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, mimo jiné environmentální a sociální zájmy.
Výrobní proces
Výroba lithium-iontových baterií pro elektrická vozidla je materiálově náročnější než výroba tradičních spalovacích motorů a poptávka po bateriových materiálech 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 jeho extrakci a zpracování pochází z CO2– emitující fosilní paliva. Zejména při těžbě tvrdých hornin připadá na každou tunu vytěženého lithia 15 tun CO2 jsou vypouštěny do vzduchu.
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 CO2 Emise.
Přesně kolik CO2 emitovaný v dlouhém 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.)
Pro ilustraci, Tesla Model 3 má 80 kWh lithium-iontovou baterii. CO2 emise pro výrobu této baterie by se pohybovaly mezi 2400 kg (téměř dvě a půl metrických tuny) a 16,000 16 kg (1 metrických tun). XNUMX Kolik je jedna tuna CO?2? Tolik, kolik vypustí typické auto na plyn při ujetí asi 2,500 XNUMX mil – tedy přibližně stejnou hmotnost 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 vliv baterií
Navzdory ekologické stopě výroby lithium-iontových baterií je tato technologie mnohem šetrnější ke klimatu než alternativy, říká Shao-Horn.
Ve Spojených státech je elektrická síť (což je směs fosilních paliv a nízkouhlíkové energie, jako je větrná, solární, vodní a jaderná energie) čistší než spalování benzínu, a proto jízda v elektromobilu uvolňuje méně CO.2 než řídit auto na plyn. „Elektrické vozidlo na [elektřinu vyrobenou z] uhlí má ekvivalent spotřeby paliva v řádu 50 až 60 mil na ekvivalent galonu,“ říká David Keith, profesor na MIT Sloan School of Management, který studuje vznik nových technologií v automobilovém průmyslu. “Takže nejšpinavější elektrické vozidlo vypadá jako naše nejlepší benzínová vozidla, která jsou dnes k dispozici.”
A elektromobil poháněný elektřinou vyráběnou vodními, solárními, větrnými nebo jinými nízkouhlíkovými zdroji energie může být výrazně čistší. „V Nové Anglii nebo na severozápadním Pacifiku je spotřeba paliva ekvivalentní EV do stovek: 110-120 mil na ekvivalent galonu,“ říká Keith.
Když to sečtete přes stovky kilometrů, i když americká elektrická síť není v současné době bez uhlíku, a i když započítáte počáteční emise spojené s výrobou baterie, elektromobily stále vypouštějí méně CO.2 než auta na plyn. 2 Toto je klíčový rys, vzhledem k tomu, že v rámci Spojených států produkuje sektor dopravy největší podíl emisí skleníkových plynů – téměř jednu třetinu celkových emisí země. 3
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 – vyrovnat přebytek a nedostatek, když počasí není ideální – takže je mnohem snazší přejít od CO.2– emitující fosilní paliva.
„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.
Mezinárodní licence Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 (CC BY-NC-SA 4.0).
1 Tato čísla jsou odvozena ze srovnání tří nedávných zpráv, které provedly rozsáhlé literární přehledy studií pokoušejících se kvantifikovat emise z výroby baterií v různých zemích, energetických mixech a časových obdobích od počátku roku 2010 do současnosti. Odmítáme jednu odlehlou studii z roku 2016, jejíž model naznačoval, že emise z výroby baterie v našem příkladu mohou dosahovat až téměř 40 metrických tun. Nejnižší odhady obvykle pocházejí ze studií výroby baterií v USA a Evropě, zatímco nejvyšší pocházejí ze studií výroby baterií v Číně a jiné východní Asii – což je v souladu s různými energetickými mixy v těchto regionech. Další informace viz:
Erik Emilsson a Lisbeth Dahllöf. „Výroba lithium-iontových automobilových baterií: Stav 2019 o spotřebě energie, CO2 emise, používání kovů, ekologická stopa produktů a recyklace.» IVL Swedish Environmental Research Institute, ve spolupráci se Švédskou energetickou agenturou, zpráva C444, listopad 2019.
Hans Eric Melin. “Analýza dopadu lithium-iontových baterií na klima a jak jej měřit.” Circular Energy Storage Research and Consulting, červenec 2019. Pověřeno Evropskou federací pro dopravu a životní prostředí.
Dale Hall a Nic Lutsey. “Vliv výroby baterií na emise skleníkových plynů během životního cyklu elektromobilů.” Mezinárodní rada pro čistou dopravu, únor 2018.
2 Agentura pro ochranu životního prostředí: Mýty o elektrických vozidlech. Přístup 16. února 2022. Podívejte se také na naši podrobnější odpověď na otázku: «Jsou elektrická vozidla rozhodně lepší pro klima než auta na plyn?»
3 Agentura pro ochranu životního prostředí: Zdroje emisí skleníkových plynů. Zpřístupněno 16. února 2022.
