Zjawiska elektromobilności i OZE napędzają rozwój magazynowania energii. Magazyny są niezbędne do ustabilizowania systemu elektroenergetycznego w nowych realiach.
Zasoby
Większość litu znajdującego się na świecie posiadają i wydobywają trzy południowoamerykańskie kraje: Boliwia, Chile i Argentyna. Każde z nich inaczej zarządza swoim cennym zasobem. W Argentynie na wysokości około 4000 m n.p.m. wydobywana jest litowa solanka. W stanie Jujuy działa spółka z kapitałem argentyńsko-australijsko-japońskim, która w 2016 roku odpowiadała za 6% światowej produkcji litu (w tym roku jeszcze ją zwiększyła). Lit z tak zwanego „trójkąta litu”, czyli z trzech państw, przy granicy których znajdują się pokłady tego pierwiastka, jest surowcem, dzięki któremu przechowywana jest energia w telefonach komórkowych, samochodach elektrycznych, sieciach energetycznych. Specjaliści przewidują, że do 2025 roku, jeśli nie nastąpi przełom w technologiach magazynowania energii, zapotrzebowanie na ten pierwiastek potroi się. Dlatego inwestycje w „trójkącie litu” stają się coraz bardziej kuszące (na tym terenie znajduje się 54% światowych złóż). Największe zasoby pierwiastka przypadają na Chile i to ten kraj od dziesięcioleci wiedzie prym w produkcji litu. Boliwia zaczęła niedawno eksploatować swoje zasoby. Tuż za krajami Ameryki Południowej plasuje się Australia. Produkcja litu w liczbach wygląda obecnie następująco: Argentyna – 30 050 t, Boliwia – 25 000 t (zadeklarowana sprzedaż), Chile – 76 000 t i Australia – 74 250 t. Najniższe koszty wydobycia ma Argentyna ze względu na ukształtowanie terenu, na którym wydobywany jest pierwiastek. Lit występuje także w Chinach, USA i Kanadzie. Szacuje się, że Chiny posiadają złoża o podobnej wielkości co Chile.
Twórca
94-letni John Goodenough, profesor Uniwersytetu w Austin w Teksasie, sceptycznie podchodzi do zapowiedzi producentów baterii, którzy uważają, że są w stanie w najbliższych latach zacząć produkować baterie litowo-jonowe o większej gęstości (a co za tym idzie mogące być szybciej ładowane i magazynujące więcej energii). Badania nad zastosowaniem szkła w bateriach, opublikowane przez zespół badawczy, w skład którego wchodzi Goodenough, mogą stać się przełomem. John Goodenough związany był z firmą Goodenough, która to w 1980 roku wynalazła katodę litowo-kobaltowo-tlenkową. Katoda ta przyczyniła się do szybkiego rozwoju ogniw litowo-jonowych. Od 1991 roku, kiedy to firma Sony zaczęła na masową skalę sprzedawać tego rodzaju baterie, technologia ta zdominowała rynek urządzeń przenośnych, małych magazynów energii, a dziś zasila także samochody elektryczne (Tesla korzysta z baterii litowo-jonowych). Profesor ma nadzieję, że jego nowa technologia szybko się rozwinie. Baterie, w których polimery zostaną zastąpione szkłem (z zachowaną ruchliwością jonów,) będą bezpieczniejsze, wydajniejsze, odporne na niskie temperatury, a co najważniejsze znacznie tańsze.
Bezpieczeństwo
Konwencjonalne baterie litowo-jonowe potrafią być niebezpieczne. Przypadki eksplozji baterii w telefonach komórkowych czy zapłonów w laptopach, o których przez jakiś czas było głośno, nie są częste, ale trzeba być uważnym. Eksplozja takiej baterii może być efektem dostania się do jej wnętrza tlenu lub przegrzania (jeśli jej pojemność nie została odpowiednio dopasowana do urządzenia, które zasila). Mogą też nastąpić w niej zwarcia. Równie niebezpieczne jest także zbyt szybkie ładowanie. Wyzwaniem staje się zatem zapewnienie bezpieczeństwa na drogach, po których porusza się coraz więcej samochodów elektrycznych. W razie kolizji i zapalenia się akumulatorów służby ratownicze muszą działać inaczej, niż w przypadku kiedy mają do czynienia z pojazdami z napędem spalinowym.
A może grafen?
