Zhruba 40 miliard korun vložili v novém investičním kole firmy i jednotlivci do společnosti CFS. Ta chce vyvinout a postavit malý fúzní reaktor. Otázkou, zda není až moc malý.

Bill Gates, Google i George Soros se sešli u velmi netradiční investice. Tři slavná jména (a celá řada dalších, méně známých) vložili peníze do firmy Commonwealth Fusion Systems (CFS), která vznikla při proslulé technické univerzitě MIT. Společnost slibuje během příštích necelých 20 let uvést do provozu zařízení vyrábějící elektřinu pomocí procesu, který pohání všechny hvězdy: slučování atomových jader, čili jaderné fúze (konkrétně termojaderné fúze, čili fúze za vysokých teplot a tlaku).

V nedávno uzavřeném investičním kole získala CFS od investorů celkem 1,8 miliardy dolarů, tedy cca 40 miliard korun. To je na start-upové poměry skutečně fantastický úspěch. Zvláště když vezmeme v potaz, že samotná firma slovy svých představitelů varuje, že nejde o rychle návratnou investici. Má se údajně jednat o investici dlouhodobou.

Investory mohla snad přesvědčit fantastická návratnost v případě úspěchu. CFS (a obecně obor řízené termojaderné fúze) slibují čistý a v podstatě nevyčerpatelný zdroj energie. (Přesnější popis principu fúze najdete v boxu na konci článku.)

Znovu, ale lépe

CFS k problému přistupuje poměrně tradičním způsobem. Počítá s tím, že její zařízení budou využívat osvědčeného principu fúzního reaktoru známého jako tokamak. Tokamaků bylo za posledních 70 let postaveno cca 250 kusů. V podstatě jde o „magnetickou past“ na extrémně rozžhavené plazma (přes 100 milionů stupňů).

Klíčovou, byť ne jedinou inovací společnosti CFS má být zvládnutí využití nové generace supravodivých magnetů. To má umožnit vytvořit účinnější past na plazma, tak má pomoci velmi výrazně snížit náklady na stavbu celého fúzního zařízení, potažmo elektrárny.

CFS chce používat k výrobě magnetů využívat keramické sloučeniny známé jako YBCO (oxid mědi s ytriem a baryem, odtud zkratka), která se označuje jako „vysokoteplotní supravodič“. Znamená to tedy, za vhodných teplot dokáže vést elektrický proud zcela beze ztrát. Pro fúzní inženýry je důležitější, že elektromagnety z takového materiálu se jednou „zapnou“ a měly by teoreticky fungovat po neomezeně dlouhou dobu, pokud tedy funguje chlazení. V praxi takové magnety býtvají u tokamaků „zapnuté“ týdny bez vnějších dodávek energie.

Použití supravodičů je pro případné elektrárny klíčové. Na udržení plazmatu jsou zapotřebí velmi silné a velké magnety, a kdyby jejich provoz vyžadoval neustále dodávky energie, bylo by těžké vůbec nějakou fúzní elektrárnu postavit. Byl by to spíše velký fúzní „spotřebič“.

Drtivý většina známých supravodivých materiálů si tuto extrémně zajímavou a potenciálně velmi užitečnou vlastnost zachovává pouze za velmi nízkých teplot kolem absolutní nuly. Přízvisko „vysokoteplotní“ tedy v případě YBCO může znít laikovi poněkud směšně: materiál si svou supravodivost zachovává při teplotách maximálně kolem -179°C. Jako „vysokou“ by takovou teplotu označil opravdu málokdo. Z hlediska praktického nasazení je to ovšem proti jiným supravodičům opravdu velká výhoda.

Společnost CFS spoléhá při zvládnutí jaderné fúze na novou generaci supravodivých magnetů. Toto je první, který dosahuje rozměrů nutných pro stavbu jejího prvního demonstračního zařízení (foto CFS)
Společnost CFS spoléhá při zvládnutí jaderné fúze na novou generaci supravodivých magnetů. Toto je první, který dosahuje rozměrů nutných pro stavbu jejího prvního demonstračního zařízení (foto CFS)

Magnety z YBCO je totiž možné chladit kapalným dusíkem, a není již zapotřebí velmi drahého a složitého chlazení kapalným héliem na teploty jednotek Kelvinů. Oněch několik desítek stupňů navíc je z praktického hliediska veliký rozdíl. S takovým systémem se pracuje výrazně jednodušeji.

Odborníci z CFS se domnívají, že do značné míry právě díky tomu by mohly jejich tokamaky být mnohem menší, kompaktnější – a tedy i výrazně levnější než jiná podobná zařízení. Snižování rozměrů se totiž projeví synergicky v celé řadě dalších ohledů.

Jejich plánované zařízení SPARC se v řadě ohledů srovnávat s velkým mezinárodním tokamakem ITER, který od roku 2013 vzniká v jižní Francii. Přitom má mít pouze čtvrtinový průměr proti ITERu a zhruba 60krát menší objem komory. Magnetické pole jeho hlavních magnetů bude přitom výrazně silnější: 22 Tesla proti 12 Tesla ITERu.

Není to moc málo?

„Kapesní“ fúzní reaktory zní tedy na pohled jako skvělý nápad. Nese s sebou i negativa. Jedním je, že „past“ musí být o to těsnější. Čím větší je reaktor, respektive komora, ve které je uvězněno plazma, tím větší je pravděpodobnost úspěchu fúze. Z malé komory prostě rychleji bez užitku „uletí“, velmi zjednodušeně řečeno.

