Stanley Whittingham конципирал литиум-јонски батерии во доцните 1970-ти, за што ја добил Нобеловата награда.
На почетокот на 2010. година, на патиштата низ светот можевте да најдете околу 17.000 електрични возила. Денес ги има повеќе од 10 милиони, а до 2030. година се очекуваат дури 125 милиони. Американскиот General Motors објави дека планира целосно да го прекине производството на автомобили со гориво до 2035. година, а Audi планира да го стори истото до 2033. година.
Според истражувањето на BloombergNEF, половина од сите продадени автомобили во 2035. година ќе бидат електрични. Така, стана јасно дека производството на електрични автомобили ќе стане масовно, а како последица на тоа, пазарот на батерии се соочува со деценија зголемена побарувачка, што систематски влијае на нивната цена. Така, литиум-јонските батерии во 2010. година чинеле околу 1.100 долари kWh, а денес чинат 89% помалку.
За предизвиците на производството на литиум-јонски батерии и како тие ќе влијаат на иднината на мобилноста, разговаравме со проф. д-р Хрвоје Панџиќ, раководител на Институтот за висок напон и енергетика при FER во Загреб.
Првите електрични возила неславно пропаднале
Пред да нѝ објасни што се случува на пазарот на литиум-јонски батерии денес, професорот Панџиќ нѝ дава интересен хронолошки преглед на развојот на електричните автомобили. Имено, електричните возила досега имаа три големи подеми. Првите возила се појавуваат во средината на 19. век, кога користеле примарни, односно батерии за еднократна употреба и кои не се полнат на база на цинк.
„Многу брзо, веќе во втората половина на 19. век, првенствено благодарение на Gaston Planté, почнаа да се користат секундарни, оловни батерии што се полнат. Возилата со батерии се развиваат паралелно во Германија, Франција, Белгија, Обединетото Кралство и САД. Историјата го запишува електричното возило на Белгиецот Camille Jenatzy како прво копнено возило кое во 1899. година постигнало брзина поголема од 100 км/ч“, вели Панџиќ.
Најголемото производство на електрични возила е достигнато во 1912. година, но поради краткиот домет, падот на цените на нафтата, електричните возила целосно изумреле околу 1920. година, освен возилата за специјална намена, како што се голф возилата.
„Неколку децении подоцна, со напредокот на енергетската електроника, подобрувањето на микроконтролерите и зголемувањето на волуменската густина на батериите, електричните возила почнале да се појавуваат кон крајот на 1960-тите на минатиот век. Меѓутоа, повторно поради падот на цената на нафтата во раните 1990-ти, малиот домет во споредба со моторите со внатрешно согорување и цените, електричните возила не успеваат да се пробијат и донекаде стагнираат“, објаснува Панџиќ.
Така, биле уништени речиси сите EV1 произведени од General Motors, кој важеше за првото модерно електрично возило. Првите примероци сè уште користеле оловно-киселински батерии, а подоцна користеле батерии NiMH или никел-метал хидрид. И ова возило, објаснува Панџиќ, неславно пропаднало.
Нобелова награда за литиум-јонски батерии
Третиот обид за електрични возила се случува со комерцијализацијата на литиум-јонските батерии. Stanley Whittingham конципирал литиум-јонски батерии во доцните 1970-ти, за што ја добил Нобеловата награда за 2019. година. Литиум-јонските батерии имаат висока енергетска густина и можат да вршат илјадници циклуси на полнење и празнење во текот на целиот животен век, овозможувајќи му на пакетот батерии да трае во стандардните автомобили.
„Треба да се забележи дека има многу подтехнологии на литиум-јонски батерии. Литиум-јонските батерии првенствено се разликуваат по материјалот на позитивната електрода, така што денес се среќаваме со литиум кобалт оксид (LCO), литиум манган оксид (LMO), литиум никел манган кобалт оксид (NMC), литиум никел кобалт алуминиум оксид (NCA), Lithium Iron Fos (LFP)“, вели Панџиќ и додава:
„Најмалата градежна единица на батеријата е ќелија на батеријата, односно ќелија, чиешто сериско или паралелно поврзување го зголемува напонот или капацитетот на батеријата. Повеќето батерии за електрични возила се изградени од цилиндрични, батериски ќелии само малку поголеми од ќелиите на батериите што ги користиме во далечинските управувачи, т.н. АА батерии. На пример, Tesla Model S користи нешто повеќе од седум илјади такви ќелии.
Возилата мора да имаат еколошка смисла
Во иднина во која повеќето возила се електрични, клучно ќе биде електричната енергија за нивно полнење да се добива од обновливи (чисти) извори на енергија. Ова е нешто кон што се стремат сите развиени земји, вели Панџиќ. Според извештајот на Меѓународната агенција за обновлива енергија (IRENA), во текот на 2020. година, повеќе од 80% од новоизградените електрани се оние на обновливи извори на енергија.
„Електроенергетскиот систем е најголемиот и најважниот систем дизајниран од човекот и од кој сите ние постојано зависиме. И покрај неговата сложеност, електроенергетскиот систем можеме да го сведеме на една од најважните карактеристики – потрошувачката и производството на електрична енергија мора да бидат во рамнотежа во секое време“, објаснува Панџиќ.
„Досега потрошувачката била пасивна и се однесувала по случај, што значи дека секој го вклучува и исклучува светлото или клима уредот по своја желба и потреби без никакви ограничувања. Електраните се прилагодиле на ова производство на нешто повеќе или помалку електрична енергија за да се балансира потрошувачката. Сепак, сè повеќе електрани не се толку податливи, на пример, електраната на ветер не може да го зголеми производството ако нема ветер. Затоа нѝ требаат потрошувачи на електрична енергија со кои може да се управува.
