarter je vseevropsko 'startup' tekmovanje, ki je organizirano pod okriljem Evropskega inštituta za inovacije in tehnologije (EIT). V okviru tekmovanja se startupi v zelo zgodnji fazi v šestmesečnem programu razvijajo in tekmujejo, dokler na koncu ne ostane peščica, ki se poteguje za nagrado do 10.000 € v vsaki kategoriji in za nadaljnjo podporo. Letos je tekmovanje potekalo na šestih tematskih področjih – surovine, proizvodnja, zdravje, prehrana, inovativna energija in urbana mobilnost.

S Tomažem sva se na področju surovin tokrat prvič predstavila kot zagonsko podjetje ReCatalyst in v vélikem finalu 25. novembra 2020 dosegla vrh (1. mesto). V sklopu tekmovanja sva kot ekipa šla čez mnoge podjetniške delavnice, naredila poslovni načrt in si odgovorila na mnoga pomembna vprašanja o trgu gorivnih celic, poglavitnih prednostih tehnologije katalizatorja ter potreb trga, ki jih zares rešujeva. Pri tem je Ljubljanski Univerzitetni Inkubator (LUI) in najin podjetniški mentor ter hkrati direktor LUI Jakob Gajšek igral eno od ključnih vlog. Njegova ekipa na LUI je namreč poskrbela za izjemno organizacijo predavanj ter podporo na vsakem koraku že od prvega dneva, ko sva s Tomažem prvič prestopila prag njihovega inkubatorja.

S prijavo na razpis ERC do dodatnih evrov

Čeprav je bilo leto 2020 zaznamovano tudi s pandemijo virusa SARS-CoV-2, smo v našem laboratoriju pričeli z zelo pomembnim projektom evropske raziskovalne agencije (ERC) za raziskovalce na začetku samostojne kariere 2019 (ERC Starting Grant 2019). Projekt je na Kemijski inštitut pripeljal trenutni vodja Laboratorija za elektrokatalizo, izr. prof. dr. Nejc Hodnik. Imetnikom tovrstnim projektov Evropska raziskovalna agencija omogoča prijavljanje na dodaten razpis, in sicer t.i. ERC 'Proof of Concept'. Omenjeni razpis je namenjen financiranju presoje inovacijskega potenciala raziskovalnih projektov, ki jih financira Evropska raziskovalna agencija in v ta namen ob hudi konkurenci in zelo nizki stopnji uspešnosti (okrog 25 %) podeljuje dodatnih 150.000 € financiranja. V okviru projekta poimenovanega »StableCat – Assessing the Technical and Business Feasibility of Highly-active and Stable Intermetallic Pt-alloy Catalysts for Application in PEMFCs« bomo napravili prve korake, ki so potrebni za komercializacijo teh inovacij. Pri tem je eden od ciljev tudi uradna ustanovitev zagonskega podjetja ReCatalyst. Na tokratni razpis je prispelo 205 vlog. V financiranje so jih sprejeli 55. Naša prijava ni bila le ena izmed 55-ih, ampak je bila uvrščena na visoko 9. mesto ter izpostavljena na spletni strani ter socialnih omrežjih Evropske raziskovalne agencije. Hkrati je bila to edina uspešna slovenska vloga v letu 2020.

Kakšen je interes za novo inovacijo pri industriji? Bolj v tujini kot doma.

V Sloveniji je interes le s strani Mebius-a, saj tovrstne industrije pri nas zares še ni. Sva pa s Tomažem Bizjakom bila na primer pri Domelu, ki nas je povezal z mednarodnim podjetjem v Ameriki. Bila sva tudi pri Pipistrelu, ki niso direktna stranka ReCatalysta, imajo pa industrijske partnerje, ki so zanimivi. Iz meseca v mesec je več interesa iz tujine, pri čemer lahko imena po velikosti primerjamo s podjetji, kot so Nike ali pa Adidas na področju športne obutve. S stališča potencialnih investitorjev smo v pogovorih s Poslovnimi angeli Slovenije, vendar pa se zopet večinoma pogovarjamo izven naših meja. 

Naložbo sofinancirata Republika Slovenija in Evropska unija
iz evropskega sklada za regionalni razvoj. Sofinanciranje spletne strani je bilo pridobljeno preko Vavčerja za digitalni marketing.