ЛАУРЕАТ «ГЛОБАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ — 2017»: РАБОТА В МОЕЙ ОБЛАСТИ ТОЛЬКО НАЧИНАЕТСЯ
Интервью с Михаэлем Гретцелем о его разработках
Химик Михаэль Гретцель.
Международную энергетическую премию «Глобальная энергия» в 2017 году получил 72-летний швейцарский ученый Михаэль Гретцель, один из самых цитируемых химиков мира и изобретатель «ячеек Гретцеля», перспективных фотоэлементов, имитирующих фотосинтез. Гретцель рассказал, как научное любопытство привело к появлению нового рынка инновационной фотовольтаики и на что он планирует попросить денег у Билла Гейтса.
— Расскажите о том, как начинались ваши разработки в 1990-х годах, — чего вы пытались добиться?
— Мы хотели имитировать происходящее при фотосинтезе, одной из ключевых реакций для всего живого. Нам было интересно, удастся ли это воспроизвести. В 1980-е мы изучали коллоидные растворы полупроводниковых оксидов и выяснили, что частицы в них можно сделать очень чувствительными к свету. Эти фундаментальные исследования стали для нас прикладными, когда мы обнаружили, что эту идею сенсибилизации, повышения чувствительности, можно использовать, чтобы эффективно конвертировать фотоны видимого света в электроэнергию. Раньше ни о чем подобном никто не слышал. Этот прорыв мы описали в статье в Nature в 1991 году — это исследование процитировали почти 18 тысяч раз, оно входит в сотню самых цитируемых научных работ в истории. Это было фундаментальное открытие, но мы поняли, что устройства, которые мы создали, можно использовать в энергетике. Мы получили патент, вскоре к нам присоединились другие ученые, и сейчас в этой области уже тысячи патентов у самых разных людей.
Одно из применений нашей технологии — в гибких и легких фотоэлементах для портативной электроники: например, вы хотите зарядить свой мобильный телефон с помощью фотоэлемента на вашем рюкзаке или ваша электронная книга постоянно заряжается от собственной обложки. Другая область применения — в фотовольтаике, интегрированной в здания: на основе ячеек мы можем делать цветное стекло — получаются эстетичные и эффективные конструкции. Рынку такие технологии очень нравятся, компании, которые начали производить такую продукцию, уже получили заказы на несколько лет вперед (в 2013 году конференц-центр Федеральной политехнической школы Лозанны, где работает ученый, стал первым в мире зданием с цветным фасадом на основе ячеек Гретцеля).
Фасад конференц-центра Федеральной политехнической школы Лозанны.
Кроме того, из работы над сенсибилизированными красителем солнечными элементами в свое время «выросли» и технологии перовскитных солнечных элементов, когда наш японский коллега заменил краситель на мелкие частицы перовскита (перовскит — редкий для поверхности Земли минерал, титанат кальция, перовскиты — различные материалы с кристаллической решеткой, схожей с решеткой перовскита. В 2009 году ученые показали, что перовскиты могут эффективно преобразовывать энергию видимого света в электричество, и с тех пор они считаются перспективными материалами для солнечной энергетики. Так, журнал Science в 2013 году включил солнечные батареи на основе перовскитов в десятку главных научных прорывов года).
Так возникла новая область исследований, и мы сотрудничаем с одной из групп российских ученых в Московском государственном университете. Такие фотоэлементы очень эффективны и дешевы и потенциально могут заменить более «традиционные», основанные на кремнии. Перовскитные технологии пока находятся на ранней стадии развития, хотя определенные важные технические вопросы уже удалось решить. Пока выглядит эта технология хорошо, и уверенность в ней растет. Некоторые компании уже присоединились к этой работе и запустили пилотные проекты. Коммерческие приложения потом тоже будут найдены, это вопрос времени.
В целом для нас это был очень интересный путь. Мы начали с простых экспериментов, которыми двигало любопытство, но у нас всегда была страсть и видение нашей миссии — мы знали, что хотим имитировать фотосинтез.
Фасад конференц-центра Федеральной политехнической школы Лозанны — вид изнутри.
— Как вам кажется, ваша область за почти четверть века уже достигла некоторого насыщения или же есть очевидные направления для дальнейшей работы?
— В моей области исследований совершенно точно есть потенциал для дальнейшего развития. Сенсибилизированные красителем солнечные элементы «созрели» для того, чтобы их можно было рассматривать как коммерческий продукт, но, на наш взгляд, это только начало. Исследования в этой области вообще никогда не прекратятся, потому что всегда можно найти лучший краситель или изменить что-то еще. Это в кремниевых фотоэлементах «играться» можно только с кремнием.
Представьте себе, например, все небоскребы мира, которые в основном покрыты стеклом, — если использовать наше стекло, генерирующее электричество, потенциал применения у этого огромный. Мы сейчас начинаем общаться с американскими предпринимателями, которые уверены, что смогут внедрить такие решения.
С перовскитами все так же — этой области ведь меньше десяти лет. Только подумайте, сейчас в год на эту тему выходит по тысяче научных публикаций. Просто чтобы следить за этой областью исследования, надо читать по три статьи в день. Так что это очень интересное время.
— Куда любопытство поведет вас и других исследователей дальше?
— Следующий большой вопрос: можно ли вместо электричества сразу делать следующий шаг и получать топливо, например делать из углекислого газа этанол? Этот вопрос пока находится на стадии фундаментальных исследований, и это большой вызов. Меня он всегда интересовал, но «солнечное» электричество делать проще, чем топливо. Интерес к этому направлению в США уже большой, калифорнийский Совместный центр искусственного фотосинтеза (JCAP) получил на первые пять лет своей работы 150 миллионов долларов, это очень много (недавно финансирование центра, основанного в 2010 году, продлили на сопоставимую сумму).
Кроме того, в конце 2016 года Билл Гейтс объявил о создании фонда инвестиций в «чистую» энергетику Breakthrough Energy Ventures объемом в 1 миллиард долларов. Это фантастическая история. Я напишу Гейтсу и скажу ему, что мы направим свое предложение с тем, чтобы присоединиться к его фантастическому предприятию.
Премия «Глобальная энергия» — независимая международная награда за выдающиеся исследования и научно-технические разработки в области энергетики, которые способствуют эффективному использованию энергетических ресурсов и экологической безопасности на Земле в интересах всего человечества. Вручение премии традиционно состоится в рамках Санкт-Петербургского международного экономического форума, который будет проходить 1—3 июня 2017 года. В шорт-лист «Глобальной энергии» в этом году вошли 10 ученых и инноваторов из США, Швейцарии, России и других стран. В частности, на премию номинировали американского предпринимателя и миллиардера Илона Маска и одного из учеников Гретцеля, британского ученого Генри Снейта.
Премия учреждена в 2002 году, ее ежегодный премиальный фонд составляет 39 миллионов рублей. За время существования премии ее лауреатами стали 34 ученых из России, Великобритании, Германии, США, Франции, Украины, Японии и других стран. В 2016 году премию получил российский химик, научный руководитель Института катализа CО РАН Валентин Пармон.
via.