V malých zařízeních tak zatím možné dosáhnout ziskové fúzní reakce: tedy dosáhnout toho, aby v plazmatu vznikalo více energie, než je zapotřebí k ohřevu. Dochází k ní, ale k udržení vhodných podmínek je zapotřebí více energie, než kolik se při slučování jader uvolňuje.

Plazma musí být jednoduše řečeno tak veliké, aby částice paliva (tedy jádra izotopů vodíku) v reaktivní oblasti pobyly dostatečně dlouho. V menších zařízeních jich příliš mnoho utíká ven. Zvenčí je sice můžeme doplňovat, ale to s sebou nese velké energetické ztráty.

Řada odborníků je skeptická k tomu, že by výkonnější magnety společnosti CFS mohly tento hendikep vyrovnat. Druhou ještě méně nápadnou nevýhodou malých reaktorů by mohla být nižší životnost, konkrétně životnost materiálů v jejich stěnách.

Tokamaky jsou magnetické pasti, protože plazma je tak žhavé, že žádný pevný materiál by styk s plazmatem o teplotách desítek či stovek milionů stupňů nemohl přežít (a ostatně by ho nepřežilo ani dosti křehké a vzácné plazma). Ale i když magnetická izolace funguje, reaktor není zrovna přívětivé místo.

V plánovaných reaktorech velká část energie vzniklé fúzí uniká z komory v podobě neutronů. Při nevyhnutelném průchodu stěnou komory zasahují její atomy, které se přesouvají, a materiál tím může měnit své vlastnosti. Stejný problém se objevuje i v dnešních jaderných elektrárnách, ovšem zatížení v hypotetických fúzních reaktorech by mělo být extrémně vysoké.

Dnes se proto vyvíjejí speciální, velmi odolné materiály, které tomuto namáhání mají do značné míry odolat. Ale není jisté, jak intenzivní neutronové „bombardování“ vlastně mohou zvládnout.

Pokud by měl být výkon reaktoru CFS stejný jako výkon „konkurence“, ale s výrazně menší komorou, je nevyhnutelné, že stěny by byly více namáhány. Z komory by „vylétalo“ stejné množství energie, ale protože samotná komora by byla menší, muselo by toto množství energie projít přes výrazně menší plochu. Docházelo by ke zvyšování tzv. „hustoty toku“ energie a neutronů, a tedy výrazně rychlejšímu stárnutí hmoty nádoby na plazma. Aby se libovolná ffúzní elektrárna vyplatila, bude muset ovšem fungovat desítky let…

Schéma tokamaku (foto Entler a kol.)
Schéma tokamaku (foto Entler a kol.)

Nová doba?

Bez ohledu na možný „velký malý problém“ fúzních reaktorů společnosti CFS je nutné ovšem poznamenat, že jejich finanční úspěch je na poměry oboru unikátní. Letošní a historicky vůbec první zpráva o stavu „fúzního průmyslu“ dospěla k závěru, že do tohoto oboru šlo od 90. let 20. století zhruba 1,8 miliardy v soukromých investicích – v podstatě stejně, kolik společnost CFS získala během posledního investičního kola.

Investice do fúze jsou soustředěné v několika „hvězdných“ firmách. Čtyři z nich – Commonwealth Fusion Systems, General Fusion, TAE Technologies a Tokamak Energy – si rozdělily 85 procent z oněch 1,8 miliardy dolarů, které zpráva uváděla. Nepoměr se od té doby díky úspěchu CFS samozřejmě ještě výrazně zvýšil.

Zpráva uvádí, že na světě existuje nejméně 35 soukromých společností zabývajících se jadernou fúzí. Většina z nich je soustředěna v USA a Evropě. Z těchto 35 společností se jich tucet prohlásil za společnosti v rané fázi vývoje nebo fungující „v režimu utajení“, a proto odmítly poskytnout bližší informace. U zbývajících 23 společností 12 z nich uvedlo, že zahájily činnost teprve v posledních pěti letech.

Podle zprávy je nejoblíbenější technikou fúze, kterou společnosti využívají, magnetické udržení, při němž se k zadržení vysokoteplotního plazmatu používají magnetická pole. Zatímco výroba elektřiny je hlavním cílem soukromých společností zabývajících se jadernou fúzí, téměř polovina firem vidí využití této technologie také v pohonu pro vesmírné lodě (jak jsme říkali, jsou to optimisté) a na dalších trzích včetně lodního pohonu, vodíkového paliva a průmyslového tepla.

Z hlediska údržby není experimtální tokamak vždy ideální zařízení (foto IPP)
Náročná údržba experimtálního tokamaku COMPASS v pražském Ústavu fyziky plazmatu (foto IPP)

Druhý vzadu

Druhou finančně nejúspěšnější fúzní společnosti je v současné době firma Helion Energy. Ta nedávno získala v jednom investičním kole celkem 500 milionů dolarů. Proti CFS jde přitom o společnost postupují vysloveně neprošlapanými cestami.

Vznikla v roce 2013 a zjednodušeně řečeno chce postavit jakousi obdobu naftového motoru. Do speciální komory se „vystřelují“ malé obláčky rozžhaveného plazmatu, obvykle dva proti sobě, které se srazí, a pak ještě stlačí silným magnetickým polem. V obláčku mají vzniknout tak extrémní podmínky, aby docházelo ke slučování jader ve větším měřítku. V komoře se tak bude uvolňovat energie, která se má využít k výrobě elektřiny.

