O RODINĚ HUNTOVÝCH Z TEXASU ASI SLYŠEL MÁLO KTERÝ ČESKÝ ČTENÁŘ. ALE KDYBYCHOM JE MĚLI JEDNODUŠE PŘEDSTAVIT, NEBUDE TO SLOŽITÉ: STAČÍ ŘÍCI, ŽE JE TO RODINA VELMI P DOBNÁ EWINGŮM Z „MÝDLOVÉ OPERY" DALLAS.
H. L. Hunt byl self-made-man, který ve 30. letech nad partičkou karet koupil za milion dolarů práva na největší v té době známé ropné naleziště na světě (East Texas Oil Field). Během následujících desetiletí se stal jedním z deseti nejbohatších lidí v USA. Měl život opravdu jako z televizního seriálu: byl velkým sponzorem konzervativních organizací a církví, ale jak se zjistilo po jeho smrti v roce 1975, žil dlouhé roky tajně v bigamii. Celkem měl 15 dětí se třemi ženami.
Jeho potomci se v oboru pohybovali také. Jeden z jeho synů, Bunker, byl krátce považován za nejbohatšího muže planety. Získal totiž koncesi na průzkum a případnou těžbu ropy v Libyi. Z geologického hlediska to byla trefa do černého, celý sektor ovšem brzy poté znárodnil nový libyjský vůdce Muammar Kaddáfí.
Nakonec byl z finančního hlediska nejúspěšnějším nástupníkem slavného otce syn Ray, jehož společnost například realizovala LNG projekty v Jemenu či Peru nebo těžila v Kanadě či Rumunsku. Po pádu Saddáma Husajna byla jeho společnost první, kdo zahájil těžbu na severu země.
Další generace Huntových už se musí vyrovnat s tím, že situace v energetice se mění. Nevěří už pouze ropě. Rayův syn Hunter L. Hunt vybudoval novou spojku mezi soustavami Mexika a USA, kterou (respektive společnost ji vlastnící a provozující) následně prodal za dvě miliardy dolarů. A před sedmi lety, v roce 2013, se také pustil do investice ve fotovoltaice - a věrný rodinné tradici rovnou ve velmi riskantním duchu.
Hunter L. totiž investoval do vývoje zcela nové technologie, tzv. perovskitových fotovoltaických článků. Založil společnost Hunt Perovskite Technologies, která roky byla téměř neviditelná, to se ovšem pomalu mění. Vývojový tým firmy pracuje s různými scénáři využití těchto materiálů. Jedna je opravdu radikální: pro časopis Forbes vývojáři firmy oznámili, že chtějí vyvinout „nátěrovou" technologii. Na plastový substrát se přímo na místě instalace má nastříkat fotovoltaický nátěr. Ten bude mít nejspíše poměrně krátkou životnost (řádově údajně měsíců), ale obnova by měla být extrémně levná. Mezi první uživatele by měla patřit například armáda.
Nejblíže praktickému využití má ovšem konzervativnější myšlenka využití perovskitových článků k vylepšení vlastností stávajících křemíkových panelů. Takový tandem by měl značně zvýšit výkon fotovoltaiky bez výrazného navýšení ceny.
DLOUHÝ NEZÁJEM
Perovskity jsou sloučeniny halogenů s kovem (jako první byly popsány sloučeniny s olovem), které lidstvo zná více než 170 let. Tehdy vědci objevili na Urale minerál známý dnes právě jako perovskit (CaTiO3, tedy oxid titaničito-vápenatý). Brzy se ukázalo, že materiálů s podobnou chemickou strukturou je celá řada, a název se vžil pro celou tuto skupinu.
Některé perovskity mají zajímavé vlastnosti, kvůli kterým se jim někteří materiáloví vědci věnovali - například jsou mezi nimi zajímavé supravodivé sloučeniny. Ovšem obecně řečeno se výzkumu této skupiny nikdo soustavně nevěnoval a dodnes nemají významné praktické využití.
