Михаэль Гретцель - о проблемах солнечной энергетики

Новый победитель "Глобальной энергии" швейцарец Михаэль Гретцель считает, что возможности для возобновляемой энергетики начнут открываться только после преодоления предвзятого технологического и политического лоббистского давления в отрасли. Честная политика будет только лучше для развития самих ВИЭ.

Почему об этом говорит мировой флагман в области разработок солнечных элементов, который получил престижную российскую премию как раз за "выдающиеся заслуги в разработке экономичных и эффективных фотоэлементов, известных как "ячейки Гретцеля", предназначенных для создания недорогих, производительных солнечных электростанций"? В преддверии Санкт-Петербургского экономического форума, на котором министр энергетики России Александр Новак вручил ему премию "Глобальная энергия", у "РГ" появилась возможность задать этот и другие вопросы лауреату.

Господин Гретцель, многие страны радостно рапортуют о десятках процентов ежегодного прироста в этой части генерации. В 2016 году в мире установленная мощность СЭС превысила 300 гигаватт. Инвесторы продолжают вкладывать в ВИЭ десятки миллиардов долларов. Так что не ладно с солнечной энергетикой?

Михаэль Гретцель: Давайте посчитаем без ссылок на победные реляции, сколько это - 300 гигаватт в реальной генерации? Средний мировой КПД промышленных солнечных станций - 12-15 процентов, лучшие дают 20. Еще есть понятие коэффициент использования установленной мощности (КИУМ). Каков он в солнечной энергетике, как думаете?

Процентов 25?

Михаэль Гретцель: на самом деле чуть больше десяти (по данным компании IHS, КИУМ мировой солнечной энергетики составил в 2015 году 12 процентов. - Ред.). То есть в мире в реальной генерации участвует только тридцать гигаватт СЭС или немногим больше. Это чуть больше 10 процентов от установленной мощности всех российских электростанций. А мы-то рапортуем об огромных мировых достижениях. Другой вопрос, может энергия с такой эффективностью быть дешевой? Надо понимать, что кремниевый способ остается самым дорогим способом производства энергии.

В Европе при плохой инсоляции себестоимость может доходить до 60 евроцентов за киловатт! И если бы не многолетние огромные государственные субсидии по ее поддержке в Старом Свете, в последние годы, кстати, заметно сужающиеся, то смог бы такой способ генерации выжить за собственный счет?

Обращу ваше внимание, что это без малого на все 100 процентов кремниевая фотовольтаика. К сожалению, традиционная солнечная энергетика по-прежнему имеет низкий КПД преобразования энергии света в электричество. Первые установки, которые создавались для спутников и у вас в стране, и в США в самом начале 1950-х годов, имели КПД всего 2 процента. Технологический прогресс позволил увеличить этот показатель в лучших, подчеркиваю, промышленных устройствах на порядок - то есть примерно до 20. И, несмотря на многократное понижение стоимости кремния за последние несколько лет, благодаря, прежде всего, китайским производителям кремниевые панели остаются дорогим и сложным технологическим продуктом.

То есть кремниевая фотовольтаика изживает себя?

Михаэль Гретцель: Я бы не стал так утверждать. Сложилась уже огромная кремниевая индустрия, на нее работают сотни тысяч людей. Пока это, по сути, единственная работающая промышленная массовая технология в сегменте. Кремний - проверенный материал, и запасы его в мире практически неограниченны, это второй элемент по распространенности на Земле. Я не исключаю и локальных прорывов, например, связанных с удешевлением процессов производства, повышением эффективности со стороны лабораторий, которые продолжают заниматься различными аспектами кремниевой фотовольтаики, в том числе, кстати, и с возможностями технологий, которые развиваю я со всеми коллегами. Вопрос в другом - сейчас все сфокусировалось на кремнии: это субсидии, инвестиции, внимание СМИ и властей. А появились и активно растут другие, не связанные с кремнием, направления в этой области. И технологическая, и политическая инерция ограничивают возможности их промышленного развития.

Не могли бы рассказать об этих технологиях, хотя бы в нескольких словах?

Михаэль Гретцель: Всего за 8 последних лет лабораторных исследований удалось повысить КПД преобразования света в электричество на установках, основанных на ячейках, разработанных в том числе и в моей лаборатории в Лозанне, с 3-8 до 22,4 процента.

Быстрый прогресс основан на использовании вместо органических пленок и оксида титана в первоначально разработанных мною пленках особого вещества - перовскита, свойства которого не только позволили увеличить КПД преобразования, но и сделать такие ячейки существенно дешевле. Физические процессы, протекающие в перовските, отличаются от процессов "фотосинтеза" в ячейках Гретцеля и напоминают процессы в кремниевой батарее, однако, с использованием иных материалов.

Задача не в попытке вытеснить кремний, а найти альтернативные технологии генерации

Сейчас быстрыми темпами развиваются именно перовскитные технологии. Они используют в 1000 раз меньше дорогих материалов, поглощающих свет, чем кремниевые батареи, и не требуют таких энергозатратных процессов, как выплавка и очистка кремния, и поэтому обладают потенциалом многократного снижения. Считаю, что именно они, помимо своей дешевизны, имеют задел гораздо большего функционального использования, чем кремниевые. Например, уже есть разработки, позволяющие достичь прозрачности, цветности и гибкости фотоэлементов, чего нет в кремниевых элементах. Но я настаиваю: проблема не в попытке вытеснить кремний - это просто невозможно, а увидеть альтернативные технологии в этой области. Это уже и происходит. В частности, мы уже несколько лет успешно сотрудничаем с учеными из МГУ по перовскитной тематике в рамках Совместного российско-швейцарского проекта.

Расскажите немного о себе. Как вы пришли в науку?

Михаэль Гретцель: Когда я оканчивал среднюю школу, то, честно говоря, не знал, что выбрать: стать профессиональным музыкантом или заняться наукой. Но в 19 лет большинство ведущих пианистов уже сделали свое имя, и я последовал совету моего отца, лютеранского пастора, который много заботился об образовании своих 6 детей. Я, кстати, и сейчас пою в григорианском хоре Лозанны. Но тогда, в итоге, я начал изучать химию в Берлине, и это оказалось правильным выбором. Меня особенно интриговала проблема фотосинтеза, который является самым важным процессом жизнеобеспечения на Земле, и возможности его искусственного воспроизведения, что обеспечило мне мои теперешние достижения как ученого, и я получил одну из самых важных в научном и технологическом мире "Глобальную премию".

Досье

Михаэль Гретцель родился 11 мая 1944 года в Германии.

Окончил Свободный университет Берлина, в 1971 году получил степень доктора философии по естествознанию в Берлинском техническом университете. С 1977 года в Федеральной политехнической школе Лозанны, возглавляет Лабораторию фотоники и межфазных границ.

В 1991 году в журнале Nature была опубликована его прорывная работа о новом типе солнечных ячеек на основе мезопористых оксидных полупроводников с широкой запрещенной зоной, покрытых органическим красителем, прославивших имя профессора и получивших название ячеек Гретцеля.

Михаэль Гретцель - обладатель 10 почетных докторских степеней в университетах Азии и Европы: Дании, Голландии, Китая, Швеции, Сингапура и других стран. Он лауреат десятков престижных научно-технологических наград, таких как Гран-при "Технология тысячелетия", медаль Фарадея британского Королевского общества, премии Гуттенберга, Альберта Эйнштейна и других.

Он является членом Швейцарского химического общества, Общества им. Макса Планка и Германской академии естествоиспытателей, а также почетным членом Израильского химического общества, Болгарской академии наук и британского Королевского химического общества.