 Великата надпревара за батерията
Как една технология от ХІХ век може да преопредели коя нация ще триумфира през ХХІ век.
с 2 думи Китай искат догодина да имат 500 000 електромобила на улицата, другите страни да го д***т!!!
През 2007 г. китайското правителство се обръща към Уан Ганг, 54-годишен инженер от Шанхай, издигнал се до университетски декан, със забележително предложение - да стане министър на науката и технологиите. След превръщането на фразата "научно развитие" в политическа мантра за китайския президент Ху Цзинтао властите искат да назначат именно Уан - всъщност искат го толкова много, че са готови да нарушат стародавната конвенция и да издигнат човек като Уан, който не е член на комунистическата партия. За пръв път след повече от пет десетилетия се прави такова изключение.
Онова, което прави Уан толкова интересен за Ху, е опитът му в един подценен в миналото сектор на автомобилостроенето - след като 10 години е работил за "Ауди" в Германия, Уан се е превърнал в световен авторитет по електромобилите. Уан притежава и технически познания, необходими за ръководството на новаторски изследвания за авангардни акумулатори - ключовият компонент, разграничаващ електромобила, който би бил желан от потребителите, от скъпото упражнение по техническа суета. Скоро след връщането си в Китай Уан е назначен за научен ръководител в елитната научноизследователска комисия по електромобилостроене.
В овладяната от Уан технология китайската държава вижда потенциален бъдещ стълб на икономиката си. Започвайки буквално от нулата, миналата година Пекин обяви, че през следващите няколко години ще се превърне в най-големия световен производител на електрически автомобили. "Китай е решен да разработва чисти електрически превозни средства", ми каза Уан, когато се срещнах с него в Чикаго това лято. "Акумулаторите и екоавтомобилите са национален стратегически приоритет."
И наистина акумулаторът, едно от най-скромните и неатрактивни технически изобретения, може да се окаже най-важната технологична битка през идните две десетилетия. Следващите качествени скокове в тази област вероятно не само ще донесат огромни приходи на няколко фирми, но и ще преструктурират цели икономики, както и ще преразпределят геополитическата тежест, съпътстваща подобни икономически размествания. Китайски триумф в тази област може да ускори глобалния напредък на страната, а ако начело излязат американците, това може да им осигури допълнителен период на световна доминация.
До това ни доведоха две тенденции. Както развитите страни, така и новите световни сили искат да озаптят петролната си пристрастеност по най-разнообразни причини: климатичните проблеми, нежеланието да си затваряме очите пред политиката на петролните държави, тлеещият страх, че на планетата просто няма достатъчно нефт за всички. Така се появи новият глобален интерес към алтернативите на петрола и двигателите с вътрешно горене, най-вече към авангардната акумулаторна технология - необходима предпоставка за разработването на евтин и мощен електромобил.
Но светът се нуждае не само от по-добра кола, нуждае се и от по-добър инструмент за икономически растеж и устойчивост. През последните 20 години азиатският растеж се задвижва предимно от износа на произведените стоки, а САЩ получават тласък най-напред от бума на технологиите в Силиконовата долина, а след това и от сложните (оказали се впоследствие пагубни) финансови инструменти. Но тези платформи или са достигнали, или наближават границите си и в надпреварата да се избегне още една рецесия най-големите световни икономики търсят следващото чудо, което да закваси икономическия растеж в бъдеще.
Тези две линии на развитие - към един по-независим от петрола и по-проспериращ свят - бързо се обединяват в глобалното състезание за по-добро съхранение на електричество. Експертите казват, че до 2030 г. авангардните батерии ще се превърнат в бизнес на стойност 100 млрд. долара годишно и ще бъдат предпоставка за развитието на електромобилна индустрия, равностойна на световната фармацевтична промишленост и способна да роди компании от мащаба на "Ексон Мобил", "Дженерал електрик" и "Тойота". "Това е въпрос на национално богатство и национално икономическо преимущество, и то в степен, която може да бъде осигурена от много малко други неща в обществото", ми каза Питър Харъп, който оглавява британската фирма за технологични консултации IDTechEx. "Но това е скъпа игра. От нея ще спечелят само някои компании и някои страни."
