Maşinile electrice sunt neatractive în prezent şi din cauza faptului că trebuie să stea o noapte în priză la încărcat, însă, peste câţiva ani, bateria maşinii electrice ar putea fi încărcată în cinci minute, a spus, într-un interviu acordat HotNews şi 0-100.ro, Mihai Duduţă, chimistul român care lucrează la un astfel de proiect. Bateriile ar putea deveni mai ieftine şi mai performante, iar încărcarea lor se va face prin simpla pompare a unui lichid special, spune românul de 26 de ani care a realizat una dintre cele mai bune lucrări de licenţă la prestigiosul Institut Tehnologic din Massachusetts (MIT).
Vlad Barză: Cum ai ajuns la cunoscutul institut MIT?
Mihai Duduţă: Pe scurt, am ajuns în SUA întâi la Bard College, în 2005, ca fost câştigător de Medalie de Argint la Olimpiada Internaţională de Chimie (Kiel, Germania 2004). După doi ani la Bard, în care am lucrat doar în chimie, am început să fiu foarte interesat de ştiinţa şi ingineria materialelor. Am căutat şi am aflat că MIT avea – şi încă are – cel mai bun departament în acest domeniu de ani buni, aşa că am aplicat pentru transfer şi am avut norocul să fiu acceptat exact unde vroiam. De acolo, când am terminat licenţa în 2010, am fost primul angajat al 24M Technologies, compania care dezvoltă ideea spre comercializare.
V.B.: În 2008 aveai un proiect prin care arătai cum se poate scoate energie electrică din steaguri. Ce s-a mai întâmplat cu proiectul?
M.D.: Proiectul cu steagurile a fost interesant pentru un concurs de inventică din MIT, dar imediat cum s-a terminat concursul am avut ocazia să lucrez la proiectul cu bateriile. Mi s-a părut atunci, ca şi acum, că bateriile vor avea un impact mult mai mare, aşa că am decis să mă concentrez 100% pe baterii. În plus, cu experienţa mea de chimist, mi s-au părut bateriile o problemă mai dificilă, dar şi mai promiţătoare pe viitor.
V.B.: Cum a luat naştere ideea proiectului „semi-solid free flow“?
M.D.: Ideea a luat naştere în 2008, când am început să lucrez cu cei doi profesori de la MIT (W. Craig Carter şi Yet-Ming Chiang). Prof. Chiang este co-fondator al A123 Systems, companie ce face baterii Li-ion pe bază de nanofosfat de fier care sunt folosite în diverse aplicaţii interesante gen sistemul KERS (Kinetic Energy Recovery System) din maşina de Formula 1 a lui Lewis Hamilton, şi au planuri mari de a implementa bateriile lor în maşini 100% electrice în următorii ani. Cei doi profesori m-au rugat să îmi folosesc experienţa de chimist, să studiez redox flow cells şi să propun cum ar putea fi îmbunătăţite.
V.B.: În ce constă mai exact conceptul?
M.D.: Proiectul se cheamă „semi-solid flow cell“ şi îmbină două concepte: redox flow cells, inventate la NASA în anii ‘70, şi bateriile pe Li-ion, dezvoltate în principal în Japonia, în anii ‘90. Redox flow cells sunt baterii în care electrozii (mai precis materialele active) sunt lichide şi pot fi scoase din ceea ce voi numi „stack“ (zonă de reacţie electrochimică în care anodul şi catodul sunt despărţiţi doar de o membrană) când sunt încărcate sau descărcate. Astfel se separă puterea bateriei de energia conţinută în baterie. Mai precis: vrei mai multă putere – faci stack-ul mai mare, vrei mai multă energie – faci rezervoarele de anod şi catod mai mari. Ideea e foarte bună, dar sistemele 100% lichide bazate pe apă nu au destulă densitate de energie (cam 30 Wh/L pentru cele mai bune redox flow cells pe ioni de vanadiu). Aici intervine ideea noastră originală: în loc de materiale 100% lichide folosim suspensii coloidale ale unor materiale folosite în bateriile cu litiu ion (ceea ce noi numim „semi-solids“). Care sunt avantajele? 1. Materialele din Li-ion operează la voltaje mai mari decât bateriile din sisteme cu apă (apa e limitată la 1,2 V, apoi începi să faci electroliza, bateriile pe Li-ion operează la 3-4 V), 2. Li-ion are mai multă capacitate de a stoca electroni decât sistemele apoase, 3. Sistemele semisolide au concentraţie mai mare decât sistemele 100% lichide (numele 24M Technologies, compania la care lucrez, vine de la 24 Molar – o concentraţie mult mai mare decât a ionilor de vanadiu în redox flow cells obişnuite = 2-3 M).
V.B.: Conceptul are la bază particule solide suspendate într-un lichid purtător. Ce sunt aceste particule solide şi ce este acel lichid, despre ce substanţe vorbim exact?
M.D.: Aşa cum am prezentat mai sus, lichidul este compus din: particule de material activ, particule de carbon şi electrolit (amestec de sare de litiu şi solvenţi organici).
V.B.: Proiectul la care lucrezi vrea deci să elimine dezavantajul ce ţine de nevoia ca o maşină electrică să fie ţinută ore în şir în priză la încărcat. Practic, voi propuneţi ca încărcarea bateriei să se facă în câteva minute, schimbând un lichid descărcat aflat în baterie cu unul încărcat. Detaliază ce se întâmplă exact.