To se v 21. století může změnit. V roce 2009 v jedné japonské laboratoři spíše ze zvědavosti vznikl solární článek, v němž materiál s perovskitovou strukturou použili jako barvivo, tedy materiál, který pohlcuje světlo. Měl mizernou účinnost, jen 3,5 %, a dokonce se vědcům ztrácel pod rukama. V článku totiž museli použít kapalný elektrolyt, který perovskit postupně rozpouští. Z laického pohledu hrozný výsledek, z pohledu základního výzkumu naopak stál za další zkoumání.
Už v tu chvíli se totiž nabízela vize velmi levné výroby podobných článků (například sítotiskem, tedy podobně jako se tisknou například nálepky). Perovskitů je celá řada a materiáloví odborníci už v té době tušili, že by mezi nimi mělo být možné najít levné sloučeniny s vhodnými vlastnostmi, které by se daly vyrábět výrazně levněji než „čistý" křemík.
Skutečný technologický zázrak přišel v posledních několika letech. V srpnu roku 2012 vytvořil tým ze švýcarského Lausanne články s perovskitem s účinností necelých 10 %. V červenci roku 2013 pak rekord posunuli na 15 %.
V té době vystoupil do popředí „perovskitové scény" jistý Henry Snaith z Oxfordské univerzity, budoucí spoluzakladatel firmy Oxford PV. Snaith představil v časopise Science první perovskitový článek, který nepotřebuje kapalný elektrolyt. Články obsahující kapalinu jsou totiž velmi nepraktické, na slunci by mohly například velmi snadno praskat.
Snaith do výzkumu nastoupil s velkým nadšením. Již před lety veřejně prohlásil, že podle něj nebude v brzké době problém s pomocí perovskitů postavit články s účinností zhruba 20 až 25 %. Nemyslel tím články čistě perovskitové, ale články s několika vrstvami „vyladěnými" pro co nejlepší absorpci různých částí slunečního spektra, které by mohly umožnit rychlé zvýšení účinnosti.
VE DVOU SE TO LÉPE TÁHNE
Právě tudy zřejmě dnes vede nejjednodušší cesta k praktické realizaci technologie. Na vytvoření článku s dnes jinak extrémně drahou dosažitelnou účinností kolem 30 % stačí pouze zkombinovat běžný křemíkový článek s účinností kolem 20 % a perovskitový článek s účinností něco nad 15 %. Například Huntova firma nedávno ve spolupráci s federální Národní laboratoří pro obnovitelné energie (NREL) předvedla článek s účinností kolem 18 %, který úspěšně prošel zkouškami odolnosti a spolehlivosti podle certifikace standardizační organizace IEC.
I když tedy perovskity zatím křemík v účinnosti nedohnaly, spojení sil obou materiálů zřejmě funguje. Oxford PV v listopadu 2018 předvedlo kombinovaný křemíkovo-perovskitový článek s naměřenou účinností 28 % (což mimochodem znamená, že samotný perovskitový článek zřejmě má účinnost kolem 11-12 %). Dnes běžně dostupné křemíkové panely mají účinnost maximálně do 20 %. Kombinovaný panel by tedy měl za stejné plochy vyrobit zhruba o třetinu více energie.
Dopadající světlo nejprve projde jednou vrstvou perovskitového materiálu, který dobře pohlcuje především světlo kratších vlnových délek, tedy směrem k modré části spektra. Naopak křemíkový článek je účinnější při absorpci světla větších vlnových délek. Obě vrstvy se tak dobře doplňují. A do budoucna by mělo být možné vrstvy dále přidávat, a podle některých odhadů zvýšit účinnost snad až ke 40 %.
ZA KOLIK TO BUDE
Nový materiál to ve fotovoltaice ovšem nebudou mít jednoduché. Prvním, zatím ne zcela jasně vyřešeným problémem je využití olova. Tento jedovatý kov výrazně zvyšuje účinnost perovskitů, ovšem zároveň představuje ekologickou, a potažmo také legislativní zátěž pro technologii. Olovo je v tomto případě ve formě rozpustné ve vodě, a hrozí tedy, že bude z panelů unikat a mít škodlivé biologické účinky.