Tento princip nikdy nebyl na větším zařízení využit, důvěra investorů je o to nepochopitelnější. A vzhledem k neotřelosti této technologie je překvapivě optimistický je i její časový harmonogram: odle jejich odhadů by své velké zařízení měla zprovoznit v roce 2024 a hned na něm ukázat, že má vlastnosti vhodné k výrobě elektřiny. Během několika dalších let by pak chtěla vyvinout demonstrátor skutečné elektrárny.

Možná, že mají tyto a další firmy pravdu, a k ovládnutí energie hvězd máme skutečně blízko. Ale i vzhledem k velmi termínově optimistickým slibům řady start-upů se by se ani nikdo nemohl divit tomu, kdyby za pár investorům za několik let po slíbeném „umělém slunci“ nezůstala ve výkazech spíše jen černá díra.

Spojením k energii

  • Jaderná či nukleární fúze je typ jaderné reakce, při které dochází ke slučování atomových jader lehčích prvků v jádra těžších prvků a zároveň k uvolnění energie. Termojaderná fúze probíhající za vysokých teplot je zdrojem energie většiny hvězd včetně Slunce. Jaderná fúze je v principu opakem štěpení jader těžkých prvků.
  • Proti slučování jader působí odpudivá elektrická interakce (obě jádra jsou kladně nabitá). Dostanou-li se však lehká jádra dostatečně blízko k sobě, aby překonala Coulombovu bariéru, převládne nad elektrickou silou přitažlivá jaderná síla a obě jádra se sloučí. Rozdíl mezi klidovými hmotnostmi jader před a po sloučení se uvolní ve formě energie.
  • Jedním ze způsobů, jak může fúze probíhat, je působení vysoké teploty a tlaku, kdy do sebe jádra mohou narazit s dostatečnou energií k překonání coulombovské bariéry. V tom případě mluvíme o termonukleární fúzi.
  • V jádru Slunce a dalších menších hvězd hlavní posloupnosti probíhá takzvaný proton-protonový cyklus, kdy se slučují samotné protony (jádra vodíku) na helium. U větších hvězd ke stejné proměně dochází cyklem C-N-O.
  • Ve starších hvězdách dále dochází k 3-alfa reakci, kdy se protonovým cyklem vytvořené helium přeměňuje na uhlík. Ve větších hvězdách pak fúzemi vznikají i další prvky jako je neon, kyslík nebo křemík. Nejtěžší prvek vznikající ve hvězdách termonukleární fúzí je železo, které má příliš silné vazby (fúze energii neprodukuje, ale spotřebovává) a při jeho nahromadění dochází ke gravitačnímu kolapsu a explozi supernovy. Těžší prvky ve vesmíru vznikají jinými typy nukleosyntézy, například při této explozi.
  • Snaha po využití jaderné fúze jako zdroj energie je předmětem bádání, jehož cílem je vytvořit fúzní reaktor. K tomuto zkoumání slouží zejména tokamaky a stelarátory.
  • Jednorázovou jadernou fúzní reakci není těžké vyvolat (lze jí dosáhnout např. elektrickým výbojem[1]), je ale obtížné udržet ji v reaktoru po delší dobu a zajistit kladnou bilanci získané energie ku dodané.
  • Reakce teoreticky použitelná pro výrobu energie na Zemi je syntéza deuteria a tritia:
  • D + T4He + n
  • Deuterium je v přírodě běžně se vyskytující izotop vodíku. Ve svém jádře obsahuje jeden proton a jeden neutron. Tritium je izotop vodíku, který oproti deuteriu obsahuje ještě jeden neutron navíc. Vyskytuje se velmi vzácně, protože jeho poločas rozpadu je 12 let.
  • Ovšem Helion Energy se snaží využít jiné fúzní reakce, konkrétně slučování izotopu helia-3 a již zmíněného deuteria. Mělo by se jednat o tzv. „bezneutronovu fúzi“. Velká část energie uvolněná třeba při slučování deuteria a tritia se totiž uvolňuje v podobě neutronů. Ty je zapotřebí zachytit, aby se energie dala využít, ale je to poměrně složité, a navíc tyto částice mají dost energie, aby neustále narušovaly a poškozovaly materiál reaktoru. Neutrony jsou tedy problém, na druhou stranu „bezneutronová“ fúze je zatím jen velmi málo prozkoumána a ozkoušena. A podmínky nutné k jejímu dosažení jsou ještě extrémnější než třeba právě u slučování deuteria a tritia. Jinak řečeno, využití tohoto typu fúze je skok do neznáma.

Aktualizace 3.11:: V článku jsme opravili překlepy a chyby. Čtenárům se za ně omlouváme.

(reklamní sdělení) Přihlaste svůj inovativní nápad či projekt do unikátního virtuálního hubu zaměřeného na energetiku v rámci projektu Danube Energy+. Uspějte a získejte unikátní přístup do inkubačního programu.

S čím se můžete přihlásit?

  • Nápad
  • Výzkumný projekt
  • Business projekt
  • Prototyp
  • Studie

V jaké oblasti?

  • Zajímá nás energetika a s ní související projekty

Kdo se může přihlásit?

