Světové automobilky se předhánějí v investicích do výroby akumulátorů, protože jsou limitujícím faktorem rozvoje e-mobility. Stavějí se megatovárny na jejich výrobu, investuje se do technologií na recyklaci a hledají se i nové technologie.
Celkový počet elektromobilů na světových silnicích dosáhl počtu 16,5 milionu, což je trojnásobek množství v roce 2018. Elektromobily překonaly v loňském roce 10 % celosvětového prodeje vozidel a jsou na dobré cestě do konce tohoto desetiletí dosáhnout podílu 30 %. Politici na celém světě však chtějí tento růst urychlit. Americká legislativa pumpuje miliardy do výroby baterií a pobídek pro nákup elektromobilů. Evropská unie a několik států v USA schválilo zákaz vozidel s klasickými spalovacími motory od roku 2035.
VW NÁS NAPÍNÁ
Volkswagen si sám vyvíjí a vyrábí klíčové komponenty pro elektromobily. Zároveň spolupracuje s předními světovými dodavateli automobilového průmyslu na úrovni skupiny i značky. Bateriové články přitom v tomto procesu hrají zvláštní roli.
Odhaduje se, že Skupina VW bude do roku 2025 potřebovat přibližně 150 GWh kapacity baterií ročně. Společnost PowerCo, kterou VW založila v červenci 2022, má za úkol urychlit budování globálního obchodu s bateriemi prostřednictvím rychlé expanze do Severní Ameriky. Uvažuje i o vybudování továrny na baterie v Líních u Plzně, ale termín konečného rozhodnutí je zatím nejasný.
Konkrétnější je VW ve Španělsku. Plány tam vstoupily do fáze koupě pozemku. Divize PowerCo je připravena investovat 63 milionů eur do nákupu 130 ha v Saguntu nedaleko Valencie. Tato suma je jen malou částí z deseti miliard eur, které Volkswagen plánuje investovat do celého hodnotového řetězce elektrické mobility ve Španělsku. PowerCo usiluje o kapacitu 40 GWh ročně a plánuje zaměstnat více než 3 000 lidí. Výroba by podle oznámení měla být zahájena v roce 2026.
Sagunt se tak stane druhou gigatovárnou v síti koncernu Volkswagen vedle identické továrny na baterie v německém Salzgitteru.
Volkswagen Group, především prostřednictvím své španělské značky Seat, usiluje o to, aby se země stala významným evropským výrobním centrem pro elektromobily a baterie. Závod na výrobu baterií v Saguntu bude doprovázen závody na výrobu vozidel v Martorellu (nedaleko Barcelony) a Pamploně.
Celkové plány jsou však zatím nejasné, situace se neustále mění. Jednou z logických možností pro stavbu gigatovárny v oblasti Severní Ameriky je např. Kanada. Země nabízí ideální ekonomické podmínky a kanadská vláda se již ukázala jako silný a spolehlivý partner. Trh s elektrickými vozy v Severní Americe je v bodě obratu a VW je odhodlán investovat v celém regionu, aby využil této historické šance.
Skupina Volkswagen a Kanada podepsaly memorandum o porozumění v srpnu 2022.
Také bavorská automobilka BMW chce podle několika zpráv v médiích postavit nový obrovský montážní závod na vysokonapěťové baterie, konkrétně v Irlbachu u Straßkirchenu v okrese Straubing-Bogen. Mohl by mít rozlohu až 160 ha, tedy více než 200 fotbalových hřišť. Dolní Bavorsko je favoritem této zakázky, pro své napojení na důležité dálnice i blízkost ostatních bavorských závodů. Ve Wallersdorfu ve čtvrti Dingolfing-Landau byl velký logistický sklad BMW uveden do provozu teprve před pěti lety.
BASF buduje závod na recyklace baterií ve Schwarzheide © BASF
NE ZCELA EKOLOGICKÁ CESTA K EKOLOGICKÉ DOPRAVĚ
EU se rozhodla vyřadit spalovací motor do roku 2035. Počet elektromobilů se proto v budoucnu prudce zvýší. Jak jsou ale baterie v těchto vozidlech šetrné k životnímu prostředí? A jak lze zlepšit výrobní procesy?
