Vehiculele electrice vor juca un rol cheie în tranziția către un sistem de transport cu emisii reduse de carbon. Deși conceptul de vehicul electric a apărut pentru prima dată încă din anul 1884, mașinile electrice au devenit mainstream doar în ultimii ani.
Bateria este considerată pe scară largă a fi un factor limitativ pentru vehicule electrice, lipsa de autonomie fiind citată drept unul dintre principalele motive care împiedică oamenii să facă pasul de la vehiculele pe benzină sau diesel către cele electrice. Cu toate acestea, în actuala situație de urgență climatică, vehiculele cu emisii zero au devenit o prioritate pentru guvernele și producătorii din întreaga lume. Ca rezultat, tehnologiile s-au îmbunătățit considerabil în ultimul deceniu, unele baterii ale mașinilor electrice ajungând acum la o autonomie de până la 640 km (400 mile).
În rândurile ce urmează vom vorbi despre sustenabilitatea tehnologiei actuale și despre cum ar putea arăta bateriile din viitor.
Tehnologia actuală a bateriilor mașinilor electrice
Aproape toate vehiculele electrice utilizează astăzi tehnologii litiu-ion pentru „celulele” lor, care atunci când sunt îmbinate, formează bateria. Aceste tehnologii sunt preferate datorită capacității lor de putere, fiind ideale pentru utilizarea în cadrul mașinilor și camionetelor electrice.
Atunci când se compară performanța, trebuie luate în considerare mai multe caracteristici, inclusiv costul, materialele, durata de viață, capacitatea de încărcare, siguranța, puterea și energia. Un element cheie pentru autonomia mașinilor electrice este cantitatea de energie pe care o poate stoca bateria: aceasta este cunoscută ca densitatea sa specifică de energie. Oxidul de litiu-nichel-cobalt-aluminiu sau NCA este în prezent cea mai performantă tehnologie.
Celule cu capacitate mare de stocare a energiei. Sursa: https://www.cadex.com/en/
Sunt bateriile vehiculelor electrice sustenabile?
Vehiculele electrice produc zero emisii de carbon, ceea ce ajută la îmbunătățirea calității aerului și la combaterea schimbărilor climatice. Dar cât de sustenabil este ciclul de viață al producției unei baterii electrice?
Bateriile au mai multe efecte asupra mediului. Înțelegând aceste impacturi, le putem atenua cât mai bine posibil. Imaginea de mai jos arată lanțul de aprovizionare cu baterii litiu-ion, cu probleme de durabilitate în trei domenii principale.
Ciclul de viață al unei baterii
Materia primă:
- materialele care se găsesc pe diferite continente duc la emisiile ale lanțului de aprovizionare;
- materialele precum cobaltul sunt exploatate în zone cu tulburări politice și conflicte;
- țările în care materialele sunt exploatate au condiții de muncă și salarii slabe;
- unele materiale au resurse finite (cum ar fi metalele rare).
Producție:
- producția intensivă de energie are ca rezultat creșterea emisiilor;
- fabricile au fost legate de poluarea dăunătoare a ecosistemelor locale.
Sfârșitul utilizării:
- bateriile sunt instabile la sfârșitul vieții și pot provoca incendii sau poluare toxică în depozitele de deșeuri;
- ratele de reciclare a bateriilor sunt încă relativ scăzute în Europa;
- o barieră în calea reciclării o reprezintă lipsa infrastructurii de colectare și reciclare.
Creșterea sustenabilității pe viitor
Guvernele, producătorii și alte organizații abordează aceste probleme de sustenabilitate prin mai multe metode, inclusiv:
- introducerea unor reglementări mai stricte pentru țările producătoare de minerale pentru a preveni exploatarea umană și de mediu;
- reducerea dependenței de cobalt și alte materiale rare utilizate în baterii;
- introducerea unor rețele energetice mai curate pentru a reduce emisiile ciclului de viață pentru mașinile electrice.
Un alt domeniu care va îmbunătăți sustenabilitatea bateriilor va fi dezvoltarea unui model de ciclu de viață cu economie circulară. Tehnologia bateriilor se concentrează în mod special pe elementele de „reutilizare” și „reciclare” ale economiei circulare, așa cum se arată în imaginea de mai jos. Modelul de utilizare ideal este unul circular cu zero deșeuri.
Economia liniară, reciclabilă și circulară
Bateriile vehiculelor electrice suferă o serie regulată de încărcări și descărcări. Aceasta înseamnă că este nevoie de baterii cu o sănătate de cel puțin 80%. Deși nu pot fi utilizate în mașini dacă au mai puțin de 80%, ele pot fi refolosite în aplicații de „a doua viață” înainte de a fi reciclate.
