2018-03-27 14:10:03

Британия переходит на низкоуглеродный транспорт

В 2017 году британское правительство объявило о запуске Faraday Challenge – в рамках этой инициативы страна надеется создать новую отрасль по производству аккумуляторов для электромобилей, основательно подготовившись таким образом к глобальному переходу на низкоуглеродный транспорт. Кэтрин Мэгнэй, один из двух директоров этого проекта, рассказала о том, как «пересадить» британские автомобили на батарейки.

— Почему именно аккумуляторы для электромобилей?

— Батареи на самом деле оказались очень четко поставленной задачей: если мы вложим 246 миллионов фунтов, вдобавок к инвестициям бизнеса, в исследования и разработки и в инновации, чтобы поддержать нашу работу в этой области – создание новых поколений аккумуляторов, сможем ли мы создать и вырастить такую отрасль в Великобритании? Сможем ли мы сделать все необходимое, чтобы либо привлечь в страну крупного игрока этого рынка, либо помочь местным компаниям вырасти и диверсифицироваться, создав собственные производства?

— А почему именно Великобритания?

— Автомобильная отрасль в Великобритании выстроена вокруг двигателя внутреннего сгорания – это то, что у нас получается хорошо, мы умеем такие двигатели разрабатывать и делать. Но по мере того, как экономика будет «зеленеть», мы начнем отставать. Поэтому нам нужно уходить от двигателя внутреннего сгорания в более чистые технологии.

Здесь есть несколько возможностей: электромобили с аккумуляторами и на топливных элементах. У нашей страны есть большие успехи в области накопителей энергии: литий-ионный аккумулятор изобрели в 1980-х годах именно в Великобритании. Не очень большие успехи у нас в извлечении выгоды от этих изобретений внутри страны – другие страны преуспели в этом куда больше.

Мы знаем, что у нас большой академический задел в области аккумуляторов – может быть, в этом и путь вперед? У нас есть эти исследования, так давайте вложим деньги и посмотрим, получится ли у нас не просто сохранить наше автопроизводство, но и вырастить эту новую отрасль аккумуляторов.

Правительство работало над стратегией «зеленого» роста, в рамках которой большая часть транспорта должна стать низкоуглеродной или безуглеродной к 2030 году – это не такое уж далекое будущее. Кроме того, правительство работает над планом действий по улучшению качества воздуха. Все это вместе послужило обоснованием для таких инвестиций.

Мы не знаем, сработает ли это, получится ли сохранить производство автомобилей и создать производство аккумуляторов. Но мы считаем, что инвестиции в эту тему и необходимая экосистема – это наш лучший шанс. Пока еще все только начинается – посмотрим, что у нас получится, но пока все выглядит многообещающе.

Проекты по разработке и производству аккумуляторов есть в Японии, Китае, Южной Корее, США. Но если обратиться к автомобильной отрасли, первое, что они скажут, – перевозить батареи невыгодно. Если мы хотим делать машины в Великобритании, то возить сюда аккумуляторы невероятно дорого и опасно – можно ввозить отдельные элементы, но их все равно придется собирать в блок здесь. То есть либо мы вкладываемся в отрасль аккумуляторов, либо полностью теряем автомобильную отрасль в стране. А ввозить готовые машины тоже дорого.

— Как можно улучшить батареи, в каких направлениях?

— Сейчас некоторое – пока небольшое – количество людей уже пользуется электромобилями. Но многие не готовы вкладываться в электромобиль, ведь люди считают, что такая машина не даст им необходимую свободу передвижения, мощность, – здесь есть самые разные моменты. Если мы хотим массового распространения электромобилей, все эти вопросы надо решать, сильно улучшая параметры аккумулятора и обучая потребителей.

Кроме того, нам интересны не только легковые автомобили – каков потенциал электротранспорта в грузовых перевозках, для техники, работающей в экстремальных условиях? Здесь, к примеру, понадобятся аккумуляторы, которые могут справляться с широким спектром температур. Электротранспорт можно использовать и для спецтехники, экскаваторов, например, – здесь нужна не столько возможность далеко уехать, сколько очень высокая удельная мощность.

Аккумуляторы работают и сегодня, и мы изучаем, как можно использовать их активнее, но главная наша задача – создать аккумуляторы, способные решать задачи будущего. Поэтому мы выбрали восемь направлений развития этой технологии, которые нам интересны. Например, сегодня есть аккумуляторы, на которых можно проехать 300 миль, но они стоят очень дорого, а на аккумулятор приходится более 50% стоимости электромобиля. Если мы хотим, чтобы электромобили вышли на массовый рынок, цену батареи нужно снижать.

