Медията на скритата истина. За нещата каквито са!

EV батерии – ефективност и рециклиране?

Във вихъра на цялото течение от зелени идеологии и политики маркетингът на обявените за „законосъобразни продукти“ далеч не остава по-назад. В последните десетилетия все повече се разраства индустрията на средства за съхранение на електроенергия в т.ч. литиево-йонните батерии, а с тях се насърчава производството и продажбата на електрически автомобили. Но доколко в действителност всички тези продукти са природосъобразни и икономични и напълно основателни ли са инвестициите в тях? Дали развитието и напредъкът в усъвършенстването на капацитета им са толкова надеждни, колкото се представят?

Периодично на пазара за батерии различни компании производители правят изявления за „пробиви“ на инженерни разработки, които обаче на практика са преувеличени. Според учени, инженери, основатели на стартиращи компании и анализатори използването на думата „пробив“ в контекста на батериите е в най-добрия случай подвеждащо. Такива компании-производители вече са всеобщо считани и за лъжци поради разпространяваната заблуда, че най-новите открития на изследване ще дадат плод в близкото бъдеще. Така счита и самата Шарлот Хамилтън, главен изпълнителен директор и съосновател на стартиращата компания за батерии Conamix. Компанията е основана през 2014 г. и следва технология, която се финансира от рискови капиталисти и IARPA, изследователско подразделение на американската разузнавателна общност.

Колко е голям залогът?

Рисковите капиталисти през 2021 г. са наляли близо 18 милиарда долара в световен мащаб в стартиращи компании, които подкрепят прехода към електрически превозни средства, включително батерии и добив на литий, според PitchBook. През август например, базираният в Китай производител на батерии за електромобили Svolt събра 1,6 милиарда долара в един кръг на финансиране.

Като се имат предвид тези тенденции, лесно се приписват преувеличени твърдения за нови батерии и се наблюдава склонност на технологичната индустрия към хипербола и слава. Типичен пример: изследователи изобретяват подобрение на вид батерия, която отдавна е обещаваща, но никога не е била близо до търговска реализация. Това се превръща в твърдение, че електрически автомобил с пробег от 2000 мили е на една ръка разстояние от пускане на пазара.

„Хората харесват пробивите, но когато изготвяме документацията, се опитваме да избягваме използването на такива думи“, казва Син Ли, изследовател от Харвардския университет, чийто екип наскоро публикува статия за нов вид твърдотелна батерия с по-голям капацитет в научното списание Nature. Същият счита, че през последните 5 години има твърде много „пробиви“ в областта на батериите, но не много от тях могат да бъдат реализирани в търговски продукт.

За този шум обаче се плаща цена – инвеститорите трудно се справят с множеството твърдения, а стартъпите, които са откровени по отношение на резултатите си, могат да загубят.

Десетилетията, изминали от първото комерсиализиране на литиево-йонните батерии през 1991 г., показват, че истинските пробиви в това, което те могат да осигурят, са рядкост.

„Когато стартирахме Tesla през 2003 г., батериите бяха достатъчно добри, но това, което забелязахме, беше, че се подобряваха с около 7% до 8% годишно и продължиха дълго време“, казва Марк Тарпенинг, съосновател на компанията. „Изминаха 19 години и все още не сме имали стъпаловидна промяна в капацитета на батерията – той просто върви със 7% до 8% годишно.“

Причините, поради които напредъкът е по-скоро еволюционен, отколкото революционен, са многобройни, но се свеждат до присъщата сложност на батериите с голям капацитет. Лесно се приемат за даденост, като се има предвид, че се намират в почти всяка техника, която се купува в днешно време. Но на молекулярно ниво това, което се случва в средностатистическата литиево-йонна батерия, е сложна каскада от химични реакции, които се разгъват в една посока когато клетката се зарежда, правят обратното, когато се изпразва, и трябва да повторят процеса безброй пъти.

Очаква се търсенето на литий да изпревари глобалното предлагане, тъй като потребителите все повече преминават към превозни средства, захранвани от батерии. Тъй като Китай в момента е водещ в преработката на жизненоважните суровини, правителството на САЩ се стреми да увеличи вътрешното производство.

На какъв принцип работят литиево-йонните батерии?

