Одна из глав доклада «10 прорывных идей в энергетике на ближайшие 10 лет», подготовленном Ассоциацией, посвящена этой теме. В недавнем интервью с вице-президентом «Глобальной энергии» Павлом Королевым профессор Иоана Ионель, глава исследовательского института в Политехническом университете Тимишоары, рассказала о перспективах развития этой технологии

Павел Королев: Моя собеседница сегодня – профессор Иоана Ионель, глава исследовательского института в Политехническом университете Тимишоары. Тема аккумулирования электрохимической энергии стала настоящим мировым трендом, нашедшим отражение в нашем докладе «10 прорывных идей в энергетике на ближайшие 10 лет». Профессор, как Вы думаете, почему это так?

Иоана Ионель: Ответ довольно прост: потому что мы должны инвестировать в переход на экологически чистую энергию.  Успешная трансформация электроэнергетики может быть поддержана экономическим развитием, но, прежде всего, энергетической безопасностью и, как я уже сказала, энергетическим переходом. Аккумулирование электрохимической энергии — это способ хранения электроэнергии в химической форме. Главная его задача — уменьшить потери и создать перезаряжаемые электрохимические системы, не прибегая к сверхмощностям, которые можно было бы использовать не для, скажем, смартфонов и планшетов и так далее, а для электромобилей, для больших аккумуляторов для домов, для больниц. Проблема заключается в том, что пока не решен вопрос накопления возобновляемой энергии. В основном это энергия, которая зависит от времени и погоды, поэтому батареи могут быть разработаны в такой форме, чтобы обеспечить долгосрочное хранение энергии, но при этом же они могут стать первым шагом к безуглеродной энергетике будущего. 

Павел Королёв: Отлично, спасибо! Перейдём к следующему вопросу. Технологии хранения энергии часто противопоставляются традиционным источникам, поскольку первые сопряжены с возобновляемой энергетикой и даже переводят её на новый уровень. Каковы, на Ваш взгляд, перспективы подобного соперничества?

Иоана Ионель: Я не могу сказать, что это конкуренция. Нужно так или иначе аккумулировать энергию.  Будь то электрохимическое аккумулирование, или тепловая энергия или гидроаккумулирующая система, или, например, сжатый воздух, — электричество должно вырабатываться, притом в безопасном виде. Поэтому я не вижу конкуренции, потому что каждая система имеет свои преимущества. Сочетание с возобновляемыми системами — это решение. На мой взгляд, это может сработать с немногими видами батарей будущего, но для этого необходим скачок в области материаловедения. Кроме того, должна произойти цифровая трансформация вкупе с переосмыслением будущего хранения энергии, поскольку в настоящее время оно не существует в нужной форме. 

Павел Королев: Материаловедение значительно расширило тему хранения энергии, позволив использовать различные материалы и их комбинации при производстве аккумуляторов. Более того, разные виды батарей уже используются в различных сферах жизни. Таким образом, мы используем литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы в мобильных телефонах, литий-титанатные в электромобилях и в области возобновляемой энергетики. Как Вы думаете, каким будет аккумулятор будущего?

Иоана Ионель: Будущее хранения электроэнергии в настоящее время занимает второе место среди самых важных проблем, не давая покоя министрам и экспертам в области энергетики, изучающим необходимые показатели. Роль хранилища электроэнергии заключается в том, чтобы обеспечить надежное снабжение электроэнергией и позволить перейти от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии. Батарея имеет ограничения, и все эти ограничения в настоящее время должны быть решены с помощью новых материалов. Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, конечно же, важны и должны быть доработаны в будущем. Поэтому, думаю, необходимо повышение их энергоёмкости и длительности срока службы. Литий-ионные батареи до сих пор показали большой потенциал, но они пока неэффективны с экономической точки зрения и не находят широкого применения. Они ещё не доработаны для больших областей применения, для обеспечения транспортировки энергии и бесперебойного энергоснабжения.  Безусловно, можно использовать новые материалы, электроды с более высокой зарядной ёмкостью, создать более высокую удельную мощность, что позволит батареям стать меньше и, что особенно важно, дешевле. Таким образом, в настоящее время все батареи показывают недостаточную электропроводность, однако этот вопрос является решаемым. У нас есть перспектива, хорошая перспектива, и исследования открыты для всего, что мы можем себе представить на данный момент. 

В настоящее время также разрабатываются электромобили Li 2010, но могу сказать, что они будут потреблять большое количество энергии, а в их производство вкладывается много СО2, поэтому очень важно учитывать не только преимущества, но и ущерб, наносимый окружающей среде в процессе производства подобных батарей. И это касается литий-титановых  батарей, но и всех батарей в целом.  Поэтому в будущем, чтобы превратить эти аккумуляторы в реальную опору для перехода на экологически чистую энергию, необходимо строить работу на основе устойчивых источников энергии, на основе которой и создавать батареи, ведь до сих пор аккумуляторы создаются на основе традиционной энергии.

Павел Королев: Это так. Мой следующий вопрос будет таким: говоря об электрохимии, мы должны помнить и о вопросах окружающей среды. Несмотря на то, что многие связывают хранение энергии с возобновляемыми источниками, известно, что, например, производство графена не всегда можно назвать экологически чистым. И это не говоря уже о проблеме утилизации аккумуляторов. Какими могут быть пути решения?

Иоана Ионель: Здесь я вижу возможным решение по адаптации производства к циркулярной экономике, то есть повторное использование материалов батарей, переставших функционировать. Таким образом, даже со всемтитпнви имеющимися знаниями мы не в состоянии повторно использовать некоторые материалы. Я предлагаю оставить их на хранение. Кто знает, что предложит нам будущее. Исследования развиваются и очень быстро, поэтому, на мой взгляд, решением может стать метод повторного использования большинства материалов, которые в настоящее время используются для таких батарей. Циркулярная экономия повторного использования материалов — это, на мой взгляд, возможный выход.

Павел Королев: Спасибо. Предлагаю перейти к последнему вопросу. Насколько эффективными могут стать аккумуляторы в будущем? Сможем ли мы однажды направить в отдалённые регионы Африки маленькие коробочки размером с современный пауэрбанк с сотнями мегаватт или даже гигаватт энергии и победить энергетический кризис?

Иоана Ионель: Вы знаете, мы можем мечтать об этом, но я думаю, что прежде, чем уехать так далеко в Африку или другие страны, мы должны обеспечить все энергосистемы во всех странах, которые предлагают здравоохранение и государственное образование. Поэтому очень важно, чтобы больницы во всем мире имели постоянную подачу электроэнергии, а во всех стратегических секторах энергоснабжение было улучшено. Конечно, необходимо оказывать поддержку всем развивающимся странам, но делать это необходимо в виде лицензирования и, конечно, инвестирования в такие страны. Я мечтаю о том, что в будущем в космосе у нас будут летать батареи, которые будут обеспечивать электричество, где бы оно ни понадобилось. Поэтому я думаю, что будущие источники энергии сейчас только зарождаются, и какой бы прогресс не был достигнут, скажем, в автомобильных двигателях или в соединении аккумуляторов с возобновляемыми источниками энергии, все виды аккумуляторов будут необходимы и станут гораздо более пригодными к переработке.  Эффективность сейчас немного ограничена, но наверняка в ближайшем будущем будут предложены новые схемы сохранения сегодняшних характеристик аккумуляторов. Я думаю о так называемых динамических аккумуляторах, которые должны использоваться во всех ситуациях. Аккумуляторы будущего должны быть очень эффективными и рассматриваться как источник будущего развития.  При этом мы не хотим сказать, что батареи должны использоваться только ограниченной частью населения. Какой бы продукт ни поступал в разработку, он должен быть доступен всему населению. Использование батарей во всём мире очень важно.