Slovenija še nima nacionalne organizacije za vodik in gorivne celice - EOL 157

Slovenija še nima nacionalne organizacije za vodik in gorivne celice - EOL 157

Vodikove tehnologije

J. V.

Zeleni vodik omogoča skoraj popolno razogljičenje proizvodnje elektrike in toplote, saj z njim pridemo iz ogljičnega cikla fosilnih virov v vodni cikel. Vodik je deseti najbolj razširjen kemijski element na zemlji glede na masni delež. Torej ga je povsem dovolj še zlasti, ker ga proizvajamo in uporabljamo v zaključenem vodnem ciklusu iz vode – v vodo, je dr. Stanko Hočevar, direktor podjetja Mebius, ki je z membranami z visoko protonsko previdnostjo in novim tehnološkim postopkom za proizvodnjo membransko-elektrodnih sklopov že na trgu. Interes za vodikove tehnologije se povečuje, iščejo vlagatelja za povečanje proizvodnje. Po njegovem mnenju je Slovenija premalo ambiciozna pri uvajanju vodikovih tehnologij in uporabi vodika. Potrebuje strategijo razvoja in nacionalno organizacijo za vodik in gorivne celice.

dr. Stanko Hočevar, direktor podjetja Mebius
dr. Stanko Hočevar, direktor podjetja Mebius

Dr. Matija Gatalo je v reviji EOL zapisal, da je v Sloveniji samo Mebius pokazal interes za njihov inovativni katalizator oziroma nanotehnološki pristop, ki omogoča cenejšo izdelavo, uporabo drugih materialov namesto platine in pri implementaciji prehod na ogljičnio nevtralen transport. Kje vidite možnost sodelovanja? Kakšna je sicer možnost za hitrejši prenos takšnih patentov v proizvodnjo in na trg?

Dr. Matja Gatalo je opisal svojo relativno kratko raziskovalno pot na področju elektrokatalize in specifično na področju raziskav in razvoja novih postopkov za sintezo elektrokatalizatorjev. Moja raziskovalna pot na področju heterogene katalize pa se je začela leta 1975, ko sem se zaposlil na Kemijskem inštitutu. Na področje vodikovih tehnologij in gorivnih celic sem se usmeril, ko sem prejel italijansko državno štipendijo na področju kemijskih ved kot gostujoči raziskovalec na inštitutu CNR ITAE v Messini. Tam sem se kasneje, leta 1993, tudi zaposlil kot Višji raziskovalni sodelavec v CNR. Po vrnitvi v Slovenijo leta 1995 sem začel z raziskavami na področju vodikovih tehnologij: pridobivanju in čiščenju vodika za uporabo v gorivnih celicah s polimerno protonsko izmenjalno membrano (angleško: proton exchange membrane fuel cell - PEMFC). V dveh projektih evropskih okvirnih programov APOLLON (2001-2005) in APOLLON B (2006 -2009) sem vodil ekipo raziskovalcev na Kemijskem inštitutu, ki je raziskovala sintezo in karakterizacijo novih katalizatorjev za redukcijo kisika in sintezo in karakterizacijo novih visokotemperaturnih polimernih protonsko izmenjalnih membran.

Tako je prišlo do pobude za ustanovitev podjetja?

Podjetje Mebius d.o.o. sem ustanovil leta 2008 in nadaljeval skupaj s kolegi s Kemijskega inštituta raziskave in razvoj novih elektrokatalizatorjev in membran. Rezultat so bile skupne patentne prijave (2013). Do danes imamo podeljene ameriški, japonski in evropski patent za postopek sinteze elektrokatalizatorjev, pričakujem pa še podelitev evropskega patenta za nove membrane. Vsi patenti so v solastništvu Kemijskega inštituta in Mebiusa s tem, da ima po medsebojnem sporazumu Mebius ekskluzivno pravico trženja te intelektualne lastnine. Mebius uporablja to intelektualno lastnino za razvoj in proizvodnjo lastnih membransko-elektrodnih sklopov za PEM gorivne celice od leta 2016 in je ta proizvod začel tudi tržiti.

Kar se tiče elektrokatalizatorjev, ki jih razvija dr. Matija Gatalo, pa ima Mebius s Kemijskim inštitutom sklenjen sporazum o prenosu materialov (angleško: material transfer agreement). Njegove katalizatorje lahko preizkušamo v naših membransko-elektrodnih sklopih in nato testiramo v reaktorju, to je v gorivni celici. S tem zasledujemo dva cilja: oceniti aktivnost in trajnost katalizatorja v realnem okolju in hkrati prispevati k uspešni poti dr. Gatala v podjetniške vode. Ob tem moram opozoriti, da je za podjetje, ki deluje na področju gorivnih celic, zelo veliko tveganje uporaba patentno nezaščitene intelektualne lastnine v proizvodnih postopkih in trženju. Zato bo potrebno počakati, da bodo Kemijskemu inštitutu podeljeni patenti, ki jih je kot eden od soavtorjev prijavil dr. Gatalo. Sicer pa je Mebius v stalnem stiku z raziskovalci na Kemijskem inštitutu. Sem namreč zaslužni raziskovalec na Kemijskem inštitutu in imam tam tudi na razpolago svoj prostor.

Brez podeljenih patentov ne gre?

Ne. Od prijave izuma do podelitve patenta lahko mine kar nekaj let. Teh nekaj let mora zagonsko podjetje izkoristiti, da izum implementira v praksi. To je, da tehnološki izdelek pripelje od ravni tehnološke pripravljenosti 3 (angleško: technology readiness level – TRL 3) do prototipa in ga preizkusi v realnih pogojih delovanja na ravni tehnološke pripravljenosti 6. Šele tedaj postane nova tehnologija tržno zanimiva tako za vlagatelje kot za kupce intelektualne lastnine. Vsako zagonsko podjetje je najbolj ranljivo med ravnema tehnološke pripravljenosti 3 in 6, saj so za vlagatelje le-te finančno najbolj tvegane. Za zagonska podjetja je to »dolina smrti« in veliko jih zato propade.

Tveganje vlagateljev se precej zmanjša, če zagonsko podjetje razpolaga s patentnimi pravicami, ki jih lahko trži z licenciranjem ali prodajo. V Sloveniji javni raziskovalni zavodi lahko odprodajo ali licencirajo patente, ne morejo pa vstopati s to intelektualno lastnino kot deležniki v zagonska podjetja in vanje tudi ne morejo vlagati finančnih sredstev. Tudi tistih ne, ki so pridobljena na trgu. Taka ureditev precej ovira hitrejši prenos tehnologij iz raziskovalnih ustanov v zagonska podjetja.

Kakšna je vaša izkušnja z razvojem in prodajo jedrnih komponent gorivnih celic s protonsko prevodnimi polimernimi membranami, saj gre za proizvod oz. tehnologijo, ki ni več le prihodnost? Kaj ste pričakovali od poslovnega okolja in strategij, ki se vse zavzemajo za inovacije, razvoj in raziskovanje na področjih za manjšo ogljičnost? Kakšen je bil odziv na domačem in tujem trgu in kdo je financiral razvoj?

Trg skladov vseh tipov gorivnih celic je v svetovnem merilu še v povojih. V preteklem letu je bil trg vreden okoli 0,3 mlrd ameriških dolarjev. Čeprav se prodaja veča z letno stopnjo rasti med 24 % in 31 %, znaša v primerjavi z vrednostjo svetovnega trga avtomobilskih motorjev, ki je v lanskem letu znašala okoli 20 mlrd ameriških dolarjev, le okoli 1,5 %. Prodor gorivnih celic na trge za različno uporabo, mislim na prenosne, stacionarne in mobilne naprave, je odvisen od njihove cene, izkoristka pri pretvorbi energije in življenjske dobe. Ceno, izkoristek in življenjsko dobo pa pretežno določa membransko-elektrodni sklop. Mebius je z uporabo lastnih aktivnejših in stabilnejših katalizatorjev, membran z visoko protonsko prevodnostjo in novim tehnološkim postopkom za proizvodnjo membransko-elektrodnih sklopov dosegel raven kvalitete komercialnih membransko-elektrodnih sklopov, vendar z nižjimi proizvodnimi stroški. Zato se tuji proizvajalci skladov gorivnih celic zanimajo za naše membransko-elektrodne sklope in jih tudi že naročajo za testiranje v njihovih skladih gorivnih celic. Na poti do tu nam je veliko pomagal neposreden vstop v t.im. InnoEnergy Highway Acceleration Programme, katerega smo si pridobili z dobrim nastopom na mednarodnem tekmovanju v Budimpešti leta 2017. V skladu s tem programom je KIC InnoEnergy vstopil kot deležnik v Mebius s 15% in vložkom 150.000,00 €. Sedaj pa skupaj iščemo novega vlagatelja za povečanje proizvodnje naših membransko-elektrodnih sklopov.

