Czy wkrótce będziemy jeździć samochodami wodorowymi?
Panie Profesorze, na czym w skrócie polega Pana praca badawcza?
Najogólniej rzecz ujmując, próbuję używać metod mechaniki kwantowej do opisu materiałów jak najbardziej zbliżonych do tych rzeczywistych.
Co to oznacza w praktyce?
Badam właściwości pewnych związków chemicznych, takich jak borowodorki metali lekkich, pod kątem ich przydatności do efektywnego magazynowania energii. Abyśmy mogli kupować kiedyś niedrogie i bezpieczne samochody, w których paliwem będzie wodór, musimy najpierw wymyślić jak go przechowywać, by zajmował jak najmniej miejsca. Badam również możliwości zastosowania borowodorków do skonstruowania nowego typu akumulatora – nie zawierającego ciekłych elektrolitów, a więc znacznie bardziej bezpiecznego niż używany obecnie.
Czy taki właśnie cel ma 4-letni polsko-szwajcarski program badawczy, którego jest Pan koordynatorem?
Tak, między innymi. Jego oficjalna nazwa to „Ion mobility in lightweight compounds for energy storage” (Transport jonów w lekkich związkach dla potrzeb magazynowania energii). Chcemy zrozumieć podstawy transportu jonów w złożonych wodorkach zawierających lit i tak zoptymalizować własności tych związków, by mogły mieć zastosowanie jako elektrolit stały czy magazyn wodoru.
Wodór aż prosi się, by z niego uzyskiwać energię: przy spalaniu wydziela tylko ciepło i wodę, posiada bardzo dużą gęstość energii na jednostkę masy, a jego otrzymywanie nie jest skomplikowane. Jest jednak zasadniczy problem z jego magazynowaniem. Gdy bowiem weźmiemy 1-litrowy pojemnik, to zmieścimy w nim jedynie 0.1 g wodoru. Jego sprężanie czy skraplanie jest nieefektywne. Okazuje się natomiast, że atomy wodoru znacznie szczelniej wypełniają przestrzeń, gdy wchodzą w skład związków chemicznych takich jak borowodorki metali lekkich. I do tego celu staram się je właśnie zrozumieć.
Amerykanie szacują, że samochód na wodór będzie dostępny dla każdego w ciągu 20 lat. Czy to realne założenia?
Amerykanie specjalizują się w szacunkach, rzeczywistość jednak jest znacznie bardziej złożona. Do przełomu w badaniach może dojść za kilka lat, ale równie dobrze w następnym tygodniu. Tu trzeba pamiętać o jeszcze jednej rzeczy – od wynalazku do jego komercjalizacji upływa około 10 lat. Dla przykładu, teflon mogliśmy kupić na patelniach czy naczyniach prawie 20 lat po jego wynalezieniu. Podobnie technologia telefonii komórkowej znana była już w latach 70-tych, a pierwszą komercyjną komórkę dopuszczono do użytku dopiero 10 lat później. Tyle trwają procesy wdrożeniowe.
Jak wyglądają takie badania? Czytelnicy wyobrażają sobie teraz Pana w białym fartuchu pochylonego nad szklanymi naczyniami pełnymi kolorowych cieczy...
Tu znowu: rzeczywistość jest mniej widowiskowa. Badania laboratoryjne to już weryfikacja efektów mojej codziennej pracy. Odbywa się ona w przestrzeni pomiędzy głową a gigantycznymi komputerami liczącymi wymyślone przeze mnie zadania i symulacje. Dopiero wnioski z takich poszukiwań mogą być badane w laboratoriach.
Jaką rolę odgrywają tu zasoby obliczeniowe? Czy mógłby Pan prowadzić prace bez korzystania z Infrastruktury PLGrid?
Mam własny potężny komputer. Mogę wykonywać na nim obliczenia i oczywiście korzystam z niego w codziennej pracy. Jednak nawet taka maszyna może liczyć tylko jedno duże zadanie, które i tak zajmuje jej sporo czasu. A ja potrzebuję wykonać jednocześnie na przykład 5 takich dużych obliczeń. Zamiast więc angażować swój komputer na wiele miesięcy, mogę te prace wykonać w krótkim czasie dzięki procesorom PLGridu. To oczywiste udogodnienie. Młodzi adepci nauki, np. doktoranci, nie dysponujący maszynami o dużej mocy, mają dzięki tej infrastrukturze nieograniczone możliwości. Mają jednocześnie dostęp do dużych pakietów danych obliczeniowych oraz gotowego środowiska do wykonywania obliczeń. Trudno sobie wyobrazić bardziej komfortowe warunki. Muszę powiedzieć, że nie wszystkie kraje europejskie stwarzają na tym polu takie warunki doktorantom. Może jedynym, czego PLGrid nie dostarcza, jest zapał do pracy – z tą jedną rzeczą młodzi naukowcy muszą się zmierzyć sami.
Ma Pan na swoim koncie ponad 50 poważnych publikacji w międzynarodowych periodykach naukowych. Ile z nich powstało przy użyciu Infrastruktury PLGrid?
Przy pisaniu 8 najnowszych liczyłem u was. Korzystam z tych zasobów od 2010 roku. Jedna z ostatnich prac („NMR Chemical Shifts of 11B in Metal Borohydrides from First Principle Calculations”), oparta na złożonych obliczeniach, jest dla mnie szczególnym powodem do satysfakcji. Po raz pierwszy bowiem zostały systematycznie przebadane widma rezonansu magnetycznego boru 11 dla krystalicznych faz borowodorków metali. Z tymi badaniami wiąże się zresztą ciekawa historia: podczas liczenia tego samego pakietu danych na własnym komputerze oraz w PLGridzie otrzymywałem – ku wielkiemu zdumieniu – inne wyniki. Nie mogąc wyjaśnić pochodzenia tych rozbieżności, napisałem do włoskich autorów pakietów danych, zgłaszając im ten problem. Okazało się, że dzięki temu porównaniu wykryty został błąd w pakiecie obliczeniowym, który natychmiast wycofano oszczędzając wiele godzin pracy badaczom na całym świecie.
PLGrid oferuje naukowcom również zaawansowane narzędzie do prowadzenia telekonferencji. Jakie znaczenie w dziedzinie, którą Pan się zajmuje, odgrywa współpraca międzynarodowa?
Kontakt z naukowcami ze świata jest absolutnie konieczny. Nie mówię tylko o zespołach, w jakich prowadzone są badania, a które bardzo często są międzynarodowe, ale również o utrzymywaniu relacji z członkami innych zespołów zajmujących się tą samą tematyką. Borowodorkami metali lekkich zajmują się dla przykładu teamy z Japonii, USA, Wielkiej Brytanii, Niemiec i wielu innych miejsc. Wymieniamy się informacjami, wiemy jak postępują prace... Nauka nie jest dzisiaj „narodowa”, stąd dobra komunikacja jest szalenie istotna.
Dziękuję za rozmowę. Teraz czekamy na nagłówki w mediach mówiące o krakowskim przełomie w badaniach nad magazynowaniem energii.
Również dziękuję. Ja natomiast kibicuję rozwojowi PLGridu. Mam nadzieję, że młodzi badacze będą odważnie korzystać z narzędzi, o których na początku kariery naukowej mogłem tylko marzyć.