  • Mladý inovátor do 35 let věku, ať už je to student, doktorand, vědec, inovátor nebo podnikatel

Proč se zapojit?

  • Zpětná vazba k projektu / nápadu
  • Zviditelnění projektu / nápadu
  • Možnost účasti v inkubačním nebo akceleračním programu
  • Vzdělávání
  • Příprava na jednání s investory
  • Získání investice na další rozvoj
  • Zahraniční expanze
  • Možnost měnit svět kolem nás

Harmonogram přihlášek

  • Zasílání nápadů / prezentací – do 30.9.2021
  • Vyhodnocení nápadů / prezentací – do 30.10.2021
  • Demo Days pro vybrané uchazeče – listopad 2021

Kde se zapojit?

Program byl spolufinancován z prostředků Evropské Unie Danube Energy

Logo Danube Energy+ (foto Danube Energy+)
Logo Danube Energy+ (foto Danube Energy+)

(reklamní sdělení) V Pardubicích bylo spuštěno regionálního centrum pro pomoc energetickým start-upům PowerHUB Danube Energy+. Má pomáhat inovátorům v oblasti energetiky pomáhat s rozjezdem podnikání.

Program nechce rozhodovat o tom, který nápad uspěje nebo ne – to je práce trhu – jeho cílem je usnadnit jim cestu do praxe tím, že inovátorům poskytne jednoduchý přístup k znalostem nutným pro úspěch v jejich podnikání. Přesnou terminologii jde o pre-akcelerační vzdělávací systému pro ty, kdo chtějí v tomto oboru něco změnit. Systém výuky nazvaný Nástroj Danube Energy+ bude pilotován v devíti zemích, které zahrnují 90 klíčových subjektů Dunajského regionu a 90 mladých inovátorů.

Novým nápadům chce Danube Energy+ umožnit cestu i na straně druhé, na straně zákaznické a na straně státu. Měl by tak vzniknout vzdělávací systém určený pro klíčové hráče regionálních ekosystémů (veřejná samospráva, univerzity, obchod, malé a střední podniky), který prohloubí jejich znalosti o současných průmyslových výzvách.

Projekt je spolufinancován z fondů Evropské unie – Evropského fondu pro regionální rozvoj, nástroje předvstupní pomoci a evropského nástroje sousedství. Projekt běžel od sprna 2018, od sprna 2021 by měl být již plně funkční a dostupný všem uživatelům, kterí o něj projeví zájem, a kterým může pomoci.

Nový hub se skládá z několika komponent, které vytváří celkový regionální inovační ekosystém. Virtuální prostředí v sobě kombinuje:

  • Základní informační a administrační rozhraní
  • Inkubační program
  • Akcelerační program
  • Mentor`s pool pro výběr koučů, mentorů a specialistů
  • Vzdělávací sekci s unikátními na energetiku zaměřenými vytvořenými materiály Danube Energy+ TOOL a Danube Energy+ ecosystem Package 
  • Sekci pro investory k zajištění efektivního propojování a případných investic

Máte inovativní projekt či nápad z oblasti energetiky? Neváhejte a kontaktujte nás na https://energyplus.powerhub.cz/inkubacni-program/. Inkubační program pro mladé inovátory v energetice vám pomůže definovat produkt, nastavit distribuční kanály, zvolit vhodnou go-to-market strategii, pomoci se získáním financí a mnoho dalšího.

Logo Danube Energy+ (foto Danube Energy+)

(reklamní sdělení) Od konce čřervence bude i v Česku fungovat nová pomoc pro mladé vynálezce a technologické nadšence, kteří chtějí změnit největší průmyslové odvětví na světě: energetiku.

Nadnárodní program Danube Energy+ byl navržen tak, aby vytvořil příznivé prostředí podporující mladé inovátory pro dosažení změny v udržitelnosti energetiky cestou zakládání inovativních startupů, podporou jejich inkubace, akcelerace a vzdělávání.

A přesně takovými mladým inovátory jsou středoškolští studenti Filip Dvořáček, Dominik Mareš a Rudolf Samuel Mašek a jejich startupový projekt Aqua – reaktor.

Aqua-reaktor je koncepce technologického systému na zpracování biologického odpadu (zatím ve stadiu přípravy na výstavbu prvního komplexního prototypu). Má zpracovávat biologický odpad (konkrétně zbytky potravin, trávu a shrabané listí…) a využívat ho jako zdroj metanu pro energetické účely. A také jako jako zdroj živin do zčásti uzavřeného ekosystému, kde by se vše sloužilo k produkci rostlin, hub, krmiva pro ryby, samotných ryb, řas (a z nich oleje) či další biologických materiáů. To vše by mělo být v biokvalitě, bez pesticidů. Cílem je vytvořit do značné míry uzavřený kruh: zpracovávat odpad, který se normálně sváží, na výrobu nových surovin a zdrojů a ulevit tak životnímu prostředí.

Systém nevypouští prakticky žádné emise, ba až záporné emise, což pro nás znamená velkou výhodu především do budoucna, protože nejen EU tlačí na stále dražší emisní povolenky a jiné ekologické strategie pro transformování trhu. Výrobci energie jsou tak nuceni k hledání nových, ekologických zdrojů elektřiny, a jedním z nich by podle jeho tvůrců mohl být právě Aqua-reaktor. Zakladatelé věří, že Aqua-reaktory mohou v budoucnosti stát a fungovat nejen v ČR a EU, ale prakticky na celém světě – a i mimo něj, protože koncept je minimálně v principu vhodný pro kosmické lety.