Эти цели установил Совет по автомобильной отрасли – это такое объединение бизнеса и государства, у них есть группа экспертов, которые работают над такими прогнозами. Успех нашей инициативы будет частично оцениваться именно по этим показателям: мы хотим знать, насколько далеко нам удастся продвинуться со всеми нашими инвестициями и проектами.

— Какие сейчас есть перспективные технологии для «аккумуляторов, способных решать задачи будущего»? Графен, например?

— Нам есть чем заняться по части литий-ионных аккумуляторов, например, в области переработки нам совершенно точно нужно их совершенствовать, потому что именно такие аккумуляторы работают сегодня. Из других технологий для Faraday Battery Challenge мы выбрали твердотельные аккумуляторы.

Твердотельные аккумуляторы, в отличие, скажем, от литий-ионных, вместо жидкого электролита используют твердый, сделанный из керамики, стекла, натрия, сульфида лития или других материалов. Такие аккумуляторы имеют большую плотность энергии и лучше переносят высокие температуры, они безопаснее и быстрее заряжаются, но при этом они гораздо дороже и пока не готовы к массовому производству.

Твердотельными аккумуляторами ученые занимаются примерно с середины прошлого века, и в последнее время в этой области появляется все больше интересных разработок. Так, в 2017 Джон Гуденаф, один из британских изобретателей литий-ионного аккумулятора, и его коллеги в США представили свой проект твердотельного аккумулятора со стеклянным электролитом, который, по их словам, сможет работать при температуре около минус 20 градусов.

Потенциал есть и у графена. Вообще, в Великобритании есть исследования и разработки по самым разным типам аккумуляторов: натрий-ионные, графеновые – изучаем все. Но пока наши самые масштабные инвестиции направлены именно на твердотельные аккумуляторы. Дело в том, что, если посмотреть на прогнозы развития технологий для разных типов батарей, именно твердотельные аккумуляторы выглядят наиболее перспективно с точки зрения наших целей.

— Какие инвестиции вы уже сделали, о чем можно говорить сегодня?

— Во-первых, 78 миллионов фунтов уже выделены на прикладные исследования. Научный совет по инженерным и физическим наукам (EPSRC) постоянно дает самые разные исследовательские гранты, но здесь мы создали отдельную организацию, Институт Фарадея. Это не новый университет – скорее, это несколько ведущих ученых, которые объединились, чтобы руководить этим проектом. У института будет очень небольшой штат, 10 человек, и они будут работать с академическим сообществом, чтобы направлять исследования.

По сути, они как бы говорят: вот у нас есть проблемы, которые мы хотим решить, – кто может приложить свои усилия к их решению? Эти люди очень глубоко разбираются в научной основе вопроса, понимают, какие работы сейчас ведутся, и могут действовать как лидеры в этой области, очень быстро оценивать, что нам необходимо, и доносить это до широкого научного сообщества. И мы говорим не только о химиках и физиках, о тех, кто обычно занимается аккумуляторами, — нам нужны еще и многие другие специалисты: инженеры, специалисты по общественным наукам, экономисты и так далее.

Чем институт и сама «Инициатива…» отличаются от других ваших проектов? EPSRC финансирует научные исследования в области аккумуляторов, Innovate UK (британское агентство по инновациям) финансирует совместные исследования и разработки отрасли и университетов. Но объединение всего этого под одной крышей, очень тесное взаимодействие и совместная работа – это новшество. И если выяснится, что результаты не те, которые нам нужны, или что вообще ничего не получится, то мы останавливаем проект, публикуем его итоги – потому что остальные тоже должны знать, что это не сработает, – и вкладываем деньги в другой проект.

— Чем институт занимается сейчас?

— Мы уже запустили четыре проекта: по деградации аккумуляторов, моделированию на разных масштабах, металлическим анодам и твердым электролитам, а также по переработке и циркулярной экономике («замкнутая» экономика, где отходы возвращаются в производственный цикл). Примерно год назад ученые и бизнес собрались вместе, чтобы обсудить, какие проблемы надо решать, и все согласились, что эти четыре вопроса наиболее остры: это программа минимум, которая даст хороший результат, даже если помимо этого ничего не делать.

Деградация аккумулятора – это о том, как литий-ионный или другой аккумулятор «стареет». Как именно и почему идет этот процесс, какова его модель? Если мы понимаем этот процесс, мы можем предложить новую «химию» аккумулятора или сделать что-то, чтобы затормозить его деградацию. И можно ли создать модель, которая позволит очень быстро оценивать состояние конкретного аккумулятора?

Моделирование того, что происходит в аккумуляторе, нам необходимо на всех масштабах, от нанометрового до масштаба целого аккумулятора. Пока этого еще никто не делал. Переработкой аккумуляторов, очевидно, необходимо заниматься, и здесь мы изучаем несколько технологий: механические, органические – использование бактерий для переработки компонентов аккумулятора и извлечения металла – и так далее. Я думаю, за первые 6–12 месяцев этого проекта они уже хотят разобраться – ага, вот это выглядит интересно, а это нет, давайте это свернем. По академическим меркам это довольно быстро.

А твердотельные аккумуляторы – четвертое наше направление. Мы считаем, что если Великобритания хочет получить еще один «литий-ионный момент», если мы вновь хотим обогнать всех, именно эта технология наиболее перспективна.

— Что будет, если выяснится, что быстро с этими проблемами вам не справиться?

— В этом тоже часть замысла по созданию Института Фарадея: он будет активно управлять этими проектами в постоянном режиме и его руководители будут знать, как они идут. И если выяснится, что результаты не те, которые нам нужны, или что вообще ничего не получится, то мы останавливаем проект, публикуем его итоги – потому что остальные тоже должны знать, что это не сработает, – и вкладываем деньги в другой проект.

— Эти исследовательские проекты полностью финансирует государство?

— Да, но мы рассчитываем, что ученым удастся привлечь индустриальных партнеров. Те могут помогать не деньгами, а материалами, экспертизой или данными, но нам нужно, чтобы ученые теснее работали с отраслью. Другие компоненты «Инициативы…», инновационные проекты и масштабирование, о которых я еще скажу, должны финансироваться по крайней мере в равных долях государством и бизнесом.

Так вот, еще 88 миллионов фунтов мы выделили на совместные исследования и разработки – это, по сути, фонд поддержки инновационных идей бизнеса, который работает совместно с университетом или сам по себе. Это фонд, куда можно обратиться с заявкой на проект любого масштаба от короткого технико-экономического обоснования до более крупных проектов на сумму до пяти миллионов фунтов и сроком до пяти лет. В прошлом году в первом раунде мы одобрили 27 заявок, они принимаются прямо сейчас, и еще один раунд, возможно, будет позже в этом году. После этого мы пойдем к государству и скажем: «Можно нам еще денег, чтобы продолжать эту работу?»

Проекты, которые получают поддержку от этого фонда, выросли из научных исследований, которые несколько лет назад финансировал EPSRC, и мы надеемся, что новые проекты появятся из исследований Института Фарадея.

— Как потом сделать шаг от исследований и разработок к производству?

— Это тоже новый и интересный момент, масштабирование технологии. Такого опыта и такого комплекса у нас еще не было: у нас большая база знаний в академическом сообществе, много инновационных идей, которые можно развивать в совместных разработках, но негде их опробовать – нет способа собрать это все уже в инженерном контексте, чтобы посмотреть, как оно будет работать в реальной жизни.

80 миллионов фунтов правительство выделило на национальный комплекс производства аккумуляторов — по сути, это две пилотные производственные линии, где можно испытать все детали вашего аккумулятора. Придумали новую технологию, новый материал электролита, новый дизайн элемента аккумулятора – все это можно изготовить и испытать в этом комплексе.

Можно будет испытывать и производственное оборудование: по мере того как развивается технология аккумуляторов, будет меняться и то, как мы их изготавливаем. Например, мы еще не знаем, как массово выпускать твердотельные аккумуляторы, – кто-то должен изучить, как их лучше всего производить, экспериментировать и работать с отраслью.

Мы хотим, чтобы этот комплекс справлялся с достаточно большими объемами, по крайней мере, типичными для небольшой компании, чтобы разработчик мог показать, что технология масштабируется. Мы объявили о создании комплекса, но он не будет готов в ближайшие пару лет. Весной или в начале лета мы надеемся выбрать подрядчика для строительства.

— Вам выделили 246 миллионов фунтов на четыре года, а что потом?

