Mikorra lesz megvásárolható termék egy laboratóriumi felfedezésből?

A sajtó szinte minden héten beszámol egy új áttörésről, amely a jelenlegieknél olcsóbb, jobb, vagy hosszabb élettartamú akkumulátorokat ígér, de a napelem cellák esetében is rendszeresen felbukkannak világmegváltó felfedezések, és a sort tovább folytathatnánk más technológiákkal, mint például a grafén, ami bármire képes, csak a laboratóriumot nem tudja elhagyni. Az ember az ilyen bejelentésekre már rutinosan azzal reagál, hogy ebből sem lesz semmi, hiszen mennyi ígéretet hallottak már, ennek ellenére máig hiába várjuk az 1000 km hatótávolságú villanyautókat.

De mégis mi lenne a reális elvárás egy laboratóriumi felfedezéssel szemben? Mennyi időn belül kellene a boltok polcaira kerülnie az új terméknek? Reális azt várni, hogy 5 éven belül megvásárolhassuk? Józanul gondolkodva aligha.

Minden technológiának megvan a maga életciklusa az első ötlettől a széleskörű felhasználásig, és azon is túl. Először a NASA gondolkodott azon, hogy valahogyan kategorizálni kellene az egyes technológiák fejlődésének életszakaszait, és a 70-es években megalkotta a Technology Readiness Level (TRL) koncepcióját, amit magyarul technológiai érettségi szintnek fordíthatnánk. A kategorizálás ötletét később más szervezetek is átvették, és a saját szempontjaik szerint tovább alakították, így például az Európai Uniónak is megvan a saját osztályozási rendszere.

Az osztályozás az egyes szervezeteknél eltérő lehet, de általánosságban valahogy így néznek ki:

• TRL 1: az alapötlet megfogalmazása (white paper)
• TRL 2: a technológia koncepciójának alaposabb kidolgozása
• TRL 3: az alapelv működőképességének laboratóriumi kísérletek révén történő megerősítése (proof of concept)
• TRL 4: az új technológia egyes komponenseinek laboratóriumi tesztelése
• TRL 5: prototípus tesztelése valós környezetben
• TRL 6: kiterjedt tesztelés valós környezetben annak megállapítása érdekében, hogy a technológia alkalmas-e az elvárt célkitűzések elérésére
• TRL 7: a technológia teljes rendszerintegrációjának tesztelés
• TRL 8: a szükséges minősítések és engedélyek megszerzése
• TRL 9: a technológia kereskedelmi forgalomba kerülése

Egy tudományos áttörésről szóló cikk általában a TRL 3-as szintjén elért eredményekről szokott beszámolni. Sok technológiának egyáltalán nem sikerül túljutnia a hármas szinten, mások később véreznek el. Maga a piacra lépés is kockázatokat rejt magában, mert ha egy technológia túl korán teszi ezt meg, annak kudarc lehet az eredménye, gondoljunk csak a 90-es évek virtuális valóság szemüvegeire.

Forrás: Innogrant Consulting

A végül sikeresnek bizonyuló új technológiák piacra juttatása sok-sok évnyi kitartó munkát, és rengeteg erőforrás felhasználását igényli. Laboratóriumban demonstrálni valamit könnyű, de egy piacképes terméket létrehozni, és beindítani a sorozatgyártást már nagyon nehéz. Elon Musk tudna róla mesélni.

A londoni Imperial College kutatói egy három évvel ezelőtt megjelent tanulmányukban (Gross et al.) arra a kérdésre keresték a választ, hogy mennyi időbe telik egy új technológiának a laboratóriumból a boltok polcaira jutni, illetve mennyi idő, amíg széles körben elterjednek.

A tanulmány 13 különböző 20. századi technológia életútjának kezdeti szakaszait vizsgálta. A technológiákat három kategóriába sorolták. Az első kategóriába azok kerültek, amelyek korábban nem létező termékeket hoztak létre, ezek közé tartozik: az autó, a katódsugárcsöves tv, az ATM és a videomagnó. A második kategóriában lévő technológiák egy már létező terméket váltottak le. Ide tartozik a mobiltelefon, az LCD tv, a lítiumion-akkumulátor, a kompakt fénycső, és a LED izzó. A harmadik kategóriát az energiatermelő technológiák adták: a kombinált ciklusú gázerőmű, az atomenergia, a szélenergia és a fotovoltaikus energia.