Между тези, за които има най-голяма вероятност да се облагодетелстват, са Япония и Южна Корея - най-големите производители на днешните авангардни батерии, които вероятно ще бъдат лидери и в производството на утрешните. Но по-интересно, а може би и с по-важни последствия за света, е съперничеството между САЩ и Китай. Всяка от тях може да спечели много, ако на ранен етап се утвърди като лидер в авангардните батерии в конкуренция или сътрудничество с големите източноазиатски сили в технологиите. Надпреварата е добила сериозни геополитически измерения за САЩ, които са в най-ниската точка на икономиката си от много години насам, както и за Китай, който гори от желание да бетонира позицията си на суперсила с глобално влияние. И двете страни са предприели отявлено директен подход, опитвайки се да задвижват иновациите отгоре надолу и виждайки начинанието през призмата на националното могъщество. Аналогиите са по-скоро с проекта "Манхатън" за създаване на атомната бомба, отколкото с "Майкрософт".
През юли, по време на посещението си в завода на Smith Electric Vehicles в Канзас сити, Мисури, американският президент Барак Обама се зарече, че в рамките на следващите 5 години САЩ ще произвеждат 40% от авангардните батерии в света. (През 2009 г. САЩ произвеждат едва 2% от тях.) "Именно така ще гарантираме, че Америка няма да се влачи на опашката, заяви той, а, напротив, ще просперира, че нашата страна ще води в отраслите на бъдещето." Човекът, назначен от Обама да ръководи този амбициозен проект, дефинира целите си не по-малко грандиозно. "Способността на една страна да произвежда акумулатори и автомобили ще помогне за създаването на богатство, ще създаде устойчивост спрямо проблемите в петролните доставки и ще допринесе за разкриването на нови работни места", ми каза Дейвид Сандалоу, заместник-министър на енергетиката, отговарящ за енергийната политика и международните отношения. "А те на свой ред ще създадат национална мощ."
Но докато американските официални лица се упражняват в риторически размах, Китай наистина смайва с мащаба и конкретните действия на правителството за организиране на електромобилостроенето. През последните години Пекин прие държавни постановления, които, ако се реализират, ще доведат до производството на 30 модела електрически коли до 2012 г., до превръщането на производството на литиево-йонни батерии в отрасъл на стойност 25 млрд. долара годишно през същата 2012, както и до изграждането само през тази година на стотина станции за зареждане, пръснати по цялата страна.
Но не са само САЩ и Китай. Ако напишете electric car в Google заедно с името на която и да било страна с приличен размер, ще се окаже, че и въпросната страна на свой ред храни амбиции в тази област. Петнадесетина кандидати от Южна Америка до Скандинавия се изказват позитивно за тази технология, дори и тези, които едва ли могат да очакват челно място. Германският канцлер Ангела Меркел се надява, че "през ХХІ век ние отново ще сме страната, която ще произвежда най-интелигентните и екологични коли". Френският министър на околната среда Жан-Луи Борло обяви план за създаването на държавен отрасъл с цел спечелване на "битката за електрическата кола". Въпросните политически лидери смятат, че тези, които разработят и започнат производството на следващото поколение електромобилна технология, ще бъдат богати. А пропусналите този шанс ще зависят от благоволението им.
Батерията, както и електрическата крушка, по същество е архаично устройство от ХІХ век, артефакт от ранната индустриална революция, мушнат в джаджите на 21-то столетие. През 1749 г., половин век преди Алесандро Волта да изобрети първата батерия, Бенджамин Франклин измисля думата, за да опише рудиментарното електрическо устройство, което изработил от стъклени плоскости, оловни плочки и жици. Съвременният енерджайзер е удивително близък наследник на първата оловно-киселинна батерия (две плочки от мекия метал, разделени от парче чаршаф и закрепени в стъклен буркан с разтвор на сярна киселина), изобретена от френския физик Гастон Планте през 1859 г. Най-големият напредък в модела на батериите от Планте насам се осъществява през 1977 г. в САЩ. Вярата на света в петрола е разтърсена от шоковете в началото на същото десетилетие, а дори и "Ексон", най-богатата нефтена компания в света, излиза на пазара за алтернативи. "Ексон" разработва и пуска в продажба литиево-йонната батерия, която генерира мощност чрез отделянето на йони в едната страна на устройството и абсорбирането им в другата - изобретение, което позволява на батерията да съхранява много повече енергия от по-ранните технологии. Но с избледняването на спомените за енергийната криза, а с тях и на повелята да се бяга от петролната зависимост, "Ексон" набързо изоставя литиево-йонния си бизнес. Подема го японската "Сони", като комбинира открития на японски и американски учени и през 1991 г. създава силно подобрена версия на ексоновото литиево-йонно изобретение - то събира четири пъти повече енергия от оловно-киселинния си предшественик.
