Unia Europejska

Zaród: Słoneczna loteria

Energetyka to jedna z tych dziedzin, w której badania naukowe odgrywają największą rolę. Zwłaszcza w obliczu zmian klimatycznych.

Energia zawsze była symbolem modernizacji. Nieważne, czy weźmiemy pod uwagę żarówkę Edisona, Leninowską fascynację elektrycznością, reaktory jądrowe czy panele fotowoltaiczne – rozwój nowych źródeł energii zawsze stanowił źródło inspiracji dla badaczek i inżynierów oraz powód do zmartwień dla polityków. Jak dziś wyglądają związki między rozwojem energetyki a mechanizmami wspierania strategicznych badań naukowych? To dziś tym ważniejsze, że – jak pokazuje choćby opublikowany niedawno raport Międzynarodowego Panelu ds. Zmian Klimatu (IPCC) – badania nad problemami energetyki są jednym z potencjalnych środków zaradczych przeciwdziałającym zmianom klimatycznych.

Wprowadzona w 2000 roku niemiecka ustawa o energetyce odnawialnej (EEG) miała wytyczyć nowy kierunek modernizacji tego kraju. W tych samych latach energetyka odnawialna stała się elementem polityki rozwojowej USA i Chin. Decyzja premier Kopacz na szczycie klimatycznym UE oznacza dla nas potencjalne opóźnienie w rywalizacji w tej dziedzinie. Jednak z drugiej strony daje szansę na uniknięcie błędów bogatszych rywali.

Puchar Niemiec dla Chin

Polityka energetyczna Niemiec zakłada ograniczanie produkcji energii ze źródeł konwencjonalnych i zwiększanie udziału energetyki odnawialnej. Drugim elementem jest plan wyłączenia elektrowni jądrowych. Po niecałych 15 latach od wprowadzenia EEG komisja ekspertów ds. badań i innowacji (EFI) bardzo krytycznie oceniła wpływ tej polityki na na rozwój naukowy kraju – według raportu z 2014 roku był on minimalny. Zgodnie z opiniami ekspertów EFI było to spowodowane prostotą systemu dopłat, który faworyzował zakup gotowych rozwiązań, a nie prace badawcze nad nowymi.

Symbolem tych problemów może być bankructwo Q-Cell, największego niemieckiego producenta paneli słonecznych. Jeszcze w 2008 roku był on wizytówką zielonego sukcesu naukowego i przemysłowego. W 2012 roku po wszczęciu procedury upadłościowej został wykupiony przez Hanwha, jeden z największych koreańskich konglomeratów przemysłowo-biznesowych (czeboli). Q-Cell wciąż ma zakłady produkcyjne w Niemczech, jednak główna część prac badawczo-rozwojowych została przeniesiona do Azji.

Według tygodnika „Der Spiegel” problemem był niski poziom wydatków na badania i rozwój w firmie. Q-Cell padło ofiarą wczesnego sukcesu i zapomniało, że energetyka słoneczna wymaga ciągłych nakładów w tym obszarze. Podobnego błędu nie popełniły Siemens i Bosch, stale rozwijające badania w sektorze energetyki wiatrowej. 

Oprócz różnic w kosztochłonności badań energetyka wiatrowa daje szansę na wykorzystanie doświadczeń z sektora elektromaszynowego (przekładnie, automatyka). Model rozwoju fotowoltaiki przypomina raczej sektor chemiczny – wymaga dużych nakładów na badania, ale ich rezultaty bardzo łatwo powielić. Trzeba też pamiętać, że lata produkcji elektroniki w Azji dają Chinom i Korei przewagę we wdrożeniach fotowoltaiki – bo fizyczne i inżynierskie podstawy mikroprocesorów i ogniw słonecznych są bardzo zbliżone.

Chiny wspierają swój przemysł na wiele różnych sposobów – od tanich kredytów inwestycyjnych związanych z zieloną energetyką, przez utrzymywanie korzystnego kursu waluty, a skończywszy na kontrowersyjnej polityce patentowej. Chiny skupiły się też na budowaniu pozycji dużych firm, w odróżnieniu od Niemiec, które wspierały rozwój energetyki sąsiedzkiej i komunalnej.

