J. Balašovo startuolis „4D Energetics“ stengiasi atskirti energijos gamybą ir vartojimą – jis dalyvauja tarptautinėse pačių efektyviausių akumuliatorių gamintojų lenktynėse. (J. Balašovas lygina šias lenktynes su branduolinės fizikos konkurencija penktame ir šeštame dešimtmetyje.) „4D Energetics“ turi pergalės viltį teikiantį technologinį sprendimą. Bet ar pavyks aplenkti konkurentus?
Nuo MIFI iki Stanfordo
J. Balašovas – vienas iš tų, kurie nusprendė išvykti su dešimtojo dešimtmečio mokslininkų emigracijos banga. Branduolių fizikas ilgai dirbo tarp gimtųjų Branduolinės fizikos tyrimų universiteto MIFI (Rusija) sienų, o po to sutiko užimti pareigas Pensilvanijos universitete – svarbiausia buvo netgi ne pinigai, o Amerikos institutų pasirengimas dirbti su drauge su verslu. Tokia kooperacija mokslininkui reiškia galimybę įkūnyti savo kūrinius, o ne rašyti vis naujus teorinius straipsnius.
Pensilvanijon persikėlusį J. Balašovą po kelių mėnesių pakvietė į „Westinghouse Electric“ – kompaniją, kurią dar XIX amžiuje įkūrė elektros variklių ir traukinių stabdžių sistemų išradėjas George'as Westinghouse'as; XX amžiaus gale firma perėjo prie branduolinės energetikos ir atominių elektrinių statybos. J. Balašovas užsiėmė kompanijos atominių elektrinių saugumu.
„Čia pažinau tikrąją Ameriką, – prisimena mokslininkas. – Virš įėjimo į biurą – didžiulis Westinghouse'o portretas, kilmingo aristokrato, kuris, palyginus su Edisonu, pagrindiniu patentų varžovu, visada atrodė inteligentiškesnis. Čia, atėjus iš aukštojo mokslo, buvo galima nevažinėti po konferencijas, išpūtus žandus ir giriantis vardu publikacijose, o užsiimti reikalais“.
Prieš galutinai pereidamas iš mokslo į nuosavą verslą, J. Balašovas žengė žingsnį atgal. 2000 m. jis sutiko užimti SRI (Stanford Research Institute) mokslinio bendradarbio vietą. Čia jis vadovavo tyrimų grupei, jungusiai mokslininkus iš nacionalinių laboratorijų JAV, Suomijoje, Japonijoje ir vieno instituto Urale. J. Balašovo grupė laimėjo kelias dotacijas, tarp kurių – amerikiečių karinės agentūros DARPA užsakymas. Koks konkrečiai ta buvo užsakymas, mokslininkas neatskleidžia, tačiau iki šiol laiko agentūrą efektyviausiai dirbančia organizacija. „Buvau mūsų energetikos ministerijoje – dulkių kvapas, ilgi kabinetai ir koridoriai, apsnūdę žmonės, beveik jokio judėjimo, – sako Balašovas. – O DARPA – mažas pastatas, kone nykštukiniai kabinetai, kiekviename – žmogus, apsivertęs popieriais, gyvenimas verda. Nekeista, kad tai, ką naudoja DARPA, po trijų metų įdiegia amerikiečių pramonė, o dar po dešimtmečio – Rusijos verslas“.
Tačiau, nepaisydamas vis atsakingesnių mokslinių kontraktų, po 11 metų darbo SRI J. Balašovas nutarė pradėti savo projektą: jo grupė kasmet gaudavo dotacijų maždaug už 1 mln dolerių, tačiau iš to niekas nebuvo investuojama į nuosavą ateitį. O ir mokslininkui Amerikoje sunku nesusimąstyti apie nuosavą verslą. „Silicio slėnyje visi išties kuoktelėję: žmonės užstato namus, parduoda mašinas už grynuosius, kad tik judintų savo verslą. Nė vienoje pasaulio šalyje taip nėra, kaip ir nėra tokio požiūrio į klaidas: startuolio žlugimas JAV – tai ne juoda žymė, o įrodymas, kad žmogus pasirengęs rizikuoti ir eiti prieš minią“. J. Balašovas taip pat išdrįso pabandyti.