Днес японски компании като "Панасоник", "Сони" и "Тойота" доминират производството на литиево-йонни батерии на стойност 9 млрд. долара годишно. Бъдещето на отрасъла изглежда толкова светло, че дори "Ексон" се опитват със закъснение да се върнат в него, съживявайки инвестициите си в литиево-йонната научноизследователска дейност. Светът се движи бързо от никел-метал-хидридни батерии (междинна технология, разработена също в САЩ, но масовизирана в Япония, която се използва в модела "Приус" на "Тойота", както и в други устройства) към литиево-йонни батерии, които съхраняват два пъти повече мощност на единица обем. Литиево-йонните батерии захранват повечето от нашите лаптопи и мобилни телефони. Поне през следващото десетилетие те ще бъдат предпочитаната технология и при хибридните и електрическите автомобили.
Трансформацията на електрическите автомобили от куриоз в голяма зелена надежда влиза в челен сблъсък с ограниченията на днешните акумулаторни батерии - докато някой не измисли как да ги заобиколи, ограниченията по всяка вероятност ще продължават да правят тези коли твърде скъпи и маломощни, за да се превърнат в основна потребителска стока. При сегашното положение киловатчас мощност при литиево-йонните батерии струва 1000 долара. Технолозите казват, че теоретически е възможно тази сума да слезе на 300 долара, но законите на физиката пречат да се слезе под тези нива. Дори и да се постигне тази цел, акумулаторно задвижваните коли все още ще имат твърде висока себестойност, къс пробег и дълъг период на зареждане, за да влязат в сериозно състезание с обикновените автомобили. (Литиево-йонните батерии имат и обезпокояващата склонност в редки случаи да избухват в пламъци. Доста неприятно, ако стане с вашия мобилен телефон или лаптоп, но при колите добива съвсем други измерения.) "Тесла роудстър", задвижван с литиево-йонен акумулатор електромобил, дебютирал през 2006 г., има пробега и скоростта, за да се състезава със спортните коли - 200 км/час. Но задвижването му се извършва от над 6000 отделни батерийки, а цената му в момента е над 100 000 долара. Както американското, така и китайското правителство предлагат щедри субсидии, за да направят местните електромобили по-евтини, но дори и с държавната отстъпка Chevy Volt на "Дженерал мотърс", който скоро ще бъде пуснат в продажба, ще струва солените 33 500 долара.
Бъдещето на електромобилостроенето не принадлежи на учените и инженерите, които усъвършенстват сегашните акумулатори, а на тези, които предвидят бъдещите. Те трябва да бъдат достатъчно мощни и безопасни, за да премерят сили с енергийната наситеност на бензина и свободата на двигателя с вътрешно горене; ако се произведе такава батерия, потребителите най-вероятно ще се насочат към по-чистите и по-тихи електрически коли.
Замислете се за потенциала: дори само непосредствено очакваните усъвършенствания в литиево-йонната технология ще позволят на хибридните и електрическите автомобили да завземат до 15% от продажбите на нови коли в света до 2020 г., прогнозира изследователската фирма ihs Global Insight; а до 2030 г. може да достигнат до 50% според прогнозите на американската Администрация за енергийна информация. Това означава 7.5 млн. коли годишно през 2020 г. при днешните производствени нива. Нека приемем, че реализираните икономии дотогава ще сведат средната себестойност на автомобилите до 30 000 долара. Следователно това е бизнес на стойност 225 млрд. долара годишно, малко под световните продажби за миналата година на "Тойота", най-големият производител на коли в света. До 2030 г. този пазар може да нарасне трикратно.