Symbolem problemów Niemiec może być „dublet” (puchar i Mistrzostwo Niemiec) zdobyte przez Bayern Monachium w 2014 roku. Klub pochodzący z najbardziej uprzemysłowionego regionu Niemiec jest od 2011 roku sponsorowany przez chińskiego giganta fotowoltaiki Yngli Solar.   

Niemiecki kontratak

Niezależnie od problemów Niemcy pozostają jednym z liderów europejskiej nauki i techniki. Jak zauważył zespół EFI, rozwój ten opiera się raczej na solidnych fundamentach w przemyśle elektromaszynowym niż na przewadze w zakresie elektroniki, technik materiałowych lub informatycznych. Innymi słowy – sercem niemieckiej modernizacji jest ciągle raczej laboratorium przyfabryczne Boscha lub Siemensa niż rozproszone po całym świecie placówki badawcze Intela lub Google.

Rząd niemiecki postanowił wyzyskać przewagę związaną z bezpośrednim dostępem do kultury przemysłowej, tworząc sieć 15 kampusów badawczych (Forschungscampus), które mają stworzyć kręgosłup naukowy dla rozwoju przemysłowego. Kampus jest finansowany kwotą rzędu 2 mln euro rocznie przez maksimum 15 lat, przy czym sektor prywatny musi wyłożyć tyle samo co sektor publiczny. Kampusy są adresowane przede wszystkim do firm lokalnych, a jednym z najważniejszych warunków finansowania jest wymiana kadr między sektorem akademickim, laboratoriami przemysłowymi i liniami montażowymi. Innymi słowy – nawet ekspertki od fizyki teoretycznej lub symulacji komputerowych mają mieć kontakt z personelem pracującym „na linii”. Z uwagi na stabilność finansowania kampusy dają szansę na realizację odważniejszych pomysłów badawczych, które przekraczałyby wymiar krótkiego grantu. 

Kampusy badawcze mają też wykorzystać wiedzę techniczną lokalnej społeczności – organizowane są w nich warsztaty, w których majsterkowicze i energetycy amatorzy mogą wymienić się wiedzą z zawodowymi inżynierkami pracującymi w skali przemysłowej. Współpraca wielu mniejszych podmiotów daje szansę na współdzielenie kosztów wdrożeń patentów. Przykładowo za cenę 50 tys. euro rocznie można korzystać z jednego z patentów wygenerowanych przez kampus badawczy w Aachen zajmujący się technikami przesyłania energii i sterowania sieciami energetycznymi.

Oprócz rozwiązań wewnętrznych Niemcy wciąż próbują korzystać z narzędzi międzynarodowych.  Jednocześnie dyplomacja niemiecka zaczęła za pośrednictwem UE negocjacje z Chinami w sprawie ograniczenia dumpingu cenowego w obszarze ogniw fotowoltaicznych. Ograniczenie emisji w UE w powiązaniu z utrudnieniem sprzedaży firmom chińskim dałoby nową szansę na rozwój lokalnego sektora produkcyjnego. Pomimo bankructwa Q-Cell w Niemczech wciąż istnieją mniejsze firmy wytwarzające panele słoneczne. 

Amerykańskie rewolucje

Podobną politykę co Niemcy przyjęły Stany Zjednoczone. Rozwiązania w skali całego kraju są trudniejsze do wdrożenia, ponieważ magnaci naftowi i węglowi finansują konserwatywnych polityków. Dlatego też tylko niektóre stany przyjęły rozwiązanie prawne ograniczające emisje lub wspierające zieloną energetykę.

Władze centralne próbują obejść ten problem za pomocą programu badań podstawowych związanych z energetyką (Energy Frontier Research Centers).

Podobnie jak w Niemczech sieć takich centrów obejmuje ponad 30 instytucji, dotowanych co roku kwotą od 2 do 4 mln dolarów.