V panelech není olova mnoho (Oxford PV pracuje údajně zhruba s 0,3 g na m2), ale pokud se nepodaří výrobcům dokázat, že z jejich panelů nebude unikat, těžko si představit, že úřady a veřejnost vyspělých zemí se s rizikem smíří.
V oboru se pracuje na všemožných řešeních problému, zatím žádné není všeobecně považováno za zcela uspokojivé. Huntův výzkumný tým v prestižním časopise Nature v únoru představil články vybavené průhlednou ochrannou vrstvou, která má případné unikající olovo pohltit. Podle publikace v případě fyzického poškození panelu (nožem a kladivem) obě vrstvy dokázaly zachytit zhruba 96 % unikajícího jedovatého prvku. Bude zapotřebí dalších zkoušek a testů, ale mohlo by se jednat o jedno z možných řešení tohoto dlouho přetrvávajícího problému technologie.
Další potíž s perovskity nesouvisí se samotnou technologií, spíše s obecnými zákonitostmi trhu. Už dlouho je jasné, že křemík pro fotovoltaické panely není zcela ideální, ten měl ovšem od začátku neuvěřitelně významnou výhodu: výrobci křemíkových panelů se mohli opřít o dlouhá léta vědeckých i praktických zkušeností z výroby polovodičů. I díky tomu (a samozřejmě také významné státní podpoře, především v Číně) se velkovýroba těchto panelů mohla rychle rozběhnout, a ceny tedy mohly rychle klesat.
Navíc jde v současné době o obor s poměrně nízkými maržemi. Zavedení masové výroby pro zcela novou technologii si tedy vyžádá značnou investici do začátku a také notnou dávky odvahy. V časopise Joule vyšla v únoru analýza týmu z MIT, podle které by perovskitové panely ve své dnešní podobě a při použití stávajících procesů mohly jen obtížně cenou konkurovat křemíkovým článkům, pokud nebudou mít na své straně značné úspory z rozsahu - tedy ohromnou počáteční investici. Autoři odhadují, že cenově konkurenceschopný by mohl být závod s roční produkcí přes 1 GW ročně. Kapitálové náklady na takový provoz by ovšem přesáhly podle nich určitě miliardu dolarů, a to je na počáteční investici do zcela nového oboru ohromná částka.
Autoři se domnívají, že je nutné vylepšovat nejen vlastnosti panelů, například jejich trvanlivost, ale také zlepšovat a zlevňovat výrobní procesy. Výrobci by měli konečně přesvědčivě demonstrovat levnější proces zpracování převíjením substrátu (roll-to-roll), než bude mít technologie vůbec šanci na komerční úspěch. Další možností je pak využití perovskitu jako „druhé složky" v křemíkových panelech, přesně tak, jak počítá Oxford PV nebo Huntova firma. Uvidíme, zda se ropní miliardáři trefí do černého i v novém oboru.
| JINÁ CESTA |
| Perovskity mají i jednu další velkou výhodu – lze z nich vyrábět průhledné články. Několik začínajících společností počítá s tím, že by mohlo vyrábět například články do oken či na fasády budov. Cesta ke komercializaci je ovšem v takovém případě podstatně delší. Oxford PV pracuje údajně s odhadem, že vývoj takového inovativního produktu by si vyžádal pět až deset let navíc, a tedy i podstatně vyšší investici do začátku. Proto firma zvolila finančně bezpečnější a méně náročnou variantu. Ovšem najde se několik společností, které sázejí na průhledné perovskitové články, například čínské Wonder Solar a Microquanta Semiconductor, ale i Saule Technologies ze sousedního Polska. V první fázi by se řada z nich chtěla soustředit na produkty pro zvláštní použití, především průhledné články do oken. Polská firma, která prodala výhradní licenci firmě Skanska, už dokonce provedla pilotní projekt na fasádě kancelářské budovy ve Varšavě. Do konce roku by měla spustit prototypovou linku, a v roce 2021 by měly údajně být první panely dostupné na trhu. V první fázi nepochybně ve velmi omezeném množství a nejspíše pouze pro partnery firmy. |