Разбира се, никой не може точно да предвиди пазара на един още несъществуващ продукт. Но предварителните разчети имат тежест, защото им вярват лидерите на повечето от индустриализираните страни в света. И повечето от тях, изглежда, са съгласни с призива на испанския министър-председател Хосе Луис Родригес Сапатеро за включване в едно състезание, което "не трябва да се пропуска". Не е трудно да усетим притегателната сила на това състезание: възможните плодове са изкусително едри в едно време, когато почти всяка икономика има проблеми. Пък и очакваният технически пробив е достатъчно далеч, условията, по които ще бъдат определяни победителите, са достатъчно смътни, така че всеки може да се вижда като бъдещ победител.
Американското правителство започна да финансира акумулаторните изследвания по време на Джордж Буш-младши, но интересът му към технологията се засили едва след върха на петролните цени преди рецесията, когато те достигнаха безпрецедентните 147 долара за барел през юли 2008 г. Следващия месец току-що избраният Обама декларира в реч пред Националната конвенция на Демократическата партия: "Заради икономиката, сигурността и бъдещето на нашата планета като президент ще си поставя категорична цел - в рамките на 10 години най-после да сложим край на петролната си зависимост от Близкия изток."
След президентските избори Обама назначи в енергийното министерство хора, които споделят разбиранията му. Стивън Чу, Нобелов лауреат и енергиен министър на Обама, е ръководил новаторски изследвания в областта на алтернативните горива като директор на националната лаборатория Lawrence Berkeley към Министерството на енергетиката. Сандолоу е бивш вицепрезидент на Световния фонд за дивата природа, прекарал 5 години в Brookings Institution, умувайки над една технология, за която смятал, че ще бъде основен фактор в освобождаване на Америка от петролната зависимост - авангардният акумулатор. В публикуваната си през 2008 г. книга "Без нефт" Сандалоу очертава план за това как следващият американски президент може да насърчи въвеждането на електромобилите, започвайки със субсидиране на купувачите и създаване на държавни стандарти за качество на акумулаторите и завършвайки с инвестиции в изследванията, за да се подобри технологията до такава степен, че да бъде жизнеспособна без държавни помощи. "Най-голямата бариера пред масовото производство на електромобили, пише той в "Без нефт", е акумулаторната технология."
Антикризисният закон за икономическо възстановяване, приет от Конгреса през февруари 2009 г., дава на Сандалоу възможността да приложи идеите си. Законът дава на енергийното министерство 167 млрд. долара за безвъзмездни помощи и гаранции по кредити, а това е 6 пъти повече от годишния бюджет на министерството и почти пълен картбланш за подпомагане на иновациите. Оттогава 2.4 млрд. долара от грантовете са инвестирани в изграждането на база за производството на акумулатори, а Чу включва акумулаторните изследвания в задачите на финансираната от него национална мрежа от центрове за научни изследвания в енергетиката. Подпомаганите със средства на енергийното министерство лаборатории експериментират с екзотичен спектър от модерни технологии - акумулатори, задвижвани от разтвори на цинковия бромид, от магнезий, от комбинации на литий и сяра и дори само от движението на електроните.
Но на САЩ им се налага да спринтират, за да догонят останалите. В техническо отношение сегашният лидер е Япония, тя изпреварва с две десетилетия конкуренцията в изследователската работа. Южна Корея, доминираща в производството на електроника от 2005 г. насам, е на второ място. И все пак най-много страх на САЩ вдъхва Китай.
През 1986 г. - същата година, когато Роналд Рейгън маха слънчевите панели на Джими Картър от покрива на Белия дом, китайският лидер Дън Сяопин започва програмата 863 - инициатива, насочена към рязкото нарастване на техническите нововъведения в Средното царство. През последните две десетилетия, докато ускореното развитие на Китай вкарва страната в зависимост от вноса на нефт и одимяващите небето топлоцентрали, вниманието се насочва към технологиите за алтернативна енергия в периода 1991 - 2005 г. Финансирането на енергийните изследвания по програма 863 нараства близо 50 пъти в сравнение с първоначалния си размер според списание "Нюйоркър". Сред новите инициативи е и даденият през 1998 г. тласък за развитието на национална промишленост за производство на литиево-йонни батерии. Китайското правителство започва да отпуска милиони долари като субсидии за фирми, желаещи да навлязат в електромобилостроенето.
