экодом, зеленые решения

green_life


Зеленые решения для всей семьи. Green Life


Previous Entry Share Next Entry
Будущее энергетики за аккумуляторами. Но какой может быть цена перехода для планеты?
экодом, зеленые решения
green_life
Технологии сбережения энергии быстро стают новым фронтом борьбы в революции зеленой энергетики.



На прошлой неделе Китай присоединился к Великобритании, Франции, Индии и Норвегии, огласив свои планы отказаться от бензиновых и дизельных автомобилей, сменив их на электромобили. В то же время, стремительный рост солнечной и других видов чистой энергетики потребует технологии накопления энергии для использования в промышленных масштабах. Ожидается, что эти тренды позволят нарастить производство литий-ионных аккумуляторов от сегодняшних 30 ГВт*ч в год до 200 ГВт*ч в год на протяжении нескольких следующих нескольких лет.

В отрасли уже поднимаются вопросы, имеем ли мы достаточно сырья для обеспечения этого растущего спроса на аккумуляторы — и насколько эти материалы экологичны.

Технология

Литий-ионные батареи удивительны тем, что та же базовая технология может быть использована для многих приложений: медицинские приборы, мобильные телефоны, компьютеры, электроинструменты, дроны, электромобили, автобусы, баржи, самолеты, хранение энергии в автономных системах и микросетях.

Чтобы подходить для многих задач, литий-ионные аккумуляторы разнятся в форме и размерах. Одиночная призматическая батарейка используется в наших смартфонах, а тысячи цилиндрических аккумуляторов формата 7104 складываются в 85-киловаттную батарею Tesla Model S. Сегодня более миллиарда аккумуляторов производятся каждый год только для сектора пользовательской электроники. Именно наша любовь гаджетов привела к увеличению производства, экономике масштаба, и более чем трехкратном снижении стоимости литий-ионных аккумуляторов за последние 5 лет.


Глобальный спрос на литий-ионные аккумуляторы вырастет более чем вдвое до 2025 года. График: Deutsche Bank

Важность кобальта

Хотя экологичность лития часто обсуждается, кобальт получает намного меньше внимания. Не смотря на это, с 1991 года, когда Sony коммерциализировала литий-ионные аккумуляторы какими мы их теперь знаем, весь сектор накопления энергии зависит именно от этого элемента. Смартфон содержит 1 гр лития и 8 гр кобальта. В таких аккумуляторах кобальт можно найти в виде оксидов, нанесенных на позитивные электроды в ячейках. От этих соединений зависит качество работы всей батареи. Они определяют, сколько лития может храниться в данной массе и объеме, что напрямую влияет на энергетическую плотность.

Сегодня рынок литий-ионных батарей использует около 40% всего добытого кобальта в мире. Но электромобиль требует около 10 кг кобальта, в 1000 раз больше, чем смартфон. С разворачивающимся внедрением электромобилей и растущей долей возобновляемой энергетики (сонца и ветра), объемы кобальта, нужные для производства аккумуляторов вырастут драматически в ближайшие годы.

Большинство кобальта добывается районах Замбии и Демократической Республики Конго. Два года назад Amnesty International опубликовала доклад, который поднял вопрос об использовании детского труда в кобальтовых шахтах. Несмотря на некоторые меры, эксперты приходят к выводу, что “грязный” кобальт все же находит путь к нашим устройствам.

Если бы соединения с кобальтом можно было заменить, это бы уже давно сделали по экономическим причинам. По сравнению с другими переходными металлами — никелем, марганцем, железом — он самый дорогой. Несмотря на это, практически все материалы в катодах аккумуляторов содержат кобальт. Главная проблема — найти материал на замену, который сможет обеспечивать те же тысячи циклов разряда-заряда.

Во время зарядки, атомы лития выделяются из одних и связываются с другими материалами, что приводит к смене их размеров. Со временем такая циклическая смена структуры приводит к деградации аккумулятора. Литий-кобальт-оксид является одной из наиболее стойких структур к такой деградации, потому что атомы кобальта и кислорода прочно соединяются и формируют слой, по которому атомы лития могут передвигаться.
Полная замена на литий-никель-оксиды или литий-манган-оксиды дает нестабильные аккумуляторы, но частичная безопасная замена кобальта все таки возможна. Литий-никель-манган-кобальт оксиды, например, используются в батареях для телефонов, а литий-никель-кобальт-алюминий оксиды в автомобилях Тесла.

Эти “заменяющие” металлы привлекают много внимания исследователей и бизнеса. Они не только снижают количество необходимого кобальта в 3-5 раз, что ведет к снижению стоимости. Но замена кобальта на никель значительно увеличивает энергетическую плотность батарей. Ожидается, что до 2025 года только 20% аккумуляторов будут использовать чистый оксид кобальта.

Переработка

Если мы думаем о том, как сделать производство аккумуляторов более экологичным, переработка — вполне логичный ход мыслей. В Соединенных Штатах 99% свинцовых батареек собирают и перерабатывают. Но утилизация литий-ионных батарей немного сложнее. Из-за нескольких типов форм-факторов и использования разных материалов — которые иногда даже не указывают на упаковке — подходы к их переработке ограничены, и часто требуют ручного труда. Некоторые заводы используют пирометаллургию, когда все аккумуляторы переплавляются. Сплав кобальта, никеля, и меди потом перерабатывают в чистые металлы или прекурсоры для новых материалов для батарей вроде карбоната кобальта.

Объемы переработки увеличиваются, и они должны уменьшить количество добываемого кобальта. Среди людей растет понимание необходимости переработки литиевых батарей, да и правительственное регулирование должно ужесточиться. В любом случае, большое количество автомобильных аккумуляторов должно помочь переработке, потому что они стандартизованы и их жизненный цикл легче контролировать.

Если взять во внимание количество дорогого кобальта в аккумуляторах, их переработка может стать миллиардной индустрией до 2025 года. Хотя прибыльность здесь будет зависеть от доли кобальта в них, и от высоких цен на сырье.

За следующие 10 лет мы увидим рост доступности кобальта на рынке. Самые богатые руды сегодня содержат только часть процента этого металла. Но много богатых пород находятся на океанском дне. Права на добычу этих пород выдает Международный орган по морскому дну ООН, и технологии по добыче с глубины более 4 км развиваются.
Начало добычи этих ресурсов могут снять опасения промышленности о стоимости и поставках кобальта. Но оно также поднимает вопрос об экологическом следе его добычи, а также может ослабить инновации в новых материалах и переработке.

Путь вперед

Нам нужно начать обсуждение будущего литий-ионных аккумуляторов, и разработать план того, как множество игроков этого рынка — компании по добыче, изготовители материалов, батарей, оборудования, автоиндустрия, ученые, правительства и потребители — смогут вместе работать над устойчивостью самой популярной технологии хранения энергии.

По материалам: https://rodovid.me/energy/buduschee-energetiki-za-akkumulyatorami-no-kakoy-mozhet-byt-cena-perehoda-dlya-planety.html

?

Log in

No account? Create an account