Токму тоа го нудат електричните возила, односно нивните батерии, додека се приклучени на станицата за полнење. Во случај на прекин на електричната енергија во системот, моќта на полнење на електричното возило може да се намали, особено во текот на ноќта кога нема потреба од брзо полнење на електричното возило. Затоа, верувам дека успехот на модерните електрични возила е предодреден не само поради мобилноста, туку произлегува и од комплементарноста на современите електроенергетски системи“, вели Панџиќ.
Инфраструктурата е клучна
Транспортот сочинува околу 30% од емисиите на јаглерод диоксид во ЕУ, од кои 72% е патен транспорт, според студијата на Европскиот парламент. Животната средина е само една од многуте причини зошто иднината на мобилноста ќе биде електрична. Но, за целосно да се реализира ова сценарио треба да се прилагоди и инфраструктурата. Електромобилноста е важен дел од енергетската транзиција на Европската унија во транспортниот сектор, но и дел од развојната стратегија на HEP до 2030. година, која е комплементарна со Европскиот зелен план.
Мрежата на бензински пумпи на HEP, формирана под брендот ELEN, моментално вклучува 300 бензински пумпи, кои го покриваат градот Загреб, како и сите 20 окрузи, и покриваат автопати и други важни патни правци во Хрватска, центрите на градовите и туристичките дестинации, вклучувајќи неколку острови. Сите станици за полнење HEP се мултистандардни и може да се користат за полнење на постоечки модели на електрични возила.
За корисниците на станиците за полнење ELEN, HEP креирал мобилна апликација која е достапна на услугите на Google Play и iStore, а на која можете да ги видите локациите за полнење, достапните врски и да започнете со полнење. Користењето на бензинските станици на ELEN е сè уште бесплатно, а HEP моментално ги тестира сите опции за услуги на крајниот корисник, вклучувајќи ги и самите модели за наплата, со цел да ја комерцијализира услугата за полнење откако ќе бидат исполнети сите законски и технички услови.
Литиумот не е профитабилен за рециклирање
Масовното производство на електрични возила подразбира масовно производство на литиум-јонски батерии, што пак носи одредени предизвици. Така, се проценува дека имаме доволно литиум (21 милион тони) на Земјата за да ги покриеме потребите на електричните возила во следниот век, но истото не важи и за потребниот никел и кобалт. Две третини од светскиот кобалт се наоѓа во Конго, каде што често го ископуваат деца. Затоа, се прават напори да се намали зависноста од кобалт, па од 2019. година има видлив пад на уделот на батериите со висока содржина на кобалт, а се очекува и зголемена експлоатација на никел.
„Од друга страна, за експлоатација на литиум во Чиле од саламура се потребни големи количини вода, што има негативни последици за локалното население. Екстракцијата на никел е исто така штетна бидејќи во природните руди се јавува во многу мали проценти, само 1-2%, што резултира со многу енергетски интензивен процес на ископ и преработка. Затоа, како и во сите други производствени процеси, клучна е кружната економија, односно рециклирањето на сите материјали од искористените батерии“, вели Панџиќ.
Комерцијално достапните процеси се фокусираат на рециклирање на кобалт и никел. За повторна употреба во електроди, материјалот мора да се прочисти до доволно висок степен на квалитет, а потоа да се ресинтетизира. Сепак, вели Панџиќ, рециклираниот материјал може да се користи за апликации со пониски барања за квалитет и чистота.
„Литиумот не е профитабилен за рециклирање бидејќи суровината е многу евтина. Пред глобалниот раст, цената на сите метали поради брзото закрепнување на економијата по кризата со Ковид-19 беше околу 10 УСД/кг, а денес е речиси 30 УСД/кг. Од друга страна, кобалтот е профитабилен за рециклирање бидејќи неговата цена е повисока од 40 американски долари/кг дури и пред глобалниот пораст на сите суровини. Парадоксот е што поевтините материјали имаат многу предности, пред сѐ поевтина крајна цена на батеријата, но го спречуваат развојот на процесот на нивно рециклирање. Доколку цените на суровините се ниски, најверојатно ќе бидат потребни мерки како што се проширена одговорност на производителот или разни стимулации за понатамошен краткорочен развој на погоните за рециклирање“, предвидува Панџиќ.
Кина е лидер на пазарот
Литиум-јонските батерии најчесто се произведуваат за автомобилската индустрија, каде што производителите нарачуваат десетици илјади идентични батерии. Поради економиите на обем, објаснува Панџиќ, цената на ваквите батерии е значително поевтина отколку во некои други примери.
Најважниот производител на литиум-јонски батерии во светот е Кина, каде што се и најмногу рециклираат. На пример, Brunp од Кина е најголемата светска компанија за рециклирање батерии, додека најголемата во Европа е Valdi. Бевме заинтересирани за општите можности за производство или рециклирање на литиум-јонски батерии во Хрватска.
„Тешко е да се очекува производство на батериски ќелии во Хрватска, но искрено се надевам дека најавата на Sunceco за изградба на фабрика за литиум-јонски ќелии во Сисак ќе ме демантира. Сигурно може да се очекуваат производители на батерии. Постојат голем број на компании кои произведуваат батерии во мали серии. Пример е компанијата Rasco, чијшто чистач Lynx Charge неодамна беше претставен“, вели Панџиќ.
Во моментов, на пазарот континуирано се работи на изнаоѓање нови материјали за додавање на литиум-јонските батерии што ќе овозможат поголема енергетска густина, помала деградација или подобрување на некои други карактеристики, со задржување или дополнително намалување на трошоците за производство.