Aqua-reaktor využívá celé řady dnes již ověřených technologií či postupů. Z nich ovšem chce vybudovat unikátní celek v podobě, jakou ještě nikdo nevytvořil. „Představte si, jako by neexistovala auta“, vysvětlili jeho tvůrci svůj nápad analogií v nedávném rozhovoru: „Existoval by spalovací motor, převodovka, kola a všechno ostatní, ale nikoho by nenapadlo z toho udělat auto. A my jsme ti inovátoři, kteří přijdou a dají jednotlivé části do uceleného systému, který pak funguje jako to auto.“

Logo Danube Energy+ (foto Danube Energy+)
Logo Danube Energy+ (foto Danube Energy+)

Autoři nápadu dnes spolupracují s několika českými univerzitami a výzkumnými pracovišti. Chystají se také vstoupit na podzim roku do firemného inkubátoru, připravit založení firmy, připravit strategii firmy, komunikaci s potenciálními zákazníky a tak dále a tak podobně. Sami autoři nápadu ví, že většina z toho pro ně budou naprosto nové – ale právě s takovými úkoly jim může pomoci Danube Energy+. Jeho cílem je umožnist novým inovátorům, aby se mohli soustředit na rozvíjení svého nápadu.

Máte zájem a chcete přihlásit svůj projekt? Navštivte web https://energyplus.powerhub.cz, kde se dozvíte více informací. Inkubační program pro mladé inovátory v energetice vám pomůže definovat produkt, nastavit distribuční kanály, zvolit vhodnou go-to-market strategii, pomoci se získáním financí a mnoho dalšího.

(Reklamní sdělení) V Pardubicích dojde tento týden ke spuštění regionálního centra pro pomoc energetickým start-upům PowerHUB Danube Energy+. To má inovátorům v oblasti energetiky pomáhat s rozjezdem podnikání. Ke spuštění dojde 29. července v 10:00, vy ho můžete sledovat na stránkách energyplus.powerhub.cz..

Hub a především nástroje, které mohou do něj zahrnuté firmy využívat, se důkladně připravovaly. V rámci projektu byl již vyvinut nástroj nástroj Danube Energy+ (preakceleračního vzdělávacího systému) pro mladé inovátory přinášející nové nápady v oblasti energetiky, ale také balíčku Danube Energy+ (vzdělávacího systému učeného pro klíčové hráče regionálního ekosystému, jako jsou zástupci veřejné správy, univerzity, malé a střední podniky, prohlubujícího znalosti o současných průmyslových výzvách i o nasazení nástroje Danube Energy+).

Takto inkubovaným firmám pomůže s finalizací jejich produktů a služeb s cílem úspěšného vstupu na trh, zahájením běžné podnikatelské agendy a pro jejich další růst bude pomáhat zajišťovat zdroje formou účasti v dotačních programech nebo při jednáních s investory o kapitálových vstupech.

Účelem těchto nástrojů je zprostředkovat mladým inovátorům inkubační a akcelerační programy, které jsou postaveny na předávání praktických zkušeností mentorů a koučů v oblastech zakládání, řízení a investování firem.

Akcelerační programy budou zaměřeny na dosažení nových trhů (EU, USA, zbytek světa), rozšíření portfolia produktů, stabilizaci a kontinuální rozvoj včetně dalších investičních kol financování. Firmy budou přijímány v pevných termínech alespoň dvakrát ročně, aby mohl společný vzdělávací program pracovat v optimálně početných skupinách.

Seminář Danube Energy+ (foto Danube Energy+)
Seminář Danube Energy+ (foto Danube Energy+)

PowerHUB Danube Energy+ bude jednoduchá a přístupná platforma, která bude propojovat nápady mladých inovátorů v energetice jak s mentory a kouči, tak hlavně i s potencionálními investory.

Václav Tůma, Senior Project Manažer, PowerHUB komentuje založení regionálního hubu: „Podpora inovativních energetických projektů a jejich rozvoj je s ohledem na celoevropské společenské dění v poslední době na vzestupu a proto je vhodné podporovat tyto aktivity i v regionu a sdílet zkušenosti v rámci celého Podunajského regionu a rozvíjet komunitu mladých inovátorů v energetice.“

Logo Danube Energy+ (foto Danube Energy+)
Logo Danube Energy+ (foto Danube Energy+)

Program je kofinancován z fondů Evropské unie a spadá pod Interreg Danube Transnational Programme. Na programu participuje celkem devět států Evropské unie, v České republice zastupuje roli partnera E-KLASTR Czech Republic za spoluúčasti asociovaného partnera Regionální rozvojové agentury Pardubického kraje. V začátcích programu byla zřízena Regionální Aliance skládající se z: Pardubického podnikatelského inkubátoru P-PINK, Regionální kanceláře CzechInvest, Krajské hospodářské komory ČR, Regionální rozvojové agentury, Univerzity Pardubice, Form08.com a E-KLASTR.

Virtuální HUB začne dnem spuštění rovněž přijímat přihlášky nápadů a projektů mladých inovátorů v energetice, kterým poskytne úvodní konzultace a v případě kvalifikace poskytne inkubační nebo akcelerační služby ve spolupráci s partnery projektu.

Více se dozvíte při slavnostním spuštění virtuálního hubu, ke kterému se můžete přihlásit v tomto odkazu.