Stocarea energiei va deveni o parte importantă a sectorului energetic, permițând stocarea excesului de energie regenerabilă pentru o utilizare ulterioară. Odată cu producerea atât de multor vehicule electrice în următorii ani, bateriile second-hand vor putea satisface cererea de stocare care poate ajunge la peste 200GWh pe an până în anul 2030 – valoare egală cu cererea de energie a peste 50.000 de case din Marea Britanie.
Odată ce bateria nu mai poate fi utilizată în aplicații de viață secundară, aceasta poate fi reciclată, reducând necesitatea extragerii de noi materiilor prime.
Cum arată viitorul bateriilor?
Deoarece bateriile sunt vitale în succesul adoptării vehiculelor electrice, există o presiune globală pentru cercetare și inovare în privința noilor tehnologii. Se anticipează că mai multe tipuri de baterii vor juca un rol cheie pe piața bateriilor în viitor.
Lithium-ion 2020-2025
Industria vehiculelor electrice va continua probabil să dezvolte tehnologii litiu-ion pentru cel puțin următorii cinci ani. Performanța celulelor litiu-ion poate fi îmbunătățită prin adăugarea de noi combinații de materiale precum nichel, fier, mangan, aluminiu și siliciu.
Bateriile în stare solidă 2025-2030
Bateriile în stare solidă ar putea fi următoarea mare schimbare în ceea ce privește tehnologia. Electrolitul lichid utilizat anterior în celule este înlocuit cu un echivalent solid, care are ca rezultat trei beneficii principale:
- siguranță sporită: electrolitul solid este mai stabil, rezultând sisteme energetice și termice mai simplu de gestionat și un risc redus de incendiu;
- capacitate crescută a bateriei: celulele sunt de până la 10 ori mai dense din punct de vedere energetic;
- dimensiune și greutate reduse: posibilități crescute de autonomie.
Există încă bariere de depășit, cum ar fi o alegere fiabilă a materialului pentru electrolitul solid. Celulele sunt, de asemenea, scumpe și dificil de fabricat, ceea ce va împiedica utilizarea lor pe scară largă timp de câțiva ani.
Baterii litiu-sulf 2030-2035
Combinația litiu-sulf s-a dovedit promițătoare în ceea ce privește costul bateriei, performanța și durabilitatea. Beneficiile includ:
- sulful este un material abundent și ieftin, înlocuind materialele scumpe precum nichelul, cobaltul și manganul;
- materialele sunt 100% reciclabile;
- o autonomie posibilă cu 40-50% mai mare într-o aplicație pentru vehiculele electrice comparativ cu litiu-ion.
Din nou, există încă unele limitări. Tehnologia are un număr mic de cicluri de încărcare înainte ca celulele să înceapă să se descompună. În timpul acestei degradări, eficiența și stabilitatea celulelor sunt reduse substanțial.
Bateriile organice 2035-2040
În viitor ne vom baza pe stocarea energiei în baterii atât în sectoarele energiei, cât și în cel al transporturilor. La scări atât de mari, tehnologiile trebuie să reducă dependența de metale și compuși toxici și să se concentreze pe materiale organice mai durabile.
Au fost făcute mai multe progrese, unele tehnologii înlocuind metalele din celulele litiu-ion cu materie organică precum celuloza, în timp ce altele utilizează electroliți pe bază de apă. Deși dezvoltările au loc în prezent la nivel de laborator, cercetătorii susțin beneficiile aduse și anume:
- densitate excelentă a energiei;
- încărcare rapidă;
- durabilitate: fără a utiliza metale, compostabile, materiale organice sau solubile;
- cu 500% mai multe cicluri de încărcare decât tehnologiile litiu-ion.
Prețurile bateriilor mașinilor electrice
În ceea ce privește prețurile bateriilor, cu aproximativ un deceniu în urmă, costul unui acumulator litiu-ion era de aproximativ 1.110 dolari pe kilowatt-oră. Această cifră se ridică acum la aproximativ 137 USD pe kilowatt-oră și probabil că va scădea la aproximativ 100$ pe kilowatt-oră în următorii câțiva ani, a declarat Fast Company, citând un raport de energie curată de la Bloomberg.
Sunt vehiculele electrice mai sustenabile?
Deși există încă un anumit grad de scepticism în jurul vehiculelor electrice, unele persoane afirmând că fabricarea lor este nesustenabilă, comparativ cu mașinile tradiționale pe benzină și diesel, în timpul ciclului de viață, acestea emit mai puține emisii. Acest lucru, împreună cu activitatea continuă de abordare a sustenabilității lanțului de aprovizionare, ne va permite să avem pe viitor atât un sistem de vehicule cu emisii reduse de carbon, cât și un sistem sustenabil.
Surse:
