1882 metais amerikiečių išradėjas Tomas Edisonas sukūrė pirmąją pasaulyje vandens garais varomą elektrinę. Nuo to laiko elektra pasaulyje pradėta plačiai taikyti visose gyvenimo srityse.

Dabar ji maitina šaldytuvus, telefonus, radijo ir televizijos imtuvus ir daugelį kitų buities įrenginių, kurie pakeitė mūsų gyvenimą. Susimąstykime, kas atsitiktų, jeigu nors mėnesiui dingtų elektra?

Kaip elektros lemputės prieš daugiau nei šimtmetį tapo dujinių lempų konkurentėmis, taip šiandien atsinaujinanti energija ir elektromobiliai tampa iškastinio kuro technologijų konkurentais. Kad šios technologijos visuotinai paplistų, reikia naujos elektros baterijų kartos.

1979 metais buvo sukurtos pirmosios ličio jonų baterijos. Bet tik apie 1990 metus japonų bendrovė „Sony“ sukūrė jų komercinius variantus. Nuo to laiko ličio jonų baterijos labai patobulėjo. Sukaupiamos energijos tankis padidėjo šešis kartus, o kaina sumažėjo dešimt kartų: nuo 3 tūkst. JAV dolerių už kilovatvalandę sukauptos energijos 1993 metais iki kelių šimtų JAV dolerių už kilovatvalandę 2015 metais.

Baterijos sudaro 90 proc. nešiojamojo kompiuterio svorio. Kokios jos būtų, jei būtų 6 kartus didesnės? Belaidės technologijos neegzistuotų. Tačiau ličio jonų baterijos naudojamos ne tik mobiliuose telefonuose ar kompiuteriuose, bet ir energijai kaupti elektromobiliuose, atsinaujinančios saulės ir vėjo energijos jėgainėse.

Tačiau nepaisant didelės pažangos, ličio jonų baterijos yra pernelyg brangios, kad pakeistų naftos produktais varomus automobilius ir garų turbinas elektrai gaminti. Baterijų kaina turėtų sumažėti dar bent 50 – 80 proc.

Elektromobilių pasaulyje daugėja. Jų yra ir Lietuvoje. Vien Amerikos keliais važinėja 340 000 elektro ir hibridinių automobilių. „Tesla Motors“ bendrovė gavo užsakymą pagaminti 325 000 elektromobilių. „Tesla“ skelbia, kad jie neišmeta aplinką teršiančių dujų. Ar tai tiesa?

Elektromobiliai aplinkos neteršia, bet elektrą gaminančios jėgainės, ypač kūrenamos akmens anglimis, kurių elektra pakraunamos automobilių baterijos, aplinką teršia. Todėl elektromobiliai Kinijoje, Australijoje, Indijoje ir Pietų Afrikoje, kurių elektros jėgainės varomos daugiausia akmens anglimis, aplinką teršia katastrofiškai.

Neteršia tik elektromobiliai, pakraunami saulės, vėjo ir atominių jėgainių gaminama elektra. Todėl elektromobiliai yra švarūs tik tiek, kiek švari yra elektros, kuri pakrauna jų baterijas, gamyba. Jei nėra švarių elektrinių, mažiausiai aplinką teršia hibridiniai automobiliai.

Dabar elektromobiliai sudaro gerokai mažiau nei 1 proc. pasaulio dviejų milijardų automobilių skaičiaus. Elektromobilių visuotinį paplitimą riboja daugiausia baterijos. Litis yra puiki medžiaga baterijoms. Jis yra lengviausias metalas, lengvai įsiskverbia į kitas medžiagas ir sukaupia daugiausia energijos.

Norint sukurti bateriją, reikia sukaupti anode ličio jonų, kurie išsikrauna pro elektrolitą judėdami į katodą. Norint vėl pakrauti bateriją, reikia procesą apversti. Su tokiomis baterijomis elektromobiliai gali nuvažiuoti apie 300 kilometrų. Bet baterijos nuolat tobulėja.

Vis dėlto ribos yra. Pakraunant ir iškraunant baterijos degraduoja. Chemija riboja galimą įterpti ličio kiekį į anodą ir katodą, todėl yra energijos sukaupimo riba. Baterijų technologija artėja prie ribos.

Specialistai numato, kad ličio baterijos gal būt dar patobulės nuo 50 iki 100 proc., bet ne daugiau. Be to, litis yra brangus metalas. Naujai energetikos revoliucijai reikia naujų strategijų. Pirmoji būtų pakeisti litį kitu metalu, pavyzdžiui, magniu, kalciu ar cinku. Jie daug pigesni ir jų baterijos gali sukaupti daugiau energijos.

Antroji strategija būtų pakeisti šių metalų įterpimą į anodą ir katodą chemine reakcija, kuri kauptų ir išlaisvintų energiją. Pagaliau galima naudoti skysto elektrolito baterijas, nors jos daug sunkesnės ir didesnės, bet visiškai tinka atsinaujinančios energijos kaupimui saulės ir vėjo jėgainėse ir yra daug pigesnės.

Niekas nežino, kokias baterijas turėsime ateityje, bet į naujų baterijų kūrimą investuojami dideli pinigai. Daugiau nei prieš 150 metų italų fizikas Alessandras Volta sukūrė pirmąją elektros bateriją. Nuo to laiko baterijos nuolat tobulėjo ir bandė žmonijos žinių ribas, kurios vis plėtėsi.

Dabar žinomos ličio jonų baterijų ribos. Valstybinių ir akademinių mokslo institucijų bei privačių bendrovių pastangomis ieškoma naujų elektros baterijų ir situacija yra panaši į 1882 metus, kai Tomas Edisonas atidarė pirmąją elektrinę. Vargu ar kas nors numatė, kaip elektra pakeis pasaulį, bet ji visiškai pakeitė pasaulio veidą. Istorija gali pasikartoti.

Prof. Jonas Grigas

Komentarai (9)