Očekává se, že do roku 2030 bude jezdit v celé EU nejméně 30 milionů elektrických vozidel, z toho asi polovina v Německu. Potřeba baterií pro jejich pohon bude v příštích letech enormní. Většina dnešních elektromobilů je přitom vybavena lithium-iontovými články, jejichž výrobu v současnosti rozhodně nelze označit za ekologickou. Rozhodující část známých zásob lithia se nachází v Jižní Americe, na dně solných pánví. Při extrakci cenného alkalického kovu z nich je potřeba slanou podzemní vodu čerpat z hloubky na povrch, kde po odpaření vody zůstane solná směs s vysokým podílem lithia. K výrobě jednoho kilogramu lithia je však zapotřebí odčerpat až několik set litrů vody. V důsledku toho existují rizika, že hladiny pitné vody v okolí výrobních oblastí budou dlouhodobě výrazně klesat. Existují však metody, které spotřebují podstatně méně vody. Podobně je lithium získáváno také v Kanadě a v Číně.
Naproti tomu v Austrálii, v Asii, v Jižní Africe a také v některých lokacích Severní i Jižní Ameriky se kov netěží ze solanky, ale v podobě rudy, tedy ve velkých dolech. Ovšem ani stávající metody těžby a extrakce lithia z hornin nelze označit za vyloženě ekologické.
VÝZKUM A PRŮMYSL HLEDAJÍ ALTERNATIVU
V klasických lithium-iontových bateriích jsou navíc také další problematické látky, například nikl a kobalt. Sloučeniny niklu bývají toxické a také kobalt může být zdraví nebezpečný. Kromě toho se kobalt těží ve střední Africe za nelidských podmínek. Jedním z nejvýznamnějších vývozců niklu bylo až dosud Rusko.
Výrobci akumulátorových článků však v posledních letech obsah kobaltu v lithium-iontových bateriích výrazně snížili. Někteří již používají dokonce i technologie bez kobaltu a niklu, např. vývojem lithium-železofosfátových baterií, ty však mají nižší energetickou hustotu. Jednotlivé bateriové články, z nichž jsou baterie skládány, tedy dokážou uložit podstatně méně elektřiny než běžné lithium-iontové články.
Na druhou stranu lithium-železofosfátové baterie reagují mnohem lépe v případě poškození, a k jejich ochraně tedy postačí lehčí pouzdro. To do určité míry kompenzuje nevýhody z hlediska hustoty energie.
Nahradit lze ovšem v bateriích i samotné lithium. Sodík-iontová technologie už v tomto ohledu ušly dlouhou cestu. Sodík je levný a dostupný v téměř neomezeném množství, včetně základní složky — mořské soli. Sodík-iontové baterie však mají ještě výrazně nižší kapacitu. Budou tak pravděpodobně využívány především ve stacionárních bateriích, případně snad i v elektroautech, nikoli však v mobilních telefonech a noteboocích.
Tam, kde je důležitá velikost a hmotnost baterie, se výzkumníci obracejí k jiné náhražce lithia: k hořčíku.
NIKL, KOBALT A HOŘČÍK
Skupina Cellforce, společný podnik společností Porsche a Customcells, vybrala společnost BASF jako exkluzivního partnera pro vývoj článků lithium-iontových akumulátorů nové generace. V rámci spolupráce aplikuje BASF v rámci produktové řady HED (high energy density) špičkové katodové aktivní materiály NCM (nickel cobalt manganese), jež přispějí k výrobě článků s vysokou energetickou hustotou a k jejich rychlému nabíjení.
S podporou BASF tak bude skupina Cellforce se sídlem v německém Tübingenu vyrábět výkonné akumulátory. Spuštění provozu plánuje skupina v roce 2024, počáteční roční produkce má činit zařízení pro minimálně 1 000 vozidel s celkovou kapacitou 100 MWh.
Jako přední dodavatel katodových aktivních materiálů má BASF pro tuto spolupráci ideální předpoklady. Kromě výzkumu a vývoje se bude moct opřít o výrobní závody ve finské Harjavaltě a německém Schwarzheide. Odpad ze závodu Cellforce bude recyklovat přímo ve vlastním provozu ve Schwarzheide. Hydrometalurgickým procesem se bude z odpadu získávat lithium, nikl, kobalt a mangan a následně se budou vracet zpět do výrobního procesu. Proti průmyslovým standardům se sníží uhlíková stopa až o 60 %.
