Kako će baterije budućnosti utjecati na tržište električnih automobila? Razgovarali smo s profesorom s FER-a

Početkom 2010. godine na prometnicama diljem svijeta mogli ste zateći oko 17.000 električnih vozila. Danas ih je više od 10 milijuna, a do 2030. godine očekuje ih se čak 125 milijuna. Iz američkog General Motorsa najavili su da do 2035. godine planiraju u potpunosti zaustaviti proizvodnju automobila na gorivo, a isto planira učiniti i Audi do 2033. godine.

Prema istraživanju BloombergNEF-a, polovica svih prodanih automobila 2035. godine bit će električna. Tako je postalo jasno da će proizvodnja električnih automobila postati masovna, a kao posljedica toga pred tržištem baterija je desetljeće povećane potražnje, koja je sustavno utjecala i na njihovu cijenu. Tako su litij-ionske baterije 2010. godine koštale oko 1.100 dolara kWh, a danas koštaju 89 posto manje.

O tome koji su izazovi proizvodnje litij-ionskih baterija i kako će one utjecati na budućnost mobilnosti, razgovarali smo s prof. dr. sc. Hrvojem Pandžićem, predstojnikom Zavoda za visoki napon i energetiku na zagrebačkom FER-u.

Prva električna vozila su neslavno propala

Prije nego nam objasni što se danas događa na tržištu litij-ionskih baterija, profesor Pandžić nam daje zanimljiv kronološki pregled razvoja električnih automobila. Naime, električna vozila su do sada imala tri velika uspona. Prva vozila javljaju se još sredinom 19. stoljeća, kad su koristile primarne, odnosno jednokratne i nepunjive baterije temeljene na cinku.

“Vrlo brzo, već u drugoj polovici 19. stoljeća, prvenstveno zaslugom Gaston Plantéa, počinju se koristiti sekundarne, punjive, olovne baterije. Paralelno se razvijaju baterijska vozila u Njemačkoj, Francuskoj, Belgiji, Velikoj Britaniji te SAD-u. Povijest bilježi električno vozilo Belgijca Camille Jenatzyja kao prvo kopneno vozilo koje je postiglo brzinu veću od 100 km/h još 1899. godine” govori Pandžić.

Vrhunac proizvodnje električnih vozila dosegnut je 1912. godine, no zbog kratkog dometa, pada cijena nafte te cijene, električna vozila u potpunosti izumiru oko 1920. godine, osim vozila za posebne namjene, poput golf vozila.

“Nekoliko desetljeća kasnije, napretkom energetske elektronike, usavršavanjem mikrokontrolera i povećanjem volumne gustoće baterija, električna vozila se počinju javljati krajem 60-ih godina prošlog stoljeća. Međutim, opet zbog pada cijena nafte početkom 90-ih godina, malim dosegom u odnosu na motore s unutarnjim izgaranjem i cijene, električna vozila se ne uspijevaju probiti te pomalo zamiru”, objašnjava Pandžić.

Tako su uništeni gotovo svi proizvedeni primjerci EV1 u proizvodnji General Motorsa, koji se smatrao prvim modernim električnim vozilom. Prvi primjerci koristili su i dalje olovne baterije, a kasniji su koristili NiMH, odnosno nikal-metal-hidrid baterije. I ovo je vozilo, objašnjava Pandžić, neslavno propalo.

Nobelova nagrada za litij-ionske baterije

Treći pokušaj električnih vozila javlja se komercijalizacijom litij-ionskih baterija. Stanley Whittingham koncipirao je litij-ionske baterije još krajem 70-ih godina prošlog stoljeća, za što je dobio Nobelovu nagradu 2019. godine. Litij-ionske baterije imaju visoku gustoću energije i mogu tijekom životnog vijeka odraditi više tisuća ciklusa punjenja i pražnjenja, što omogućuje trajnost baterijskog paketa u standardnim automobilima.