Baterija su aktyvuotąja anglimi
J. Balašovo projektas, „4D Energetics“, ketina tapti rimtu dalyviu energijos kaupiklių rinkoje, kurios apyvarta iki 2020 metų gali pasiekti 50 mlrd dolerių. Šioje rinkoje kol kas populiariausi elektrocheminiai akumuliatoriai, kuriuose elektros energija virsta chemine ir taip saugoma. Visi žino rūgštinius švino akumuliatorius, įtaisytus automobiliuose, tačiau dar yra nikelio kadmio (naudojami, pavyzdžiui, aviacijoje). Revoliuciją žada ličio jonų akumuliatoriai (jos naudoja visa elektronika – nuo išmaniųjų telefonų iki nešiojamųjų kompiuterių, jie naudojami ir „Tesla“ automobiliuose), tačiau jie, nors ir didelės energijos talpos ir gali teikti didelę galią, iki šiol pernelyg brangūs – prie to labai nemenkai prisideda juose naudojamos sudėtingos elektroninės valdymo sistemos.
Daug viliamasi iš eksperimentų su srauto baterijomis – jos susideda iš dviejų užpildytų tirpalu talpų, o reakcija ir jonų skilimas vyksta atskiroje kameroje. Baterijos gali atpigti, turėti didesnę energijos talpą, kuri ilgainiui nemažėtų.
Esminiai jau egzistuojančių akumuliatorių trūkumai – blogesnis veikimas žemoje temperatūroje (sulėtėja cheminės reakcijos) ir nuolatinis talpos mažėjimas tarp įkrovimo/iškrovimo ciklų. Tačiau svarbiausia – jų pirkimas iki šiol gali būti ekonomiškai nenaudingas: bus išleidžiama daugiau, nei sutaupoma. Ličio jonų baterijos kainuoja nuo 200 iki 300 JAV dolerių už 1 darbui paruoštos baterijos kWh, tačiau atsižvelgiant į visą būtiną elektroniką, užtikrinančią didelių baterijų blokų darbą, šis skaičius išauga iki 1000 dolerių, sako Sergejus Džurinskis, į „4D Energetics“ investuojančio „Bright Capital“ fondo investicijų direktorius. Dabar didelės rinkai pateiktų stacionarių energijos kaupiklių paklausos nėra – tai nutiks tik tada, kai visos sistemos „kaupiklis + elektronika“ 1 kWh kaina sumažės iki 500 dolerių ir jeigu kaupikliai per savo darbo laiką galės atlaikyti bent jau 5–10 tūkst. įkrovimo/iškrovimo ciklų.
Energijos saugojimo technologijų atpiginimo siekia ne tik dešimtys startuolių visame pasaulyje, bet ir programos, kurios leistų efektyviau integruoti kaupiklius į namo elektros sistemą. „4D Energetics“ pasiūlė savo sprendimą.
Kompanijos išradimas – adsorbcinio tipo kaupiklis. Jis veikia kaip ir bet kuri elektrocheminė baterija – vykdo oksidacijos-redukcijos reakciją elektrolito tirpale, taip atskirdamas teigiamus ir neigiamus jonus dviejuose atskirtuose poliuose – elektroduose. „4D Energetics“ kaupiklyje elektrodai pagaminti iš įprastos aktyvuotos anglies. Išradimas remiasi tuo, kad anglies porose veikia tarpmolekulinė trauka, sukelianti adsorbcines jėgas – tas, kurios leidžia elektrodams geriau pritraukti jonus. Toks kaupiklio elementas dėl aktyvuotos anglies pigumo kainuoja tris kartus pigiau už egzistuojančias srauto baterijas, pakraunamos ne per 5–6 valandas, o per pusvalandį – valandą, gali išlaikyti ne 4, o 12 įkrovimo ir iškrovimo ciklų per dieną ir veikia tiek šaltyje iki –30 °C, tiek ir karštyje iki 60 °C. Ir svarbiausia, tikina kūrėjai, akumuliatorius gali veikti 5–10 metų (o ne 2–3 metus, kaip ličio jonų akumuliatoriai), dėl to kaupiklis tampa išties naudingu pirkiniu. S. Džurinskio skaičiavimais, „4D Energetics“ 1 kWh kaina bus kaip tik 500 dolerių. „4D Energetics“ bandymuose įrodė, kad jų kaupikliai veikia daugiau nei 10 tūkst. ciklų.