През 2006 г. Китай отново напомпва инвестициите си, финансирайки 16 научноизследователски проекта на обща стойност около 147 млрд. долара годишно. Този път целта е заявена недвусмислено: китайското правителство се зарича да "построи иновационно ориентирана страна", свръхсила в износа на високотехнологични продукти. "Учените и инженерите сега са в ударния фронт на китайското икономическо развитие", казва пред англоезичния хонконгски вестник South China Morning Post миналата година Му Ронпинг, директор на Института по политика и управление към Китайската академия на науките. "Те се целят в сърцето на икономическите съперници на Китай."
Начело на колоната е Уан Ганг, чието министерство контролира изпълнението на програма 863, както и на практика всички други технологични начинания на китайското правителство. Пред британския вестник "Гардиън" миналата година Уан сравни глобалната финансова криза с икономическите депресии в миналото, които са давали тласък на големите завоевания в техниката, а тези завоевания на свой ред се превръщат в двигатели за ново икономическо развитие. "Този път, казва той, модерните енергийни технологии вероятно ще бъдат новата движеща сила."
Китай може да е зад Япония и Южна Корея, но мащабът, а да не говорим и за способността на държавата да мобилизира цели отрасли, е значителен компенсиращ фактор. Китай залага на това, че само със силата на волята и с мащаба на инвестициите си ще изпревари технически по-напредналите си съседи. Работейки с публичното поощрение на министър-председателя Вън Цзябао, Уан Ганг е заложил цели, които призовават китайските компании следващата година да извадят на пътя безпрецедентната бройка от 500 хиляди електромобила, като днес техният брой е едва няколко хиляди. Въз основа на държавни постановления двадесет и няколко китайски компании създават модели, които да се продават през следващите две години на националния автопазар - най-големият в света от 2009 г. Изцяло електрически таксита, създадени от автомобилостроителя byd, вече се търкалят по улиците на Шънджън, родния град на компанията. "Китайците влагат повече пари от всички останали. Очертават се като много силни технически и физически", казва Ралф Брод, утвърден авторитет в акумулаторната промишленост. "Бях там неотдавна, много ми заприлича на онова, което преживях през 60-те и 70-те години в САЩ - всички са ентусиазирани и много работят."
САЩ не само се конкурират с Китай, те се опитват да избягат и от собствената си нова история. През последния четвърт век страната е загубила голяма част от производствения си капитал, необходим за стартирането на една нова промишленост от нищото. Същите тенденции, които доведоха до това американските компании да връчат на предходните поколения акумулаторна промишленост на Япония (загубата на капацитет в тежката промишленост и намалените инвестиции в изследователската дейност заради манията да се удовлетворяват акционерите през 80-те и 90-те години), оставиха страната зле подготвена да се утвърди като лидер в следващото поколение на тази индустрия. Междувременно по-добрият стандарт на живот за средната класа и възможностите за работа в Китай, Индия и други страни означават, че САЩ вече не могат да разчитат на това, че ще привличат най-добрите и най-умните в света. Все по-голяма част от най-добрите в инженерните специалности и останалите науки предпочитат да си останат у дома или като Уан Ганг да се завърнат там. "Страхувам се за американците, казва Харъп, консултант в областта на технологиите. Те са толкова назад в масовото производство, а и не разполагат с клиенти в своя регион. Дадените от Обама пари им дават шанс. Но със сигурност не гарантират успеха, а освен това не надхвърлят средствата, които харчи Изтокът."