Дори презареждането на един iPhone означава да се разкодира ядрото на батерията му, а този процес никога не е перфектен и е основната причина капацитетът дори на най-добрите батерии да намалява с течение на времето.

Много от подходите, които на теория биха могли да удвоят или утроят капацитета на съществуващите батерии, не са успели да проработят след няколко цикъла на зареждане. Най-добър пример за това са литиево-серните батерии, които на хартия биха могли да имат почти 10 пъти по-голям капацитет от сегашните клетки. Единственият проблем е, че ако се изработи такава батерия по същия начин, по който се произвеждат сегашните батерии, тя се разрушава почти напълно само след един или два цикъла на зареждане.

Макар че е лесно да се създаде батерия в лабораторията, която да показва добри резултати по един показател, резултатите се отчитат посредством известна хитрост, споменава г-жа Хамилтън. В тези доклади обикновено се омаловажава фактът, че една батерия в реални условия трябва да се представя добре по поне половин дузина различни показатели, които са от значение за електрическите превозни средства. Сред тях са осигуряване на енергия за ускорение, съхраняване на много енергия на грам тегло, за да се осигури дълъг пробег, издръжливост на хиляди цикли на зареждане и изпразване, работа в широк диапазон от температури и защита от лесно запалване при повреда.

В съществуващата технология за литиево-йонни батерии вече са инвестирани толкова много средства, както и средства за научноизследователска и развойна дейност, че за всеки конкурентен подход е почти невъзможно да навакса изоставането си, освен ако не може да се произвежда по почти същия начин в рамките на съществуващите съоръжения, казва г-н Тарпенинг.

Довеждането до пазара

Комерсиализирането на нови технологии за батерии в мащаба, който изискват производителите на автомобили, може да изисква инвестиции в размер на милиарди долари, които трябва да бъдат възстановени под формата на по-високи първоначални разходи за тези батерии, казва Кори Стюбен, президент на консултантската фирма Munro & Associates, специализирана в автомобилното производство.

Голям проблем при автомобилните батерии е охлаждането на огромните пакети от отделни акумулаторни клетки, които са необходими за автомобила. Това е от решаващо значение както за производителността, така и за безопасността, и представлява значителна част от обема и теглото на тези акумулаторни пакети.

В другия край на спектъра от ползи и рискове са изследователите, които се занимават с нови начини за производство на батерии и разбират как си взаимодействат различните им компоненти. Тъй като технологията на батериите зависи от сложни, многоетапни химични реакции между голям брой вещества, все още не знаем много за това как те работят.

В Харвард екипът на д-р Ли е разработил нов начин за удължаване на живота на твърдотелните батерии. Теоретично това би могло да направи така, че сегашните комбинации от елементи, които се използват в батериите, да дадат продукт с много по-голям капацитет, а впоследствие да се използват в комбинация с други нови химични вещества, като литий-сяра, за да се стигне до някакъв вид „нирвана“ на високопроизводителните батерии.

Но д-р Ли предупреждава, че комерсиализацията на технологията на неговия екип ще отнеме години и пред нея стоят много предизвикателства, да не говорим за неизвестните пречки, които обикновено възникват по дългия път между резултатите от изследванията и разширеното производство.

Резултатът от тези дълги цикли на развитие е, че дори когато „пробивът“ в технологиите на батериите най-накрая се появи на пазара, той може да се равнява само на поредното постепенно увеличаване на капацитета на съществуващите батерии. Но това не е всичко – дори ефективността да се усъвършенства, повод за противоречия е изключително трудното рециклиране на тези така „природосъобразни“ средства. 

Какво се случва след „смъртта“ на литиево-йонните батерии? 

Батерията на Tesla Model S вероятно действително е подвиг на сложното инженерство. Хиляди цилиндрични клетки с компоненти, доставени от цял свят, трансформират лития и електроните в достатъчно енергия, за да задвижи колата на стотици километри, отново и отново, без емисии от ауспуха. 

Но когато батерията свърши живота си, нейните зелени предимства избледняват. Ако попадне на сметище, клетките му могат да отделят проблемни токсини, включително тежки метали. А рециклирането на батерията може да бъде опасен бизнес, предупреждава ученият по химични материали Дана Томпсън от университета в Лестър. Ако се отреже твърде дълбоко в клетка на Tesla или на грешното място, е възможно да се предизвика късо съединение, изгаряне и отделяне на токсични пари.

