Lithium-iontové baterie jsou oblíbeným zdrojem energie pro čisté technologie, jako jsou elektrická vozidla, kvůli množství energie, které mohou uložit na malém prostoru, nabíjecím schopnostem a schopnosti zůstat účinné po stovkách nebo dokonce tisících nabíjecích cyklů. Tyto baterie jsou zásadní součástí současných snah nahradit automobily na plyn, které vypouštějí CO2 a další skleníkové plyny. Tyto stejné schopnosti také dělají z těchto baterií dobré kandidáty na skladování energie pro elektrickou síť. To je však spojeno s náklady, protože výrobní proces baterií a jejich součástí uvolňuje CO2, kromě jiných ekologických a sociálních problémů.
Výrobní proces
Výroba lithium-iontových baterií pro elektrická vozidla je materiálově náročnější než výroba tradičních spalovacích motorů a poptávka po materiálech pro baterie roste, vysvětluje Yang Shao-Horn, profesor inženýrství JR East na odděleních strojního inženýrství a vědy o materiálech MIT. Inženýrství. V současné době se většina lithia získává z tvrdých horninových dolů nebo podzemních zásobníků solanky a velká část energie používané k těžbě a zpracování pochází z fosilních paliv emitujících CO2. Zejména při těžbě tvrdých hornin je na každou tunu vytěženého lithia vypuštěno do ovzduší 15 tun CO2.
S materiály baterií přicházejí také další náklady. Těžba surovin, jako je lithium, kobalt a nikl, je náročná na práci, vyžaduje chemikálie a obrovské množství vody – často z oblastí, kde je vody vzácné – a může zanechávat kontaminanty a toxický odpad. 60 % světového kobaltu pochází z Demokratické republiky Kongo, kde se stále objevují otázky o porušování lidských práv, jako je dětská práce.
Výroba také přispívá k ekologické stopě těchto baterií, říká Shao-Horn. K syntéze materiálů potřebných pro výrobu je zapotřebí teplo mezi 800 až 1,000 stupni Celsia – teplota, které lze nákladově efektivně dosáhnout pouze spalováním fosilních paliv, což opět přispívá k emisím CO2.
Přesné množství CO2, které se uvolní během dlouhého procesu výroby baterie, se může hodně lišit v závislosti na použitých materiálech, jak jsou získávány a jaké zdroje energie se používají při výrobě. Naprostá většina lithium-iontových baterií – asi 77 % světové nabídky – se vyrábí v Číně, kde je uhlí primárním zdrojem energie. (Uhlí produkuje zhruba dvojnásobné množství skleníkových plynů než zemní plyn, což je další fosilní palivo, které lze využít při výrobě vysokého tepla.)
Například Tesla Model 3 má 80 kWh lithium-iontovou baterii. Emise CO2 při výrobě této baterie by se pohybovaly mezi 3120 kg (asi 3 tuny) a 15,680 16 kg (asi 2 tun). Kolik je jen jedna tuna COXNUMX? Přibližně stejná váha jako velký bílý žralok!
Výzkumníci po celém světě se snaží navrhnout nové výrobní procesy nebo nové chemické složení baterií, které mohou pracovat se snadněji dostupnými materiály šetrnějšími k životnímu prostředí, ale tyto technologie zatím nejsou dostupné v širokém měřítku. „Pokud nezměníme způsob, jakým vyrábíme materiály, jak vyrábíme chemikálie, jak vyrábíme, vše zůstane v podstatě stejné,“ říká Shao-Horn.
Větší dopad baterií
Navzdory ekologické stopě výroby lithium-iontových baterií je tato technologie mnohem šetrnější ke klimatu než alternativy, říká Shao-Horn. Ve Spojených státech produkuje sektor dopravy největší podíl emisí skleníkových plynů – téměř jednu třetinu celkových emisí země. Většina těchto emisí – asi 80 % – pochází z výfukových plynů, které by bylo možné zcela eliminovat, pokud by všechna vozidla byla napájena bateriemi. Stažením jednoho osobního vozidla na plynový pohon ze silnice a jeho nahrazením elektrickým se zabrání tomu, aby se do atmosféry dostalo ročně v průměru 4.6 tuny CO2. Pokud to porovnáme s horním rozsahem výroby baterie Tesla Model 3 – 16 tun CO2 – jízda v Tesle po dobu čtyř let znamená, že ušetříme více CO2, než vyprodukujeme výrobou baterie.
Druhým velkým přínosem pro životní prostředí, který by tyto baterie mohly nabídnout, je stabilizace energetické sítě, dodává Shao-Horn. Jak se svět posouvá směrem k obnovitelným zdrojům energie, jako je solární a větrná energie, roste poptávka po způsobech skladování a úspory této energie. Používání baterií k ukládání solární a větrné energie, když je jí dostatek, může pomoci vyřešit jeden velký problém obnovitelné energie – vyrovnávat nadměrnou nabídku a nedostatek, když počasí není ideální – což výrazně usnadňuje přechod od fosilních paliv emitujících CO2.
„Pokud budeme mít více baterií, byli bychom schopni zvýšit úroveň zátěže a poté použít [obnovitelnou energii], když budeme mít větší poptávku,“ říká.
Děkuji Xiaohongovi Gaydenovi z Troy v Michiganu za otázku. Zde můžete odeslat svou vlastní otázku do Ask MIT Climate.