M.D.: Deocamdată, maşinile electrice, gen Nissan Leaf, sunt limitate de faptul că trebuie să se reîncarce destul de încet (patru-şase ore pentru o reîncărcare sigură şi completă). Ce propunem noi este un sistem în care lichidul descărcat poate fi înlocuit cu un lichid încărcat la o staţie autonomă. Exemplu: îmi conduc maşina 200 km de la Suceava la Adjud şi bateria e aproape descărcată, dar eu vreau să ajung la Bucureşti. În loc să stau patru ore şi să îmi reîncarc bateria, intru la o staţie de reîncărcare, unde o pompă specială schimbă lichidul descărcat cu unul 100% încărcat. Durata: câteva minute, apoi plec către Bucureşti. Care ar fi avantajele: să schimbi un lichid e mai uşor decât un întreg compartiment de baterii, nu ai nevoie de multe baterii în plus, care sunt scumpe (~50% din costul unei baterii Li-ion vine din materialele inactive – cele care sunt folosite la construcţia ei, nu cele care stochează energia), energia folosită în reîncărcarea lichidului poate fi alternativă (solară, eoliană etc.) şi, foarte important, poţi avea lichide diferite în funcţie de vreme (unele baterii merg mai bine când e cald, altele, când e frig), în funcţie de performanţă (poţi cere lichid care să dea mai multă putere sau unul care să dea capacitate mai mare pentru a reîncărca mai rar) ş.a.m.d.
V.B.: Câte minute ar ajunge să dureze umplerea bateriei cu acest sistem?
M.D.: Ar trebui să dureze un pic mai mult decât ia să faci un plin, dar nu mai mult de cinci minute.
V.B.: Un dezavantaj uriaş al maşinii electrice este că trebuie să stea şase-opt ore în priză, aşa că e extrem de utilă ideea voastră de a schimba, pur şi simplu, lichidul descărcat cu unul încărcat. Dar, pentru oamenii care nu ştiu chimie, în ce mod poate fi încărcat cu energie un lichid, de ce utilaje este nevoie pentru a-l încărca şi cum se face?
M.D.: Sistemul de reîncărcare al lichidului ar fi foarte asemănător cu stack-ul din maşină pentru că serveşte pentru aceeaşi funcţie. Aduce anodul aproape de catod, lasă electronii să treacă prin circuit şi ionii prin membrană. Geometria încă nu este bătută în cuie, dar, probabil, ar fi ceva asemănător cu o pilă de combustie pe bază de hidrogen. (Uf, cât de ineficientă e limba română, zic „pilă de combustie pe bază de hidrogen“, în loc să zic „fuel cell“.) După ce lichidul e descărcat, e scos din maşină (într-o aplicaţie într-un autovehicul), ţinut într-un rezervor, apoi trecut prin stack şi reîncărcat, apoi e gata să fie pus iar în maşină.
V.B.: Care ar fi, în numai câteva cuvinte, principala inovaţie a proiectului la care lucrezi?
M.D.: Marea inovaţie a semi-solid flow cells este că va face bateriile reîncărcabile mai ieftine şi mai performante decât orice altceva de pe piaţă, din cauza chimiei Li-ion şi a arhitecturii redox flow cells.
V.B.: Dacă totul merge bine, când veţi testa întreg sistemul pe o maşină reală?
M.D.: 24M Technologies, compania care dezvoltă această idee, a primit fonduri din partea ARPA-E (Advanced Research Projects Agency for Energy) pentru a produce un prim prototip în următorii trei ani, data-limită ar fi sfârşitul lui 2013. Totuşi, din cauza nenumăratelor teste de siguranţă, credem că tehnologia noastră va fi disponibilă din punct de vedere comercial abia în a doua jumătate a acestui deceniu.
V.B.: Spui că ideea proiectului aduce multe reduceri de costuri, însă la ce capitole adaugă costuri? Dacă o companie mare va spune „OK, vom folosi ideea voastră“, bănuiesc că va trebui să investească milioane de dolari în modificarea proceselor de producţie a bateriilor?
M.D.: Cred că e mai bine să privim această tehnologie drept ceva complet inovator: bateria reîncărcabilă 2.0. Aici intervine 24M Technologies, care se angajează să creeze ceva foarte diferit de ceea ce este pe piaţă în acest moment. Sigur, va fi nevoie de investiţii pentru cercetare şi apoi producţie, dar 24M vrea să intre pe piaţă cu o baterie mai ieftină (în termeni de bani cheltuiţi în raport cu performanţa bateriei) decât adversarii. Finalmente, pentru utilizator, costul ar trebui să fie mai mic decât orice altceva, altfel nu am făcut mare lucru.
V.B.: Ai primit ceva oferte de a te întoarce în România. Ceva companii de aici s-au arătat interesate să te aibă că angajat?
M.D.: În afară de familie şi prieteni, care mă aşteaptă întotdeauna cu braţele larg deschise, nu am primit alte oferte de a mă întoarce. (râde) Totuşi, în ultimii trei ani am încercat să dezvoltăm această idee cu minimum de publicitate posibil, aşa că nu mă surprinde faptul că nu am fost abordat de nimeni. Dimpotrivă, mă bucur că am putut dezvolta ideea în relativă linişte, pentru a avea un avantaj în faţa competitorilor pe viitor.