Interes torej je?

Tako v svetovnem kot tudi v domačem poslovnem okolju je vedno večje zanimanje za vodikove tehnologije. Večinoma povezano s shranjevanjem in distribucijo viškov elektrike proizvedene iz prekinljivih obnovljivih virov energije. Seveda pa so v to vpleteni parcialni interesi velikih sistemov za proizvodnjo in distribucijo elektrike na strani energetike in velikih sistemov za proizvodnjo in distribucijo fosilnih goriv, ki skušajo obdržati svoje tržne deleže pri zadovoljevanju potreb gospodarstva in gospodinjstev. To se odraža tudi v nacionalnih energetskih in podnebnih načrtih posameznih držav. Evropska unija je uspela pripraviti Zeleni dogovor. Uporabila je »palico in korenček« za doseganje okoljskih ciljev. Slovenski Nacionalni energetski in podnebni načrt sprejet februarja lanskega leta odraža parcialne interese velikih sistemov in je, kar se tiče uvajanja vodikovih tehnologij, zelo neambiciozen. Vodik naj bi začeli proizvajati šele leta 2030 (0,028% oskrbe z energijo v ktoe) in leta 2050 proizvedli za 0,72 % oskrbe z energijo. Direktiva Evropske komisije pa zahteva od vseh držav EU, da do leta 2025 vzpostavijo infrastrukturo za alternativna goriva v prometu, vključno z vodikom. Slovenija nima nacionalne organizacije za vodik in gorivne celice in tudi nima lastne strategije razvoja vodikovih tehnologij. Slovenska tehnološka platforma za vodik in gorivne celice (SIHFC) je delovala med leti 2005 in 2009, potem pa je bila vključena v Center odličnosti za nizkoogljične tehnologije (CO NOT).

 

Toda raziskave v podjetjih potekajo. Kaj je največja vrednost vaše inovacije na področju katalizatorjev in protonsko prevodnih polimernih membran? Za katere panoge so tržno najbolj zanimive? In zakaj vaša usmeritev v vodik?

Naš katalizator vsebuje le četrtino platine v primerjavi s komercialnimi platinskimi katalizatorji, ima pa 8 do 10-krat višjo masno aktivnost (v A/mgPt). Naša membrana je nanokompozitna polimerna membrana, ki deluje pri temperaturah nad 180 ⁰C. Ne potrebuje vode za protonsko prevodnost in ne nabreka. To bistveno zniža stroške sklada, ker ne potrebuje podsistema za vlaženje reaktantov, ki vzdržuje želeno raven vode v membrani. Hkrati je ta membrana primerna za izdelavo toplotno integriranega sklada gorivnih celic in reformerja goriva, na primer metanola. PEM gorivne celice so široko uporabne v prenosnih, stacionarnih in mobilnih sistemih. Mebius s svojimi membransko-elektrodnimi sklopi prodira na trg stacionarnih sistemov, kjer je razmerje med ceno in specifično močjo najugodnejše za naš načrtovan obseg proizvodnje.