При това положение САЩ правят като всеки по-слаб състезател: оглеждат се за приятели. Най-силен от възможните е Южна Корея, която в момента държи 33% от пазара на литиево-йонните батерии. Голяма част от многомилиардните инвестиции на енергийния министър Чу в акумулаторния отрасъл не отиват за американски компании, а за южнокорейски, които имат заводи за асемблиране в САЩ - това, както се надяват американските политици, е достатъчно за изграждането на силна производствена база, чрез която да продължат опитите за създаване на утрешните батерии. Втората по големина сума от 160 млн. долара е дадена на сеулската компания LG за изграждането на завод за литиево-йонни батерии, предназначени за "Шеви волт", в град Холанд, Мичиган. "Искаме да извадим тези коли на пазара", ми каза Сандалоу. "И ако единственият ни доставчик в момента се намира другаде, това е реалност, която някои от нашите фирми трябва да приемат."
Въпреки всичките главозамайващи доларови суми, които се мятат, когато държавните лица говорят за акумулаторната надпревара, само едно число има значение за учените, които всъщност провеждат надпреварата - 1600. Това са ватчасовете, които дава килограм бензин - енергийният потенциал, който хората са свикнали да очакват от своето лично МПС. Днешните литиево-йонни батерии произвеждат само една осма от тази енергия, а учените смятат, че законите на физиката ще им попречат да отидат отвъд удвояването на въпросната стойност, т.е. жалките 400 ватчаса на килограм акумулатор. В крайна сметка победителят в акумулаторната епоха ще бъде страната, чиято технология успее да наближи числото 1600.
Уинфрид Уилке, програмен директор на лабораторията на ІВМ в Сан Хосе, Калифорния, е натоварен именно с тази задача. Физик и удивителен енциклопедист, Уилке е работил върху ядрените реакции между тежки йони в националната лаборатория Лос Аламос, преди да се премести в ІВМ, като там разработва моделите, на които се базират някои от днешните най-мощни суперкомпютри. Напоследък е насочил вниманието си към литиевия въздух - технология, която може да замести някои от основните тежки и скъпи минерали в днешните акумулатори буквално с въздух. В разговорите, които проведох с него през последната година, Уилке бе оптимистично настроен за успеха на своя екип, който ще дойде не много скоро, но може би през следващото десетилетие. Дори ако ІВМ успее само да доближи литиевия въздух до капацитета на бензина, ми каза Уилке, автоиндустрията ще "затанцува на улицата".
Но по отношение на литиевия въздух има много скептици. Джеф Дан, който изследва литиево-йонната технология в университета "Далхаузи" в Халифакс, Нова Скотия, смята, че предвижданите от Уилке открития отиват отвъд физическите закони. "Литиевият въздух е оксиморон, каза ми той. Аз лично смятам, че той няма място в никоя дискусия за авангардната акумулаторна химия." Според него: "Това е технология, при която няма прошка. Трябва да предотвратиш достигането на влага до лития. Трябва ти поточно поле в клетката, както и помпи. Разходите ще скочат до небето. В сравнение с това литиевият йон е толкова лесен."
Разногласията илюстрират колко е трудно да се предскаже резултатът от акумулаторната надпревара и колко са неподходящи аналогиите с геополитически натоварените технически състезания в миналото - атомната бомба, завоюването на Космоса и усъвършенстването на полупроводника. В сравнение с ракетостроителите, които знаеха физиката, необходима за изстрелването на ракета към Луната, далеч преди да са намерили начин да я използват, днешните акумулаторни учени се движат без карта. Пробивите, които биха превърнали тази технология в реалност, могат да дойдат по най-различни пътища, а може и изобщо да не дойдат.
Но същата тази неяснота прави акумулаторната надпревара толкова привлекателна за държавните администрации и учените. Всички вярват, че някой някъде, независимо къде, ще направи решителното откритие. За тях единственото по-лошо от загубата в акумулаторната надпревара е изобщо да не се участва в нея.
_________________1,63 l/ 100 km - Honda ANF 125i Innova(Wave) '10  Bulgaria - ಬಲ್ಗೇರಿಯ(Kannada) པུ་ར་ག་རི་ཡ (Tibetan) ブルガリア(Japanese) 불가리아(Korean) 保加利亚(Chinese) บัลแกเรีย(Thai) बुल्गारिया (Hindi) بلغاريا (Arabic)
|