Grafenowe baterie to technologie przyszłości, na które liczą producenci samochodów, laptopów i telefonów komórkowych. Badania prowadzone nad tą substancją od lat 40. XX wieku doprowadziły parę naukowców z Uniwersytetu w Manchesterze, Andrieja Gejma i Konstantina Nowosiołowa, do otrzymania Nagrody Nobla w 2010 roku. Kolejne lata pokazały, jak wiele zastosowań może mieć grafen, jeśli tylko możliwe będzie łatwe i tanie pozyskiwanie go. Być może przełom właśnie następuje. Zaledwie rok temu chińska firma Dongxu Optoelectronics zaprezentowała podręczny magazyn energii o pojemności 4800 mAh (standardowa bateria smartfona ma 3000 mAh), który można naładować do 100% w 15 minut (w tym czasie bateria litowo-jonowa ładuje się do około 4%). Bateria ta ma wytrzymać 3500 cykli ładowania i rozładowania. To byłby przełom nie tyle dla rynku smartfonów, co dla rynku pojazdów elektrycznych. Polska firma Advanced Graphene Products, która powstała na bazie spin-offu polskich instytutów naukowych, zajmuje się komercjalizacją metody pozyskiwania grafenu o wysokiej jakości z wykorzystaniem matrycy z ciekłego metanu. W 2016 roku uzyskała patent USA na produkcję grafenu. Natomiast procedura jego rejestracji w UE trwa.
Elektromobilność i OZE
Rozwój technologii magazynowania energii napędzają obecnie dwa zjawiska: elektromobilność i OZE. O ile w przypadku elektromobilności wiadomo dlaczego tak się dzieje, OZE nie dla wszystkich są oczywiste. Rozproszone wytwarzanie energii jest dla sieci przesyłowych wyzwaniem. Odpowiedzią na nie jest popularyzacja przydomowych magazynów energii, które po pierwsze wpłyną na stabilizację całego systemu, a po drugie będą zapewniały wytwórcom (prosumentom) dostęp do wytworzonej energii bez potrzeby ponoszenia dodatkowych kosztów. Baterie montowane w samochodach i autobusach elektrycznych to mobilne magazyny energii, które mogą także posłużyć do tego by stabilizować system i oddawać energię, kiedy jest na nią duże zapotrzebowanie oraz pobierać ją w czasie tak zwanej doliny nocnej. Popularyzacja elektromobilności niesie za sobą także krytykę wywołaną wysokimi kosztami budowy baterii oraz degradacją środowiska, która ma miejsce już w momencie pozyskiwania litu. Wielu ekspertów zapewnia, że technologia litowo-jonowa jest dostępna i popularna teraz, ale najbliższe lata przyniosą przełom w produkcji baterii i elektromobilność anno domini 2025 może wyglądać zupełnie inaczej, niż sobie to wyobrażamy.
Dlaczego Polska powinna wejść na drogę transformacji energetycznej? (ANALIZA)
Recykling i upcykling
Na razie problem baterii jako odpadu jest zauważalny, ale nie jest masowy. Za 10-15 lat, kiedy w użyciu będą miliony pojazdów elektrycznych, recykling i upcykling baterii będzie powszechnym problemem. Producenci baterii aktualnie proponują powtórne ich wykorzystanie (kiedy ich wydajność spadnie o 20-30%) jako elementów magazynów energii (zarówno domowych, jak i w obiektach użyteczności publicznej). Procesy związane z odzyskiem metali i pierwiastków z baterii oraz utylizacją odpadów (sklasyfikowanych jako niebezpieczne) są obecnie trudne i kosztowne. Dlatego producenci starają się maksymalnie wydłużyć czas eksploatacji baterii. Proces wytwarzania, użytkowania i recyklingu baterii idealnie opisuje działanie gospodarki o obiegu zamkniętym.
Rewolucja elektromobilności napędza rozwój magazynów energii
Modele biznesowe
Magazynowanie energii to szeroki temat. Dotyczy on zarówno firm pozyskujących pierwiastki chemiczne, z których powstają baterie, jak i największych koncernów energetycznych, motoryzacyjnych, firm elektronicznych, spółek zajmujących się usługami współdzielenia, oferujących usługi bankowe, zajmujących się odzyskiem pierwiastków, a także instytutów badawczych. Modele biznesowe związane z bateriami będą się rozwijać wraz ze zmianami technologii, które się cały czas dokonują. Nie należy jednak mylić pewnych kwestii i oczekiwać, że magazynowanie energii stanie się proste, „czyste i ekologiczne”. Na razie produkcja baterii jest wciąż kosztowna, ale jak widać na przykładzie Tesli koszty spadają. Dziś cena baterii w samochodzie tej marki to, według opracowania McKinsey & Company, 227 $ za kWh. W 2010 roku było to 1000 $. Elon Musk przewiduje, że do 2020 roku koszty te spadną do 100 $ za kWh. W Polsce powstaje fabryka baterii, będąca inwestycją koreańskiego potentata LG Chem, rozpoczęta jesienią 2016 roku. Będzie to największa w Europie fabryka produkująca baterie do samochodów elektrycznych. Inwestycja ma być gotowa już w drugiej połowie tego roku.
Klaster motoryzacyjny w Polsce także dla elektromobilności (RELACJA)