Vodik, ki je pridobljen z elektrolizo vode z elektriko iz obnovljivih virov, je t.i. »zeleni vodik«, torej brezogljičen. Z njegovo elektrokatalitično pretvorbo v gorivni celici proizvajamo elektriko, toploto in vodo kot edini produkt reakcije med vodikom in kisikom. Na ta način »preskočimo« iz današnjega ogljičnega cikla v vodni cikel in tako dosežemo popolno razogljičenje. Hkrati shranjujemo viške proizvedene elektrike v obliki »zelenega vodika«. Zato je Mebius zagovornik uporabe gorivnih celic v vodnem ciklu.

Kako daleč je v Sloveniji razvoj vodikovih tehnologij v primerjavi s tujino in s katerimi ukrepi bi ga lahko spodbudili?

Veliko držav na svetu ima izdelano dolgoročno strategijo raziskav in razvoja vodikovih tehnologij tja do leta 2050. Tako strategijo ima tudi Evropska unija in pri njenem nastajanju sem v letih 2004-2005 tudi sam sodeloval kot strokovni delegat Slovenije v t.im. Zrcalni skupini, kjer so bili zastopani vsi predstavniki evropskih držav. V letih 2010 do 2013 sem vodil tudi Ciljni raziskovalni program »Slovenija – nizkoogljična družba« (CRP Konkurenčnost Slovenije V2 – 0501), v katerem smo z modelom sistemske dinamike razdelali več kot 20 scenarijev možnega razvoja Slovenije do leta 2050 v okviru splošnih IPCC scenarijev. Scenariji so pokazali, da ob ustreznem uvajanju obnovljivih virov in znižani rabi energije le dva scenarija omogočata trajnostno rast in še to z največ 2% rastjo BDP.

Na srečo se precejšen del našega gospodarstva, ki je močno vpeto v mednarodne energijske in blagovne tokove ter z njim povezanih lokalnih skupnosti, zaveda, da je potrebno skrbno spremljati dogajanje v svetu na področju vodikovih tehnologij. Moramo se hitro odzivati na spremembe. Zato sem optimist in verjamem, da bomo pod pritiskom hitrega razvoja vodikovih tehnologij v svetu naše na papirju zapisane resolucije, strategije in načrte morali ustrezno popraviti še pred letom 2025.

Zakaj vodik, kje vse ga bomo lahko uporabili?

Vodik je čist in trajnosten energijski vektor. Omogoča tudi učinkovit način shranjevanja energije. Kot energetska rešitev kaže visok potencial in nudi številne prednosti – od nizkega okoljskega vpliva do visoke obstojnosti. Hkrati je vodik tudi najmočnejše kemično gorivo. Na Zemlji je vodik precej razprostranjen, seveda v kemijsko vezani obliki. Največ ga je v vodi, iz katere ga pridobivamo z elektrolizo. Je idealen člen za uravnavanje proizvodnje elektrike iz nestanovitnih obnovljivih virov, kot sta vetrna in sončna energija, in njene rabe v distribuiranem električnem omrežju s pomočjo gorivnih celic. »Zeleni vodik« omogoča skoraj popolno razogljičenje proizvodnje elektrike in toplote, saj z njim preidemo iz ogljičnega cikla fosilnih virov v vodni cikel. Vodik je deseti najbolj razširjen kemijski element na Zemlji glede na masni delež. Torej ga je povsem dovolj, še zlasti ker ga proizvajamo in uporabljamo v zaključenem vodnem ciklu, torej iz vode – v vodo. V tem ciklu nastopajo tudi gorivne celice. Njihov položaj v vodikovih tehnologijah najbolj nazorno kaže slika, ki jo predlagam za objavo.

Na razpolago imamo šest tipov gorivnih celic, ki delujejo v različnih temperaturnih območjih. Najbolj zanimivo pri tem je, da lahko v gorivnih celicah uporabimo tudi vodik pridobljen iz fosilnih goriv, na primer iz zemeljskega plina s parnim reformingom. Z zajemanjem ogljikovega dioksida na mestu proizvodnje vodika lahko proizvodnjo elektrike in toplote na mestu porabnika povsem razogljičimo. Druga zanimivost pa je, da jih lahko uporabimo skoraj v vseh gospodarskih sektorjih.

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