DRUHÝ ŽIVOT BATERIÍ
Většina výrobců automobilů dává na své baterie záruku osm let nebo určitý počet najetých kilometrů. Baterie většinou vydrží být funkční podstatně déle, jakmile ale jejich kapacita v automobilu klesne pod hodnotu 70 %, je na místě jejich výměna. To ovšem neznamená, že by nemohly být ještě využitelné jinde. Pro mnoho modulů lze najít další uplatnění v rámci stacionárních úložišť elektřiny např. z fotovoltaických systémů nebo systémů kompenzujících výkyvy v rozvodné síti.
Každý z článků však tak jako tak jednou doslouží a pak bude nutné zajistit jeho recyklaci. V Německu na to již existuje řada systémů a výrobci automobilů chtějí v příštích letech dosáhnout míry recyklace přes 90 %. To je zvláště důležité pro kritické a drahé materiály, jako právě kobalt, nikl a lithium. Recyklované suroviny pro výrobu baterií jsou stejně účinné jako nové, uvádí zpráva společnosti Volkswagen. Odpovídající vysokou míru recyklace předpokládá také nové nařízení EU o bateriích, které má brzy vstoupit v platnost.
Americká firma Redwood Materials je jednou z rostoucího počtu recyklačních společností. Před dvěma lety oznámila plány na výstavbu závodu v Renu v Nevadě © Redwood Materials
RECYKLACE V NEVADĚ
Americká firma Redwood Materials je jednou z rostoucího počtu recyklačních společností, které se snaží poskytnout alternativu ke skládce pro lithium-iontové baterie používané v elektronice a elektrických vozidlech. Už před dvěma lety oznámila své plány na výstavbu nového závodu v Renu v hodnotě 3,5 miliardy dolarů. Očekává se, že továrna vyrobí materiál pro 1 milion lithium-ontových baterií do roku 2025, přičemž do roku 2030 se tento počet zvýší na 5 milionů. Redwood plánuje zahájit výstavbu dalšího zařízení na východě USA ještě v roce 2023.
Kanadská firma Li-Cycle v současnosti provozuje čtyři komerční zařízení, která dokážou dohromady recyklovat asi 30 000 metrických tun baterií ročně, přičemž jsou plánována další tři místa. Další startupy se sídlem v USA, jako je třeba American Battery Technology Company, také oznámily velké komerční testy a připojily se k zavedenému recyklačnímu trhu v Číně a Evropě.
Nové pokroky v procesu recyklace lithium-iontových baterií transformují průmysl a umožňují recyklátorům oddělit a získat dostatek těchto cenných kovů, aby byl proces ekonomický. Recyklace sama o sobě nedostatek materiálu nevyřeší, protože poptávka po kovech převyšuje množství, které se dnes v bateriích používá. Ale díky těmto pokrokům by mohla v nadcházejících desetiletích představovat významnou část nabídky.
Většina recyklačních zařízení pro lithium-iontové baterie využívá soubor chemických procesů nazývaných hydrometalurgie, kdy se materiály v bateriích rozpouštějí a oddělují pomocí řady kyselin a rozpouštědel. Kromě niklu, kobaltu a dalších materiálů, jako je grafit a měď, umožnil nedávný vývoj hydrometalurgii získávat lithium také vysokou rychlostí.
Po určitém dodatečném zpracování mohou být regenerované materiály použity v nových produktech. Zatímco některé materiály, jako jsou plasty, se mohou recyklací časem znehodnotit, vědci zjistili, že kovy získané z baterií fungují stejně dobře jako ty vytěžené pro nabíjení a ukládání energie.
Velký rozmach výroby elektromobilů bude vyžadovat mnohem více drahých kovů, než je v současnosti k dispozici. Do roku 2035 by mohlo být zapotřebí více než 200 nových dolů, které by poskytly dostatek materiálu pouze pro kobalt, lithium a nikl potřebný pro baterie do elektroaut. Produkce lithia bude muset vzrůst 20krát, aby do roku 2050 pokryla poptávku po bateriích pro tato auta.
Recyklace by tedy mohla představovat nový významný zdroj surovin. Celosvětově bylo v roce 2021 více než 600 000 metrických tun recyklovatelných lithium-iontových baterií a souvisejícího výrobního odpadu. Podle poradenské firmy Circular Energy Storage se očekává, že toto číslo do roku 2030 přesáhne 1,6 milionu metrických tun.