Elektros tinklams ir fermeriams
„4D Energetics“ aštuonių žmonių komanda apsaugojo savo technologiją dviem JAV patentais. J. Balašovas savo kūrinių perspektyvumu sugebėjo įtikinti įžymų elektros kaupiklių inžinierių Garthą Corey, bei kelių energetikos startuolių autorių Michaelą Breeną.
J. Balašovas pasakoja: „Kai atnešiau parodyti Garthui mūsų baterijas (o aš įsivaizduoju, kiek kaupiklių jam teko per savo karjerą apžiūrėti), jis paprašė manęs perpjauti atsineštą gardelę. Nesutikau, juk visus pavyzdžius dariau už savo pinigus, tačiau jis primygtinai prašė. Suirzęs čirkštelėjau peiliu per elementą, elektrolitas ištekėjo ant stalo ir užlašėjo ant Garthui ant kelnių. Jis visiškai ramiai pareiškė, kad pirmą kartą elektrolitas nesugraužė audinio. Paskui jis atidžiai ištyrė technologiją – ir dabar mus konsultuoja“.
Nuosavoje bandomojoje gamyboje surinkti elementai leido „4D Energetics“ priimti išankstinius užsakymus – daugiausia iš amerikiečių kompanijų – už 50 mln. dolerių, ir tai tik ateinantiems metams. Iki šio taško startuolis nusigavo su 200 tūkstančių paties J. Balašovo dolerių ir 1,2 mln dolerių „Bright Capital“ investicijomis.
„4D Energetics“ Rusijoje įkūrė „dukrelę“ ir derasi su Rusijos energetikos kompanijomis. Labiausiai viliojantis kąsnelis – Tolimieji Rytai, kur iki šiol dirbama su senais dyzeliniais generatoriais ir energetikos sistemose praktiškai jokių inovacijų nėra, mano J. Balašovas. Ne mažiau patraukli ir Aliaska. Startuolis susitarė su ličio jonų baterijų fabriku Suomijoje – jis pasirengęs persijungti į „4D Energetics“ baterijų gamybą, tačiau bandomajai išankstinių užsakymų partijai reikia maždaug 3 milijonų dolerių. „Tai gera strategija – laukti, kol rinka supras, kad ličio jonų akumuliatoriai ateities neturi, ir tada mes perimsime užsidarančias jų gamyklas“, – juokauja J. Balašovas.
„4D Energetics“ laukia sunkios lenktynės tiek su pripažintais naujųjų technologijų gamintojais (o ličio jonų pagrindu kuriami, pavyzdžiui, „Tesla Powerwall“ akumuliatoriai – juos elektromobilių gamintojas siūlo elektros energijos tiekimui namuose ir įmonėse), tiek ir su srautinių baterijų išradėjais, kurių charakteristikos panašios į „4D Energetics“ kaupiklių. Pavyzdžiui, JAV nacionalinės laboratorijos tyrėjai Ramiojo vandenyno šiaurės vakaruose įsteigė kompaniją „UniEnergy Technologies“ ir jau pardavinėja elektros kaupimo sistemas (kaip elektrolitas naudojami vanadžio junginių tirpalai). Kitas konkurentas – „RedFlow“ iš Australijos, pradėjusi akumuliatorių su cinko bromido elektrolitu gamybą.
Visgi J. Balašovas tiki sėkme. „Nesivaikau didelių pinigų, iki šiol mieliau valgau bulves su lupenomis ir kilkę, o ne brangias vakarienes restorane. Bet kai matau, kad mano tyrimai gali padėti kokiam nors ūkininkui Altajuje, kuris ir taip vos galą su galu suduria, gyventi kur kas geriau, – negaliu sėdėti rankas sudėjęs. Ko kas tai, kad galiu pakeisti daugybės žmonių kasdienybę, maitina mano entuziazmą“.