Това е само един от многото проблеми, пред които са изправени изследователите, включително Томпсън, които се опитват да се справят с възникващия проблем: как да рециклират милионите батерии за електрически превозни средства, които се очаква да произведат през следващите няколко десетилетия. Ученият твърди, че на практика настоящите батерии за електромобили не са проектирани да се рециклират. Това не беше голям проблем, когато електромобилите бяха рядкост. Но сега технологията се развива и поради търсенето, което от своя страна е диктувано в голяма степен и от масовите внушения за замърсяването и глобалното затопляне. Доколко обаче поривите за увеличаване на производителността са провокирани от загриженост към природата, а не към обслужване интереси на технологичните гиганти и техните лобита?

Забраната на двигатели с вътрешно горене

Няколко производители на автомобили заявиха, че планират постепенно да премахнат двигателите с вътрешно горене в рамките на няколко десетилетия, а анализаторите от индустрията прогнозират, че най-малко 145 милиона EV ще бъдат на път до 2030 г. спрямо едва 11 милиона миналата година. Колкото и подобен тип сценарий да се представя като утопичен за въздуха и околната среда, хората започват да осъзнават, че това е проблем.

Това обаче не попречи Европейския парламент да потвърди забраната на продажба на нови автомобили с ДВГ от 2035 г. Правителствата продължават да се стремят към изискване на известно ниво на рециклиране (което все пак е добро), но и към небезизвестната въглеродна неутралност – Zero Emissions. 

През 2018 г. Китай наложи нови правила, насочени към насърчаване на повторната употреба на компоненти на батериите за електромобили. Европейският съюз и Съединените щати също правят опити за установяване на механизми за рециклиране, но са твърде далеч от усъвършенстване.

Спазването със сигурност няма да е лесно. Батериите се различават значително по химичен състав и конструкция, което затруднява създаването на ефективни системи за рециклиране. А клетките често се държат заедно с твърдо лепило, което ги прави трудни за разглобяване. Това води до икономическа пречка: често е по-евтино за производителите на батерии да купуват прясно добити метали, отколкото да използват рециклирани материали.

За да извличат металите-компоненти на разпадната батерия, рециклиращите разчитат на две техники, известни като пирометалургия и хидрометалургия. Всяка от тях има предимства и недостатъци. Хидрометалургията например може да извлича материали, които не се получават лесно чрез изгаряне, но може да включва химикали, които представляват рискове за здравето. 

Колко екологично е рециклирането

И двата процеса произвеждат големи отпадъци и отделят парникови газове, установиха проучвания. И бизнес моделът може да бъде нестабилен: повечето операции зависят от продажбата на възстановен кобалт, за да останат в бизнеса, но производителите на батерии се опитват да се отклонят от този сравнително скъп метал. Ако това се случи, рециклиращите ще се опитват да продават купчини „боклук“, казва специалистът по материали Ребека Сиез от университета Пардю. Това е така, тъй като и двете техники имат за цел да извличат катодни материали, а идеалното рециклиране би било директното, което би запазило катодната смес непокътната.

Междувременно изследователите в областта казват, че ефективното рециклиране на батерии ще изисква повече от просто технологичен напредък. Високата цена за транспортиране на горими предмети на дълги разстояния или през граници може да обезкуражи процеса. В резултат на това поставянето на центрове за рециклиране на правилните места може да има „масово въздействие, но ще е предизвикателство в системната интеграция и обединяването на всички тези различни части от изследвания“, счита Гавин Харпър, изследовател от Университета в Бирмингам, който проучва въпроси, свързани с политиката за електромобилите.

В крайна сметка това, което никой не иска, е 10-годишно възпроизвеждане на клетка, която е абсолютно невъзможно да бъде разградена. Това все още не се случва, но опасенията са основателни. В края на краищата става все по-явно, че решенията, които се предлагат за изкуствено създадените проблеми, далеч не са толкова рационални и безпогрешни, а по-скоро целят налагането на нов дневен, а и дори световен ред.

Последно качени