“Valja napomenuti kako postoji mnoštvo podtehnologija litij-ionskih baterija. Litij-ionske baterije prvenstveno se razlikuju prema materijalu izrade pozitivne elektrode pa danas susrećemo Litij kobalt oksid (LCO), Litij mangan oksid (LMO), Litij nikal mangan kobalt oksid (NMC), Litij nikal kobalt aluminij oksid (NCA), Litij željezo fosfat (LFP)”, govori Pandžić i dodaje:

“Najmanja gradivna jedinica baterije je baterijski članak, odnosno ćelija, čijim se serijskim ili paralelnim spajanjem povećava napon ili kapacitet baterije. Većina baterija električnih vozila građene su od cilindričnih, valjkastih, baterijskih članaka tek nešto većih od baterijskih članaka koje koristimo u daljinskim upravljačima, tzv. AA baterije. Primjerice, Tesla Model S koristi nešto više od sedam tisuća takvih članaka.”

Vozila moraju imati ekološkog smisla

U budućnosti u kojoj su većina vozila električna, presudno će biti da se električna energija za njihovo punjenje dobiva iz obnovljivih (čistih) izvora energije. To je nešto čemu teže sve razvijene zemlje, govori Pandžić. Prema izvješću Međunarodne agencije za obnovljive izvore energije (IRENA), tijekom 2020. godine je više od 80 posto novoizgrađenih elektrana onih na obnovljive izvore energije.

“Elektroenergetski sustav je najveći i najvažniji sustav koji je čovjek osmislio i o kojem svi kontinuirano ovisimo. Unatoč svojoj kompleksnosti, elektroenergetski sustav možemo svesti na jednu najbitniju značajku – potrošnja i proizvodnja električne energije u svakom trenutku moraju biti u ravnoteži”, objašnjava Pandžić.

“Do sada je potrošnja bila pasivna i ponašala se nasumično, što znači da svatko pali i gasi svjetlo ili klima uređaj prema vlastitim željama i potrebama bez ikakvih ograničenja. Elektrane su se tome prilagođavale proizvodeći nešto više ili manje električne energije kako bi uravnotežile potrošnju. Međutim, sve više elektrana nije toliko upravljivo, primjerice, vjetroelektrana ne može povećati proizvodnju ako nema vjetra. Zbog toga su nam potrebni potrošači električne energije kojima se može upravljati.

Upravo to nude električna vozila, odnosno njihove baterije, dok su priključene na punionicu. U slučaju manjka energije u sustavu, može se smanjiti snaga punjenja električnog vozila, osobito tijekom noći kada nema potrebe za brzim punjenjem električnog vozila. Stoga smatram da je uspjeh modernih električnih vozila predodređen ne samo zbog mobilnosti, već proizlazi i iz komplementarnosti modernih elektroenergetskih sustava”, govori Pandžić.

Presudna je infrastruktura

Prijevoz je zaslužan za oko 30 posto emisije ugljičnog dioksida u Europskoj uniji, od čega 72 posto otpada na cestovni promet, tvrdi istraživanje Europskog parlamenta. Okoliš je samo jedan od mnoštva razloga zašto će budućnost mobilnosti biti električna. No kako bi se u potpunosti realizirao taj scenarij, potrebno je prilagoditi i infrastrukturu. Elektromobilnost je važan dio energetske tranzicije Europske unije u sektoru prometa, ali i dio HEP-ove strategije razvoja do 2030. godine, koja je komplementarna Europskom zelenom planu.

HEP-ova mreža punionica, postavljena pod brendom ELEN, u ovom trenutku obuhvaća 300 punionica, koje se prostiru na području Grada Zagreba, kao i svih 20 županija te pokriva autoceste i druge važne cestovne pravce u Hrvatskoj, gradska središta i turistička odredišta, uključujući i nekoliko otoka. Sve HEP-ove punionice su multistandardne i na njima se mogu puniti postojeći modeli električnih vozila.

Za korisnike ELEN punionica HEP je kreirao mobilnu aplikaciju koja je dostupna na servisima Google Play i iStore, i na kojoj se mogu vidjeti lokacije punjenja, dostupni priključci te započeti punjenje. Korištenje ELEN punionica još se uvijek ne naplaćuje, a HEP u ovom trenutku provodi testiranja svih mogućnosti usluge krajnjem korisniku, pa tako i samih modela naplate, s ciljem komercijalizacije usluge punjenja nakon što se ostvare svi pravni i tehnički uvjeti.