Jak zajistit lidstvu dostatek čisté a přitom dostupné energie? To je nepochybně jedna z velkých otázek pro 21. století. Její řešení bude vyžadovat nepochybně také energii, a to ne pouze ve smyslu fyzikálním. Bude vyžadovat také energii kreativní – vytváření nových řešení, nových obchodních modelů, nových technických prostředků.

K tomu by měl přispět i nadnárodní program Danube Energy+, který se na konci července 2021 dostane do fáze realizace. Jeho cílem je vytvořit příznivé prostředí pro mladé inovátory a zakladatele inovativních startupů právě v oblasti energetiky, konkrétně především v oblasti energetické účinnosti.

Program nechce rozhodovat o tom, který nápad uspěje nebo ne – to je práce trhu – jeho cílem je usnadnit jim cestu do praxe tím, že inovátorům poskytne jednoduchý přístup k znalostem nutným pro úspěch v jejich podnikání. Přesnou terminologii jde o pre-akcelerační vzdělávací systému pro ty, kdo chtějí v tomto oboru něco změnit. Systém výuky nazvaný Nástroj Danube Energy+ bude pilotován v devíti zemích, které zahrnují 90 klíčových subjektů Dunajského regionu a 90 mladých inovátorů.

Novým nápadům chce Danube Energy+ umožnit cestu i na straně druhé, na straně zákaznické a na straně státu. Měl by tak vzniknout vzdělávací systém určený pro klíčové hráče regionálních ekosystémů (veřejná samospráva, univerzity, obchod, malé a střední podniky), který prohloubí jejich znalosti o současných průmyslových výzvách.

Projekt je spolufinancován z fondů Evropské unie – Evropského fondu pro regionální rozvoj, nástroje předvstupní pomoci a evropského nástroje sousedství. Projekt běžel od sprna 2018, od sprna 2021 by měl být již plně funkční a dostupný všem uživatelům, kterí o něj projeví zájem, a kterým může pomoci.

Více se můžete dozvědět u příležitosti zahájení provozu virtuálního hubu Danube Energy+. To je naplánováno na 29. července na 2021. Můžete být u toho na stránce http://energyplus.powerhub.cz.

Program je kofinancován z fondů Evropské unie a spadá pod Interreg Danube Transnational Programme. Na programu participuje celkem devět států Evropské unie, v České republice zastupuje roli partnera E-KLASTR Czech Republic za spoluúčasti asociovaného partnera Regionální rozvojové agentury Pardubického kraje. V začátcích programu byla zřízena Regionální Aliance skládající se z: Pardubického podnikatelského inkubátoru P-PINK, Regionální kanceláře CzechInvest, Krajské hospodářské komory ČR, Regionální rozvojové agentury, Univerzity Pardubice, Form08.com a E-KLASTR.

Lithium-iontové baterie se zatím ani zdaleka nechystají opustit svou pozici jedničky mezi bateriemi. Ale díky zájmu o ukládání elektřiny „lionkám“ roste konkurence. Například v oboru velkých, stacionárních baterií řada odborníků vidí potenciál v tzv. redoxních průtočných bateriích.

Na úspěch těchto „sudových“ baterií sází mimo jiné i začínající český start-up Pinflow, kterou po několika letech existence v květnu začíná nabírat první zaměstnance. Firmu založili chemičtí inženýři Jaromír Pocedič, Jiří Vrána, Petr Mazúr, Jan Dundálek a Juraj Kosek, kteří se domnívají, že s vylepšeními – částečně i z jejich dílny a na základě licence z výzkumného centra NTC při ZČU – průtočné baterie mohou časem „lionky“ překonat výkonem i cenou. Jak a proč by se to mohlo stát, vysvětluje Jiří Vrána.

Jak průtočné baterie fungují a proč vám přišly tak slibné?
Průtočné baterie, a ty vanadové nejsou výjimkou, umožňují od sebe oddělit kapacitu baterie a její výkon. Výkon se vytváří v elektrochemickém reaktoru, tedy bateriovém svazku. A kapacita je dána jednoduše objemem dvojicí elektrolytů, které jsou v nádržích. To znamená, že baterii je možné zvětšovat podle potřeby přímo na místě, kde stojí. Elektrolyt je na vodné bázi a celé řešení je nehořlavé, nevýbušné, elektrolyt je prakticky nesmrtelný. Ve výsledku je tak baterie velmi trvanlivá. Délka životnosti by měla přesáhnout čtvrtstoletí.

Jiří Vrána (foto Pinflow Energy Storage)

A nejsou omezeny počtem cyklů, tedy tím, kolikrát se mohou nabít nebo vybít?
Tady zabrousím trochu do podrobností. Redoxní baterie se od konvenčních liší v tom, že reakce v nich probíhají pouze na povrchu elektrody. U lithium-iontových i dalších konvenčních baterií dochází k chemickým změnám uvnitř, v těle elektrody. Kvůli tomu se její vlastnosti zhoršují, doslova se trhá a kapacita klesá. To se v našem případě neděje, takže elektrody mají vysokou životnost. Mohou se několikrát denně nabíjet a vybíjet po dlouhé roky.

A co až nakonec doslouží?
Jednoduchá by měla být i recyklace celé baterie – konstrukční části jsou z recyklovatelných plastů, oceli a hliníku. Elektrolyt se dá znovu použít v jiné baterii nebo z něj může získat oxid vanadičný, který se používá jako legovací přísada ve výrobě oceli.