— Изначально мы запрашивали финансирование на 10 лет: мы знаем, что «одолеть» твердотельные аккумуляторы или создать аккумуляторную отрасль в Великобритании за четыре года никак не получится. Чтобы что-то получилось, нам нужны инвестиции на 10 лет. Так что мы надеемся за четыре года убедить правительство, что это перспективно, чтобы они дали нам финансирование еще на шесть лет. Никто не считает, что это дело только на четыре года, – это долгосрочные инвестиции.

Стоит еще добавить, что мы начинаем именно с автомобильного сектора, поскольку здесь у нас были наиболее убедительные аргументы. Но мы знаем, что если получится достичь этих наших целей, то это заинтересует, например, аэрокосмическую отрасль. Там сейчас изучают вопрос электрификации самолетов, гибридных технологий, в особенности для взлета и посадки в аэропортах, где из-за этого очень шумно, – можно ли взлетать и садиться на батареях? Для этого, конечно, нужно разобраться с температурами, удельной мощностью и так далее.

За аэрокосмической отраслью подтянутся железнодорожный транспорт, морские перевозки, возобновляемая энергетика. Национальная энергосистема Великобритании тоже участвует в работе «Инициативы…». Это только начало, у нас есть четкий набор целей, и мы стараемся сделать так, чтобы другие сектора тоже их видели и понимали, как они могут их применить у себя.

Если все пойдет по плану, через 15 лет мы увидим совсем другую рабочую силу в автомобильном секторе, которая ушла от двигателей внутреннего сгорания и готова работать с аккумуляторами, и растущее местное производство этих аккумуляторов. И я надеюсь, что в научных исследованиях мы будем мировыми лидерами.

— Британцы  довольно часто жалуются, что у нас с вами хорошо получается изобретать в академической среде, но потом мы теряем все коммерческие выгоды. Почему в этот раз все получится иначе?

— На этот вопрос пока у нас ответа нет, да и ни у кого нет, я думаю. Мы надеемся, что, работая вместе, вовлекая бизнес во все процессы, в том числе в постановку задач, мы создадим ситуацию, в которой, когда эти изобретения академической среды начнут работать, можно будет сказать: ну и берите их тогда в работу.

Сейчас мы делаем двигатели внутреннего сгорания. Однажды это прекратится, потому что мир от них уйдет. Если у нас не будет аккумуляторного производства, чем мы их заменим? Все автопроизводство уйдет из страны. Академический задел у нас есть, но решения проблемы из вашего вопроса пока нет.

— Было ли какое-то сопротивление этой инициативе со стороны производителей традиционных автомобилей?

— Любопытно, но нет, не было. Все они знают, что они вымирающий вид, и они заинтересованы в инновациях.

— А кто-то еще в мире занимается тем же самым?

— Так, как мы, – нет, насколько мне известно. Аккумуляторный альянс ЕС делает нечто похожее, и пока мы в нем еще состоим, но я бы сказала, что мы впереди. Конечно, в Японии и других странах уже есть работающие производства аккумуляторов. Получится ли у нас перепрыгнуть этот этап сразу, выйти к технологиям следующих поколений? У нас есть сектор потребителей в виде автоиндустрии, есть эксперты, мы будем обучать специалистов как в университетских кругах, так и в отрасли, есть рынок. Достаточно ли этого, чтобы привлечь производителей аккумуляторов в Великобританию? Мы думаем, да.

— Вы хотите обеспечить переход от двигателей внутреннего сгорания к электрическим двигателям. Есть ли какие-то идеи по развитию инфраструктуры для электротранспорта?

— Не в рамках «Инициативы Фарадея», но да, в это уже вложено довольно много средств. В правительстве есть департамент низкоуглеродного транспорта (OLEV), они занимаются именно этим. Непосредственно зарядные станции не входят в сферу наших интересов, но нам важно, чтобы люди, которые ими занимаются, понимали, что в это время происходит у нас с аккумуляторами, – нужна координация.

— Если резюмировать, почему именно сейчас, а не пять лет назад или через пять лет?

— Почему не пять лет назад? Нужно было, чтобы ведущие автопроизводители поняли, что рынок идет именно в эту сторону, осознали риски бездействия и новые возможности, которые возникают.

Все вместе это совпало с поддержкой правительства, которое действительно хотело добиться каких-то значимых результатов с помощью своей индустриальной стратегии (частью которой стала «Инициатива Фарадея»). Они были готовы выделить деньги, и получился такой идеальный шторм, на самом деле.

Источник: innovateuk.blog.gov.uk



Смотрите также: