17-11-2017 20-11-2018

Пропуски и грешки: За българските електрически москвич и трабанти, батериите, ВЕИ и водорода

Винаги ни е липсвала рационалността - и преди, и сега сякаш най-полезното за нас е каквото ни кажат, отбеляза изобретателят проф. Антон Момчилов

Снимка: Ива Иванова

Пропуски и грешки: За българските електрически москвич и трабанти, батериите, ВЕИ и водорода

21:37 | 15 януари 2024 | Автор : Ива Иванова 27 20466 Снимка: Ива Иванова

Как възобновяемите енергоизточници (ВЕИ) да станат сигурна алтернатива обясни пред Dir.bg проф. Антон Момчилов, който е разработвал нови батерии в БАН, има български патенти и е преподавал по електрохимични източници на ток в ХТИ (ХТМУ), а сега работи за германската компания WaveTech. Той посочи кои от литиево-йонните батерии и от начините за съхранение на водород са най-безопасни, разказа за добри практики от чуждестранния опит и коментира къде, според него, грешим. По думите му, ако не закон, би трябвало да имаме национална програма, която да бъде обсъдена, като първо бъдат питани специалистите, за да се стигне до необходимото не компромисно, а най-рационално решение за декарбонизацията.

Green Deal

България има не малко приноси за електромобилността и много пропуснати шансове, отбеляза още професорът и изтъкна, че една от първите разработки на батерия за електромобил е българска - още от 70-те години на миналия век. В онези времена у нас са били направени 3 демонстрационни електромобила - един москвич и два трабанта; страната е била четвъртата в света с производство на литиеви батерии, разказа той. Ето какво още сподели пред Dir.bg проф. Антон Момчилов за пътя към алтернативна енергия:

- Проф. Момчилов, как ви се струва устрема към зелено бъдеще?

- Ние се отказваме от едни ресурси, използваме други и не е ясно кое е по-доброто. А и ЕС се люшка твърде много в различни направения... Наскоро в специализираното списание Batteries International излезе статия, в която се дискутира предложеното драстично орязване на европейското финансиране за научни изследвания и иновации, защото трябва да се предоставят средства за войната в Украйна и миграцията. Но в статията има и едни други факти, които ме поразиха. Там е посочено, че ако ние (Европа), искаме да направим инсталация за рафиниране на литий, тя ще излезе два до три пъти по-скъпо, отколкото в Азия, а ако искаме да направим завод за производство на литиеви батерии, той ще бъде по-скъп с 35% , отколкото в САЩ.

Навремето ЕС напълно отрече оловните акумулатори, а наскоро отново ги реабилитира. Но и сега мога да кажа, че единственият химичен източник на ток, който се рециклира на 98%, е оловният акумулатор. Няма друг такъв източник. Усилено се работи за утилизация на литиевите батерии след употребата им, което е изключително скъпо и няма досега създадена технология, която да достигне хайде да не е нивото 98%, да е 70%, да прескочи 50% поне.

Още един пример - В САЩ има една фирма - Li-Cycle, която се е захванала с преработка на литиево-йонни батерии с външно финансиране от различни източници, включително частни компании и изведнъж се оказва, че се нуждаела от 1 млрд. долара, за да продължи дейността си, а имала и планиран държавен заем от САЩ за 375 млн. долара. Компанията е удължила замразяването на строителните работи в своя планиран център за рециклиране, след като разкри, че прогнозната цена на проекта може да се удвои. Има колизии и голямо недоволство сред инвеститорите.

Никак не е лесна преработката на излезли от строя батерии, особено литиеви - "чорба" от разтворени вещества в органичен електролит, освен другите компоненти. Единствено податливи са оловните. Отработеният оловен акумулатор е по-лесен за преработка отколкото литиево-йонните, защото в оловните батерии има оловни съединения, олово, разтвор на сярна киселина във вода, които сравнително лесно може да бъдат извлечени и има пластмаса, която на 100% се преработва, както капачките, които събираме за преработка. Само сепараторите вътре в оловните батерии са затруднението. Затова казвам, че е достигната 98% възвръщаемост на материалите обратно за производство. И в България имаше пилотна инсталация в Монтана - в Монбат съм водил студенти да разглеждат. Монбат имат и инсталация в Румъния, която преработва оловни батерии. Вече стремежът е да се правят оловните батерии от преработено олово от стари батерии, което изисква повече такива мощности.

- Мода ли са възобновяемите енергоизточници (ВЕИ) или сигурна алтернатива?

- Едно мога да кажа убедено за енергията от основните ВЕИ - фотоволтаици и т.нар. "вятърни мелници" - съхранението на енергия ще става все по-важно и без бекъп батерии и акумулатори, енергийната сигурност ще е под въпрос. Тъй като ВЕИ не дават постоянна енергия, е необходимо задължително да има батерии, но у нас няма такова изискване за инсталациите. Някъде се поставят, но не е задължително.

Батериите дават т.нар. прав ток, а цялата преносна система у нас и навсякъде по света работи на променлив. Затова има специални електронни устройства, които превръщат това право напрежение в променливо, за да бъде съвместимо с мрежата и да можете да прехвърлите енергията от батерията или да вземете, ако ви е необходимо. Когато се ползва енергия от ВЕИ, основен проблем за мрежата е невъзможността за постоянно подаване на енергия, което от ВЕИ е невъзможно. Затова се изгражда батериен блок и когато ВЕИ дава малко, той допълва необходимата енергия, за да бъде тя постоянна. Или обратното - когато ВЕИ събира много повече енергия - да вкарва в батерията за случаи, когато е по-малко. Тези баланси ги прави с точност електрониката. Важното е към ВЕИ-та да има изградени батерии, но този въпрос не е решен у нас.

- Чуждестранният опит подсказва ли решение?

- Преди два месеца бях на една конференция в Турция - там, например, със закон е казано, че 30% от мощността на възобновяемия източник задължително трябва да бъде бекъп батерия, в която, когато енергията е в повече да се съхранява, а когато е по-малко - да се отдава, за да се уравновеси отдаването на енергия. Защото това е най-големият проблем на енергосистемата. Мрежата иска постоянно захранване с енергия и пиковете за нея не са никак добри.

За мен правилното развитие за този тип енергозахранване е това, което правят турците. Тук, ако не закон, би трябвало да има национална програма, която да бъде обсъдена, да бъдат питани първо специалистите. Разбира се, че и между нас - експертите има разнобой, но може да се стигне до необходимото не компромисно, а най-рационално решение за това кое как да бъде.

- Вашият коментар за първите стъпки към водородна икономика?

- При водорода има три основни неща - производство на водород, съхранение на водород и употребата му. В зависимост как се произвежда, водородът е най-различни видове - черен, кафяв, син, зелен и други цветове. Зеленият е най-чистата технология - чрез разлагане на вода с енергия от ВЕИ. Но засега основното промишлено производство на водород е онова - най-лошото - най-вече от изкопаеми горива. Само че там в химически реактор, с катализатор и под налягане, при около 800 градуса се произвежда този водород и същевременно се произвежда въглероден диоксид (СО2) и въглероден оксид (СО). Производството на СО не трябва да го има, защото СО е опасен за живите организми газ, той е отровен и затова се преработва допълнително - пак с катализатори, пак под налягане с висока температура, за да може да се окисли до СО2. Това е единственият промишлен, поне засега, начин за добив на водород.

За СО2 всички говорят колко е лош, аз имам резерви. Не съм химик, физик съм и по моето скромно мнение, СО2 не е най-голямата беля от всичките т.нар. парникови или отровни газове, които излизат не само от автомобилите. За надделяването му, като проблем, според мен, политиката е водеща. Впрочем, метанът е основният парников газ и в момента се говори, че трябва да се намали телешкото месо, защото основен източник на метан са кравите и трябва по някакъв начин да се пооткажем от този вид месо.

По отношение на съхранението на водорода - единственото безопасно съхранение на водород, засега, е чрез т. нар метални хидриди. Това са специални метални сплави, които могат да вкарат в себе си до 600 процента водород, спрямо техния обем, без да гърмят. Сплавите са от никел и т.нар. лантаниди, които са част от редкоземните метали. Разработват се и други типове сплави, но това е най-използваната. След като промените термодинамичните условия, сплавта може да изпусне този водород обратно.

Един колега, физик, беше направил инсталация за производство на такива метални хидриди и искаше да създадем метал-хидридни батерии, които работят на същия принцип, но за съжаление почина. Знам, че в Мадрид, в един от университетите бяха направили метални хидриди за съхранение на водорода, който използват за изследванията и той идва от такава система горе на покрива - абсолютно безопасно, защото там няма водород под налягане.

Относно употребата на водорода ще отбележа, че не съм привърженик на водородния транспорт, включително автомобилен. Достатъчно съм слушал и съм канен. Идваха от една японската фирма, производител на коли, които се правят в Европа и се хвалеха, че са разработили вече автомобил, който изминава близо 1000 км, като водородът е под налягане 900 атмосфери. Да караш такъв тип автомобил, особено в България, бих казал, че е приключение.

- Като експерт по батерии, фен ли сте на електромобилите?

- Все още имам определени резерви. Не съм сигурен, че скоро ще отмине времето на двигателя с вътрешно горене.

България, впрочем, има не малко приноси за електромобилността и много пропуснати шансове. Може да се каже, че чак сега българските специалисти, работили в тази посока преди десетилетия, получават признанието, че са били на прав път.

Една от първите разработки на батерия за електромобил е българска - на нашия институт - бившата Централна лаборатория по електрохимични източници на ток, сега Институт по електрохимия и енергийни системи (ИЕЕС) при БАН, където имах удоволствието да работя от 1980 г. до преди 3 години. Батерията е създадена още през 70-те години на миналия век, преди аз да отида на работа там и са били направени три електромобила - един москвич и два трабанта. Освен това са карани електрокари на различни видове други батерии, а не оловни. Тогава, с идеята да се направи обратима цинково-въздушна батерия, т.е. да стане акумулатор, е бил създаден полимерен сепаратор, от типа, който сега се употребява в литиево-йонните батерии. И се е произвеждал в Института, и са направили колегите батерията, обаче се оказва, че тази батерия не е достатъчно мощна, за да се използва в електромобили. После всичко замира.

- Сега кои батерии се утвърждават като най-добри?

- Няма хубава или лоша батерия, всеки вид е с конкретно предназначение и има своята ниша. Литиевите батерии се използват за захранване на компютри, електрически инструменти, калкулатори, електроника, телефони, също бормашини, шлайфове и пр. Но ако говорим за коли, там литиево-йонната батерия е засега най-доброто решение.

Като казвам литиево-йонна батерия, имайте предвид, че има различни видове литиево-йонни батерии и те си имат своето място къде да се употребяват. Един от основните видове, които се произвеждат в момента, е т.нар. батерия с положителен електрод или както неправилно й казват - с катод NMC (никел, манган, кобалт). В Tesla са такива. Те са с доста голяма мощност и високо напрежение на отделния елемент, като средното напрежение варира между 3.6 и 3.8.

Другият вид литиево-йонни батерии са т.нар. литиево-желязофосфатни батерии. Там активният материал, който работи е литиево железен фосфат. Този тип литиево-йонна батерия има по-ниско работно напрежение - около 3.2 волта, не отдава чак толкова големи мощности, както типа NMC, но е изключително безопасна.

Във фирмата, в която от три години работя, съм правил експерименти да взривя литиево-фосфатна батерия. Тя не се взривява, тя не се запалва. Всяка клетка от батерията има специален клапан - той се отваря, електролитът, който е газ, поради високата температура изхвърча и батерията се деактивира. Да, не може да бъде ползвана, но нито се запалва, нито се взривява.

Литиево-желязофосфатни батерии се използват най-вече за енергийните системи, т. нар. ВЕИ, защото този тип батерии са по-безопасни от литиево-йонните. На пазара има само още една по-безопасна (LTO), но тя е с по-ниско напрежение и е доста по-скъпа, а в крайна сметка цената е от решаващо значение. В процес на разработване е, включително у нас, още по-безопасна - т. нар. литиева твърдотелна батерия.

Вече има много фирми, които правят подвижни станции от батерии и то главно от литиево-железен фосфат, които служат за бекъп станции - когато трябва да се акумулира енергията - да натрупват, а когато трябва - да я отдават и могат да се местят на различни места, според нуждите.

- Много ли имаме да догонваме турците в това отношение?

- Турците са тръгнали в една много интересна посока - те правят мегазавод който още не е готов и се хвалят, че ще е първият в Европа мегазавод за литиеви батерии. Те купуват клетки от Китай - литиево-йонни и оттам нататък надграждат - произвеждат собствена електроника за контрол на батериите, правят мобилни станции.... Защото литиево-йонната батерия има една много важна особеност - за да няма проблеми с безопасността, към нея има електроника, която следи къде какво става. Електронният контрол как работи батерията, особено за големи батерии, е абсолютно задължителен.

Като бях на конференцията в Турция, видях турския електромобил. 30-ина ги разкарваха напред назад, сигурно вървят някакви изпитания на електромобили. Хората явно са предначертали как да работят, какъв да е пътят и го следват.

Имал съм удоволствието да работя няколко месеца в Турция - възхищавам им се, имат страхотна инфраструктура за научни изследвания. За мен пътят по отношение на батериите е това, което правят турците.

- Ние къде сбъркахме?

- При нас винаги е липсвала рационалността - и преди, и сега сякаш най-полезното за нас е каквото ни кажат. На времето беше същата история. Основна наша грешка - на българите, е че ние не си познаваме миналото, не знаем какво е било преди нас, залагаме на грешния принцип - всичко започва от мен и напред. Това ни е най-голямата трагедия. Вместо да стъпим на онова познание, ние почваме всичко отначало.

В нашия институт имаше, например, изключително силна група по оловни акумулатори, защото България имаше 6 завода за производство на различни видове акумулатори, единият от които беше под шапката на военните. Там се правеха много силни разработки.

В момента са останали два завода - единият е Монбат, другият в Пазарджик, които произвеждат оловни акумулатори. Друг вид батерии в България не се правят, говоря за производство от А до Я. Заводът в Никопол умря, този в Самоков умря...

- Бихте ли посочили български постижения в областта на литиевите батерии?

- Ние бяхме четвъртата страна в света, в която имаше промишлено производство на литиеви батерии. Става въпрос за първични литиеви батерии, които са еднократни литий-серен диоксид батерии. В 1987 г. започна промишленото производство в един завод, като беше направено от нас - говоря за института. За година и половина пуснахме производството, имаше и машини, закупени отвън, но основното беше създаването на специалната атмосфера, необходима за производството на литиеви батерии. Разработи се специална "суха стая" - помещение, в което влагата във въздуха е изключително малка. Необходимо е, тъй като литият е метал, който не е добре да стои на въздух, защото ако не пламне, се окислява и не е годен за работа. Бяха разработени и боксове със суха аргонова атмосфера и процесът беше автоматизиран. Чужденците идваха и се смайваха от чудото, което имахме - това беше в 1985 година.

Сега можете да си закупите такъв бокс, ако искате от Китай, ако искате от Щатите или от Европа. Впрочем и от нашия институт неотдавна е закупена линия за лабораторно производство на Li-ion батерии от Китай.

По мое време в Института разработвахме и вещества, които са за литиево-йонни батерии. Имахме и дългогодишно сътрудничество с Националния италиански изследователски център, бяхме разпознаваеми и все още сме донякъде разпознаваеми в научната област. Ние така и не стигнахме до литиево-йонна батерия. По този повод ще си позволя да разкажа един куриоз: Първата литиево-йонна батерия е произведена от Sony в 1991 г. На всеки две години се провежда един международен форум за литиеви батерии и в 1992 г. се състоя в Германия, където ходиха мои колеги и разказаха - излиза един американец и в заключение на доклада си казва: "И какво сега, колеги европейци - ние изследвахме, писахме статии, разработвахме и какво - японците направиха батерията".

- А по отношение на другите батерии?

- България е първата, поне в отсамната страна на желязната завеса, която въведе пластмасов корпус на оловната батерия, което беше наша разработка - на Института. Групата за оловни батерии имаше още много разработки.

Четири години, преди аз да постъпя в този институт, е била направена проточна батерия цинк - въздух. Не знам дали си спомняте Хималайската експедиция 1984 г., когато загина алпинистът Христо Проданов - базовата радиостанция на българския лагер, за да работи на 4-5 хиляди метра височина, беше осигурена с цинк-въздух батерии. Ние направихме батерии литий-серен диоксид за индивидуалните радиостанции (по три комплекта), но не се е наложило ползване на резервните. По-късно стана ясно, че наши алпинисти дали от резервните си батерии на колеги от индийска експедиция, които били много впечатлени, че нашите радиостанции работят при толкова ниски температури. След няколко месеца от индийското посолство проявили интерес към тези батерии, търсейки завода в Никопол. Оказа се, че индийците разглобили батериите, видели, че елементите са увити в лепенки с логото на завода и помислили, че там са правени. А всъщност ние в института си просехме оттук оттам материали, за да работим и бяхме ползвали лепенки на завода, за да изолираме една от друга батериите.

- Вашите препоръки за българския път към декарбонизация и е-мобилност?

- Аз съм напълно убеден, че не бива да се залита в едно направление - само водород, само литиеви батерии или някакъв друг вид батерии,

На много места хората се стараят нещо да направят, нещо да подобрят. Специално у нас се правят и печелят проекти, обаче няма единна политика. Дясната ръка не знае какво прави лявата - няма стратегия, няма концепция какво да бъде, как да бъде. Решението, според мен, могат да дадат специалистите.

ИЗБРАНО