Forrás: How long does innovation and commercialisation in the energy sectors take? Historical case studies of the timescale from invention to widespread commercialisation in energy supply and end use technology (Gross et al.)

A kiindulási pont minden technológia esetében az első sikeres laboratóriumi teszt éve (TRL 3), a piacra jutás pedig az az év, amikor a vizsgált piacon először került kereskedelmi forgalomba az adott termék. A széleskörű elterjedés definícióját a kutatók úgy határozták meg, hogy megnézték, melyik évben érte el először az adott termék a valaha volt legnagyobb piaci részesedésének 20%-át. Azoknál a termékeknél, amelyek piaca még mindig nő, ott az éppen aktuális elterjedtségének 20%-át vették alapul. Minden technológia esetében azt az országot vizsgálták, amelyik az első vezető piac volt a technológia adaptációjában, ha ilyen nem volt, akkor globális léptékben vizsgálódtak.

A napelemek esetében így például a feltalálás éve 1954 volt, amikor a Bell Laboratories munkatársai a világon elsőként készítettek szilícium alapú napelemes cellát. A piacra jutás éve 1991, amikor Németországban az 1000 Háztető Programnak köszönhetően beindult a napelemek telepítése (1991 és 1995 között összesen 5,3 MW-ot telepítettek). A széleskörű elterjedés éve 2009 lett, mivel a napelemek beépített kapacitása ekkor 7,9 GW-nál járt, a tanulmányban figyelembe vett 2015-ös kapacitás pedig 39 GW volt.

A széleskörű elterjedés definíciója meglehetősen szubjektív, sok különböző lehetőség adódik a meghatározására, és a cikkünk témája nem is erre irányul, így ezzel a továbbiakban nem foglalkozunk.

A 13 technológia esetében 5 és 37 év között szóródott a piacra lépéshez szükséges idő, a medián 18 év, az egyes kategóriák között azonban eltérés figyelhető meg. A helyettesítő termékek kerültek leghamarabb a boltok polcaira, a medián itt 10 év, a teljesen új technológiáknak ez tovább tartott (a medián 21 év), a leglassabban pedig az energiatermelő technológiák váltak megvásárolhatóvá (a medián 24 év).

A tanulmány elkészítésével a kutatók szerettek volna a dekarbonizációs célok eléréséhez néhány olyan támpontot nyújtani, amit a döntéshozók felhasználhatnak a szabályozási feladataik ellátása során. A szerzők meglátása szerint ugyanis fontos tisztában lenni azzal, hogy a még kezdeti fázisban lévő technológiák nem feltétlenül lesznek kellő időben bevethetőek a klímaváltozás elleni harcban, amire figyelemmel kell lenni a prioritások meghatározása során.

Számunkra pedig az a tanulság, hogy bár vannak olyan technológiák, amelyek néhány év alatt a piacra kerülnek, de a főszabály mégis inkább az, hogy ez bizony 1-2 évtizedig is el szokott tartani, hiszen a medián 18 év. Nem érdemes tehát egy felfedezést leírni addig, amíg legalább 20 év el nem telt. Egy ma feltűnő új technológiát jó eséllyel már az ezredforduló idején elkezdtek fejleszteni, ha pedig ma olvasunk egy újabb laboratóriumi áttörésről, az könnyen lehet, hogy 2040-re fog csak materializálódni.

A modern, lítiumon alapuló szilárdtest akkumulátorokat a 90-es években kezdték el fejleszteni (TRL 3), a Bolloré szilárdtest akkumulátort használó autója pedig 2012-ben lépett a piacra. A kutatások természetesen az ezredforduló után is tovább folytatódtak, de csak a 2010-es években váltak igazán intenzívvé, a mezőny az elmúlt 5-10 évben vált valóban sokszereplőssé. Ha itt is a 20 éves szabályt alkalmazzuk, akkor a következő években folyamatosan jelenhetnek meg szilárdtest akkumulátort felhasználó járművek a piacon, ám a széleskörű elterjedésükre, és az igazán jó termékekre akár a 2030-as évekig is várnunk kell.

Ebből az időbeli eltolódásból adódhat az a fals érzés, hogy a technológiai fejlődés megállt, hiszen az új fejlesztések látszólag nem haladnak sehova, majd amikor mégis megjelennek az életünkben, akkor csak legyintünk: „Ebben nincs semmi új, már húsz éve is olvastam róla”.

A nátrium-ion akkumulátor lehet a jövő megoldása?

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.