Jak jste se k práci na vanadových bateriích dostali a proč jste si je vybrali?
S nápadem přišel zhruba před osmi lety, ještě v době, kdy jsme byli studenty, profesor Juraj Kosek z pražské VŠCHT. Hledal tehdy aktuální problém, který by chemičtí inženýři mohli řešit. V té době se začal rozvíjet trh s obnovitelnými zdroji, ale bylo jasné, že jejich nasazení by bylo mnohem účinnější společně s nějakým systémem na ukládání energie. A že by se mělo jednat pokud možno o nějaké jiné řešení než lithiové baterie.

Schéma vanadové redoxní baterie (autor SuminotoElectic)
Schéma vanadové redoxní baterie (autor SuminotoElectic)

Jako nejvýhodnější se nám podle naší analýzy ukázaly průtočné baterie – a mezi nimi zase vanadové, které mají řadu výhod. Hlavní je to, že jde o systém s dlouhou životností, i proto, že na obou stranách baterie jsou stejné elektrolyty, a tak nedochází ke kontaminaci a zhoršování vlastností baterie. Tehdy také bylo jasné, že vanadové baterie mají stále ještě velký potenciál. Lithiové baterie proti nim byly výrazně pokročilejší a vyvinutější technologie.

Tušili jste od začátku, které části systému se budete věnovat, v čem chcete systém vylepšit?
Když jsme s vývojem začínali, baterie ještě nebyly tak masivně zapojovány jako v dnešních dnech. Bylo ale zřejmé, že bez stacionárních úložišť nebude možné navyšovat neustále podíl obnovitelných zdrojů v energetickém mixu. Zdálo se nám, že jako chemičtí inženýři bychom měli k řešení problému přispět.

Zvolili jsme si pro další rozvoj redoxní průtočné baterie, které byly v té době na přelomu laboratorního výzkumu a prvních aplikací. Líbil se nám jejich potenciál v oblasti ukládání energie ve větším měřítku. Oproti jiným bateriovým technologiím nám také přišly průtočné baterie jako pro nás poměrně dobře srozumitelný systém. Bateriový svazek, tedy ta část, kde se vytváří výkon baterie, je v podstatě průtočný chemický reaktor.

Začínali jsme v malém, vylepšováním vnitřních částí právě bateriového svazku. Začali jsme prototypovat první malé články, na kterých jsme experimentovali. Věnovali jsme se přípravě elektrolytu, vylepšení vlastností elektrod a rozvodu elektrolytu. Po několika letech jsme pak zkonstruovali první větší bateriové svazky.

Laboratorní jednočlánek vanadové redoxní průtočné baterie (foto Pinkflow)
Laboratorní jednočlánek vanadové redoxní průtočné baterie, jeden z komerčních produktů Pinflow (foto Pinflow)

A co jste za tu dobu jste vy jako Pinflow dokázali vylepšit?
Největší pokrok je v bateriovém svazku, který má vyšší proudové hustoty – zcela laicky řečeno, naše baterie při stejných rozměrech vyvine větší výkon při zachování účinnosti. Je to možné díky tomu, že jsme vyvinuli systém s velmi malým vnitřním odporem, kde jsme využili nové membránové materiály a podařilo se nám i vhodně upravit povrch elektrod a design rozvodu elektrolytů.

Jak vypadají elektrody takové baterie?
Vyrábí se z grafitizované plsti široké několik milimetrů. Elektrolyt protéká skrz tuto plstěnou strukturu a reakce v podstatě probíhá na každém vlákně této uhlíkové plsti. Plocha elektrody tedy není dána pouze obdélníkovým rozměrem elektrody, ale v úvahu musí být brána i vnitřní struktura v plsti. Pouhý gram uhlíkové plsti má plochu typicky kolem 0,5 m².

Přejděme ke konkurenci. Jak chcete „lionky“ porazit, kdy mají na své straně tu hlavní a rozhodující výhodu – nižší cenu?
Ne vždy, v některých případech už dnes mohou vanadové baterie být levnější.

V kterých případech?
Jedná se o opravdu velké systémy s výkonem desítek megawattů. Cena je vždy závislá na velikosti baterie. I velké instalace bateriových úložišť na bázi lithia jsou vždy složeny z jednotlivých malých článků, které mají svou elektroniku, cena systému v závislosti na kapacitě roste prakticky lineárně. V případě průtočných baterií nárůst ceny zvolňuje s velikostí systému, protože systém je technologicky jednodušší. Od určité velikosti můžou být průtočné baterie levnější.

Ve velkém měřítku, řekněme od desítek megawattů výše může být navíc plocha bateriemi zastavěná menší než u systémů na bázi lithia. Z požárního hlediska jsou totiž vanadové baterie bezpečnější, a tak zjednodušeně řečeno mezi nimi nemusí být rozestupy. Redoxní baterie přitom ještě mohou výrazně zlevňovat. Neprojevují se u nich úspory z rozsahu, tedy z výroby ve velkých objemech, které v posledních letech zlevňují lithiové baterie.