Litij nije isplativo reciklirati

Masovna proizvodnja električnih vozila podrazumijeva i masovnu proizvodnju litij-ionskih baterija, što pak za sobom donosi i neke izazove. Tako se procjenjuje da na Zemlji imamo dovoljno litija (21 milijuna tona) da pokrijemo potrebe električnih vozila u sljedećem stoljeću, no isto ne vrijedi i za potrebni nikal i kobalt. Dvije trećine kobalta u svijetu nalazi se u Kongu, gdje ga često rudare djeca. Stoga se nastoji smanjiti ovisnost o kobaltu pa je od 2019. godine vidljiv pad udjela baterija s visokim udjelom kobalta, a očekuje se povećana eksplotacija nikla.

“S druge strane, eksploatacija litija u Čileu iz salamure zahtijeva velike količine vode, što ima negativne posljedice na lokalno stanovništvo. Ekstrakcija nikla također je štetna jer u prirodnim rudama dolazi u jako malim postocima, svega 1-2%, što rezultira energetski vrlo intenzivnim procesom rudarenja i prerade. Stoga je, kao i u svim ostalim proizvodnim procesima, ključna kružna ekonomija, odnosno recikliranje svih materijala iz potrošenih baterija”, govori Pandžić.

Komercijalno dostupni procesi se fokusiraju na recikliranje kobalta i nikla. Za ponovno korištenje u elektrodama, materijal mora biti pročišćen u dovoljno visokom stupnju kvalitete te tada resintetiziran. Međutim, govori Pandžić, reciklirani se materijal može koristiti za primjene s nižim zahtjevima stupnja kvalitete i čistoće.

“Litij nije isplativo reciklirati jer je sirovina vrlo jeftina. Prije globalnog rasta cijena svih metala uslijed strelovitog oporavka ekonomije nakon Covid-19 krize iznosila je oko 10 USD/kg, a danas je gotovo 30 USD/kg. S druge strane, kobalt je isplativo reciklirati jer je njegova cijena i prije globalnog porasta svih sirovina bila viša od 40 USD/kg. Paradoks je da jeftiniji materijali imaju mnoštvo prednosti, prvenstveno jeftiniju konačnu cijenu baterije, ali sprječavaju razvoj procesa recikliranja istih. Budu li cijene sirovina niske, mjere poput produžene odgovornosti proizvođača ili razni poticaji će vrlo vjerojatno biti potrebni za daljnji kratkoročni razvoj reciklažnih postrojenja”, predviđa Pandžić.

Kina je vodeći igrač na tržištu

Litij-ionske baterije najviše se proizvode za automobilsku industriju, u kojoj proizvođači naručuju po nekoliko desetaka tisuća identičnih baterija. Zbog ekonomije razmjera, objašnjava Pandžić, cijena takvih baterija znatno je jeftinija nego u nekim drugim primjerima.

Najvažniji proizvođač litij-ionskih baterija u svijetu je Kina, gdje ih se ujedno najviše i reciklira. Primjerice, tvrtka Brunp iz Kine najveća je svjetska kompanija za reciklažu baterija, dok je u Europi najveći francuski Valdi. Zanimalo nas je kakve su uopće prilike za proizvodnju ili reciklažu litij-ionskih baterija kod nas.

“U Hrvatskoj je teško za očekivati proizvodnju samih baterijskih članaka, no iskreno se nadam da će me najava tvrtke Sunceco o gradnji tvornice litij-ionskih članaka u Sisku demantirati. Svakako se mogu očekivati proizvođači baterija. Postoji veći broj tvrtki koje proizvode baterije u malim serijama. Primjer je tvrtka Rasco, čija je čistilica Lynx Charge nedavno predstavljena” govori Pandžić.

Trenutno se na tržištu kontinuirano radi na pronalasku novih materijala za dodavanje u litij-ionske baterije koji bi omogućili veću energetsku gustoću, manju degradaciju ili poboljšanje nekih drugih značajki, uz zadržavanje ili dodatne snižavanje troška proizvodnje.

Sadržaj nastao u suradnji s HEP-om.