Łącznie zatrudnionych w nich ma być ok. 520 doświadczonych badaczy i naukowczyń oraz 1100 studentów, doktorantek i osób personelu technicznego. Sieć obejmuje laboratoria federalne, uczelnie i laboratoria przemysłowe. W odróżnieniu od kampusów niemieckich centra amerykańskie nie skupiają się na bezpośrednich wdrożeniach. Zgodnie z komunikatem federalnego Departamentu Energii mają skupić się na rozwijaniu metod w obszarze nauk podstawowych, aby położyć fundament pod przyszłe odkrycia. Na przykład centrum badawcze w Los Alamos będzie liderem w badaniach nad kwantowymi metodami powielania nośników energii w fotowoltaice. W dużym skrócie i w karygodnym uproszczeniu: chodzi o to, aby jeden promyk światła generował jak najwięcej prądu.

Program został zainicjowany w 2009 roku, a niedawno zaakceptowano drugą turę finansowania. 32 spośród 44 centrów otrzymały finansowanie na kolejnych 5 lat – co sugeruje, że rząd federalny jest zadowolony z pierwszych efektów programu. Trzeba jednocześnie zaznaczyć, że centra stanowią jedynie szkielet infrastruktury naukowej, ponieważ prawie wszyscy amerykańscy grantodawcy mają specjalne ścieżki finansowania energetyki. Począwszy od NASA (fotowoltaika w kosmosie, małe reaktory dla satelitów), a skończywszy na badaniach wojskowych (siłownie okrętów podwodnych, polowe generatory elektryczności).

Jednym z symboli amerykańskich badań naukowych była Agencja Zaawansowanych Technologii Obronnych – DARPA, której zawdzięczamy myszkę komputerową, rozwój Internetu, LSD i kilka pokoleń inwalidów w Wietnamie. W 2009 roku stworzono ARPA-E, czyli agencję zajmującą się zaawansowanymi projektami w dziedzinie energetyki, wzorowaną na DARPA. Obie agencje pełnią rolę inwestora dla ryzykownych projektów w obszarze zaawansowanej technologii – tam, gdzie analizy firm wskazują na zbyt wielkie ryzyko. ARPA-E ma być niejako domknięciem procesu wdrożenia zainicjowanego w centrach badawczych.

Polska końcówka

Polska wybrała wariant zdecydowanie najmniej ryzykowny. Zwiastunem stanowiska Ewy Kopacz mógł być przegląd strategicznych programów badawczych w Narodowym Centrum Badań i Rozwoju. Tematów energetyki dotyczą bezpośrednio aż cztery spośród siedmiu z nich. Skupiają się one na energochłonności budynków, bezpieczeństwie pracy w kopalniach, wspomaganiu energetyki jądrowej oraz zaawansowanych technologiach pozyskiwania energii. W ostatnim z kierunków tylko jedno z zadań badawczych skupia się na energetyce odnawialnej – przy czym chodzi w tym wypadku o współspalanie i kogenerację (jednoczesne wytwarzanie elektrycznej i cieplnej), a nie o wiatr, wodę itp.

Pierwsze dwa zadania koncentrują się na poprawie efektywności spalania w elektrowniach węglowych, a kolejne dotyczy metod gazyfikacji węgla – czyli pozyskiwania innych paliw z węgla. Ten ostatni program badawczy trwa od 2010 do 2015 roku. Ze środków publicznych dofinansowano go kwotą 80 mln zł, ze środków prywatnych – ok. 10 mln złotych. W projekcie biorą udział trzy instytucje akademickie i sześciu partnerów przemysłowych (zobacz szczegóły). Projekty te stanowią raczej bardzo wyrafinowaną formę rozwoju istniejącej inżynierii niż próby aplikacji nowych zjawisk fizycznych.