Detail 5kW svazku redoxní průtočné baterie firmy Pinflow (foto Pinflow)
Detail 5kW svazku redoxní průtočné baterie firmy Pinflow (foto Pinflow)

Z toho všeho plyne, že tento typ baterií v elektromobilech těžko bude…
Vanadové baterie jsou opravdu vhodné spíše pro stacionární užití: na objem se v nich nedá skladovat tolik energie. Ovšem velkou výhodou vanadových baterií je škálovatelnost. A tak i my míříme na širokou škálu aplikací od malých, cca pětikilowattových systémů jako zálohy třeba telekomunikačních zařízení, jako jsou věže pro mobilní vysílání, nebo i jako záložní systém k bytovému domu až po velké energetické systémy s kapacitou v řádu megawatthodin.

Ale ať má systém jakýkoliv výkon, obecně platí, že u průtokových baterií je výhodnější stavět baterie, které mají vysoký poměr mezi výkonem a celkovou v nich uskladněnou energií. Jinak řečeno, je lepší stavět baterie, které vydrží v provozu několik hodin na maximální výkon. Zhruba od pěti hodin výše, tedy výkon: kapacita 1:5 nebo i víc.

To jsou plány do budoucna. Co můžete reálně nabídnout teď?
Pinflow má z našeho pohledu tři pilíře. Za prvé prodáváme zařízení do laboratoří na experimenty s materiály do průtočných baterií. To pro nás jako výzkumníky byl takový přirozený přechod k byznysu. Řadu těchto systémů sami používáme, navíc jsou průtokové baterie docela velké výzkumné téma, systémy si chce „osahat“ a experimentovat s nim řada laboratoří, takže je poměrně velká poptávka. To je to, co teď tedy reálně prodáváme. Už jsme po celém světě instalovali asi 70 takových systémů.

A ty další „pilíře“?
Pak jsme aktivní i ve výzkumu – jsme tedy stále výzkumná laboratoř, byť pod svou značkou, ne značkou univerzity. Účastníme se třeba evropských vývojových projektů HIGREEW a HYFLOW, konkrétně právě tématům kolem vylepšení průtočných baterií. Třetí pilíř je start-upová linie výroby vanadových redoxních průtočných baterií. Zatím jsme postavili několik systémů s výkonem jednotlivých modulů 5 kilowattů.

Laboratorní testovací stanice se dvěma články redoxní průtočné baterie společnosti Pinflow (foto Pinflow)
Laboratorní testovací stanice se dvěma články redoxní průtočné baterie společnosti Pinflow (foto Pinflow)

Jak vypadají?
Jsou to takové velké „skříně“, zhruba s necelými dvěma metry na výšku, metr hluboké a dva metry široké. Kapacita je 30 kilowatthodin, uvnitř jsou až dva stejnosměrné svazky s napětím 48 V. Vyvíjíme i větší systémy, o výkonu řádově desítek kilowatt, které vlastně budou skládačka z těch vyzkoušených pětikilowattových modulů. Pro nás se zkušenostmi hlavně z laboratoře to byla nová záležitost, design nám zabral dost času, ať už šlo o potrubí, nádrže nebo konstrukční prvky nebo vývoj v průmyslových standardech.

Takže už je chystáte, nebo přímo stavíte?
Teď finalizujeme baterii napájenou z obnovitelného zdroje o výkonu 15 kW a kapacitě 70 kWh, která by mohla provádět dva až tři cykly denně. A máme několik další želízek v ohni, znovu jde o systémy s výkonem v řádu nižších desítek kW a vybíjecím časem kolem pěti hodin. Zatím to ovšem šlo pomalu, i proto, že nestíháme plnit zakázky na laboratorní moduly. Od května ale nabíráme první tři zaměstnance z přidružených technických oborů, tak se to snad více rozjede.

Jaká je cena a energetická hustota takových baterií?
Cena závisí na celkové velikosti systému. U malých systémů (5kW/30kWh) v aktuální fázi výroby vychází přibližně na 1100 EUR/kWh včetně výkonové elektroniky. U velkých systémů (měřítko MWh) cena klesá asi na 500 EUR/kWh. V 50 litrech elektrolytu uložíme 1kWh.

A dál?
U baterií s výkony řádově desítek kilowattů nemůžeme skončit, to je nám jasné. Musíme se s našimi úložišti dostat na úroveň desítek megawattů výkonu. Zatím se ale budeme držet všech tří pilířů: budeme dál rozšiřovat produktovou linii našich produktů pro výzkumníky. Také doufáme také, že se nám v rámci výzkumných projektů podaří další průlom v oblastech chemie elektrolytů pro průtočné baterie a zlepšení výkonové složky svazků. Obojí by totiž dost zásadně mohlo snížit cenu technologie.

My jsme to zatím moc nezmínili, ale vanadové baterie zatím nejsou nijak velký trh. Kdy odhadujete, že by se mohl trh s vanadovými redox bateriemi skutečně rozběhnout?
Situace už je na to podle nás z technického hlediska de facto zralá, ale samozřejmě bude chvíli trvat, než si zákazníci získají důvěru a budou ochotní ocenit výhody vanadových průtočných baterií. Podle nás bude zlomová chvíle, kdy se začne ukazovat problém s životností lithiových systémů. Ty mají sice spoustu jiných výhod, ale dlouhá životnost mezi nimi není. Navíc ani otázka recyklovatelnosti není z ekonomického pohledu zcela vyřešena. My jsme jako chemičtí inženýři přesvědčení, že dokážeme nabídnout systém cenově srovnatelný, ale s výrazně vyšší životností. A jsme přesvědčení, že zákazníci se nakonec nechají přesvědčit.

Load More