Z perspektywy ograniczenia emisji CO2 bardzo interesujący wydaje się projekt wychwytu gorącego CO2 i użycia go do suszenia węgla lub do „dogrzewania” głównego obiegu roboczego (czyli obiegu wody i pary napędzającego turbiny energetyczne). Dzięki tego rodzaju zabiegom optymalizacyjnym możliwe jest znaczne zredukowanie emisji dwutlenku węgla. Symulacje pokazały, że teoretycznie możliwe jest zredukowanie emisji o ok. 80% (z 742 na 90 gramów CO2 przypadających na kilowatogodzinę), przy wzroście kosztów produkcji o ok. 20%. Pilotażowe instalacje w tym projekcie rozpoczęły działalność w maju 2013. Trzeba mieć jednak świadomość, że tak efektywna praca oznacza niesamowite wymagania techniczne stawiane materiałom i obsłudze. Dlatego projekt przewiduje też badania nad ulepszonymi rodzajami stali i diagnostyką konstrukcyjną.

Niestety w NCBiR nie ma długoletnich programów strategicznych związanych z fotowoltaiką, materiałami funkcjonalnymi i tego rodzaju badaniami obarczonymi wysokim ryzykiem. Są oczywiście granty badawcze dla liderów zespołów w obszarze badań podstawowych i stosowanych, jednak ich skala jest ograniczona. Przykładowo: grant Maestro (najwyższa nagroda dla wybitnych profesorów) dla prof. Witolda Augustyńskiego z zespołem to 2,7 mln złotych na okres kilku lat.

W odróżnieniu od programów amerykańskich i niemieckich program ten ma charakter konkursowy i trudno w oparciu o te środki budować całe środowiska naukowe.

Tymczasem amerykański Departament Energetyki od lat finansuje też programy edukacyjne dla studentów (przykładowy podręcznik dla personelu energetyki słonecznej z 1981 roku).

Ponieważ energetyka jest ściśle powiązana z życiem codziennym, programy amerykańskie i niemieckie przeznaczają część środków na badania procesów społecznych związanych z korzystaniem z energii oraz nad funkcjonowaniem samych instytucji badawczych. Nie jest przypadkiem, że najlepsze uczelnie techniczne na świecie mają też bardzo dobre grupy zajmujące się socjologią nauki i techniki. W Polsce badania w tym kierunku znajdują się w powijakach, nawet w Bibliotece Uniwersytetu Warszawskiego nie sposób znaleźć podstawowych podręczników w tej dziedzinie – a cóż dopiero mówić o bieżących raportach, programach stypendialnych czy funduszach na badania. 

Turbina kołem się toczy

Energia jest jednym z największych wyzwań stojących przed światem. Oprócz zmian klimatycznych problemem są też kurczące się pokłady węgla, wzrost skażenia środowiska czy niedobory metali rzadkich niezbędnych do fotowoltaiki. Z uwagi na skalę problemów widmo braku prądu lub ciepła będzie napędzało politykę naukową, ekonomiczną i przemysłową świata jeszcze przez wiele lat.

Decyzje Ewy Kopacz i Donalda Tuska o trzymaniu się energetyki konwencjonalnej wcale nie muszą skończyć się katastrofą, pod warunkiem jednak, że połączymy je z odpowiednią polityką nakładów na badania naukowe.

Odpowiednikiem niemieckich kampusów lub amerykańskich centrów badawczych mogłyby być Krajowe Naukowe Ośrodki Wiodące – wymaga to jednak decyzji o kontynuowaniu programu długofalowo i włączenia w niego większej liczby aktorów. Zasadne byłoby porównanie życia społecznego w tych ośrodkach z badaniami socjologicznymi prowadzonymi za granicą.

W energetyce bowiem, podobnie jak w całym życiu społecznym, diabeł wciąż tkwi w szczegółach.

***

Serwis >>WYBORY EUROPY jest współfinansowany ze środków Ministerstwa Spraw Zagranicznych 

__
Przeczytany do końca tekst jest bezcenny. Ale nie powstaje za darmo. Niezależność Krytyki Politycznej jest możliwa tylko dzięki stałej hojności osób takich jak Ty. Potrzebujemy Twojej energii. Wesprzyj nas teraz.

Marcin Zaród
Marcin Zaród
Fizyk, socjolog
Doktor inżynier, wykładowca socjologii cyfrowej na Uniwersytecie Warszawskim. Specjalizuje się w badaniach socjologii nauki i techniki. Z pierwszego wykształcenia fizyk i inżynier OZE. Członek partii Razem.
Zamknij