V Norsku došlo před několika dny k otevření jednoho z prvních závodů na recyklaci elektromobilových baterií v Evropě. Stojí za ním švédská firma Nortvolt ve spolupráci se společností Hydro. Jejich nově otevřený recyklační provoz s názvem Hydrovolt je v současné chvíli tím největším provozovaným závodem na recyklaci elektromobilových baterií v rámci celé Evropy.

Švédská firma Northvolt ve své prohlášení uvedla, že její norský provoz by měl pohodlně zvládnout recyklaci všech vyřazených elektromobilových baterií z oblasti celého Norska. Závod se nachází na jihovýchodě země, a to ve městě Fredrikstad. Ročně tam zatím zvládnou zpracovat až 12 tisíc tun bateriových modelů. To má podle odhadů odpovídat asi 25 tisícům baterií do elektrovozů.

„Recyklace vyřazených baterií je klíčovým předpokladem pro úspěšný přechod na plně elektrifikovanou dopravu. Pozitivní je to i z pohledu životního prostředí,“ uvedla ředitelka sekce pro životní prostředí firmy Northvolt Emma Nehrenheimová.

Northvolt ve svém prohlášení také uvedl, že nový závod má umožňovat získání až 95 procent veškerých materiálů z recyklovaných baterií. Týkat by se to tak mělo třeba hliníku, plastů, mědi nebo takzvané černé hmoty, což je jemnozrnný prášek, který obsahuje stopy lithia, niklu, manganu nebo třeba kobaltu.

Cílem podniku je, aby v roce 2030 byl schopný napříč celou Evropou zajistit recyklaci až půl milionu elektromobilových baterií za rok, a i proto uvažuje o případné expanzi i do dalších evropských zemí.

Elektromobily jsou v dnešní době synonymem snahy o „zelenější“ dopravu. Pokud se ovšem nevyřeší problém nakládání s jejich bateriemi, elektrická auta žádný přínos pro ekologii nemusí znamenat.

Jak říká Paul Anderson, profesor strategických elementů a materiálové udržitelnosti, „tempo růstu elektromobilového průmyslu je děsivé. Za 10 až 15 let nás čeká časovaná bomba spousty použitých baterií pro elektromobily. Ačkoliv ještě několik let budou silnicím dominovat vozidla se spalovacími motory, současně s nimi dosáhnou kritického množství i elektromobily.“

Server CNET přišel s konceptem 4 R, který má pomoci situaci vyřešit.

Opětovné použití (Reuse)

Na trhu existují společnosti, např. VinFast, Nio či Ample, které se zaměřují na způsoby opětovného použití baterií z elektromobilů, a to zejména z havarovaných vozů, kdy můžou posloužit jako náhradní autodíly. Tento koncept je však omezen životností baterií, jelikož ty mají v určitý moment příliš nízkou kapacitu.

Nový smysl (Repurpose)

Když se u staré baterie sníží její kapacita, sice ji už nelze použít v elektromobilu, ale to neznamená, že se nemůže použít pro jiný účel. Společnost 4R Energy, která s konceptem repurposingu pracuje, označuje vysloužilé baterie stupni B a C, kdy B lze použít pro běžné, ale méně náročné napájení, např. pro elektrické závory na železničních přejezdech či vysokozdvižné vozíky, stupeň C má svou kapacitu ještě nižší, ale lze ho použít tam, kde je odběr přerušovaný a obvykle nízký, např. pro nouzové LED osvětlení budov.

Recyklace

Recyklace je u baterií z elektromobilů komplikovanější než u mnoha jiných druhů odpadu. Je to dané tím, že se jedná o velké, těžké a složité soubory materiálů a obalů. Existují však již společnosti, které se tímto problémem zabývají. Např. Redwood Materials, jejímž mottem je, že „největší doly na lithium a kobalt na západní polokouli se nacházejí ve sběrnách odpadu.“

Snížení počtu (Reduce)

Toto řešení na rozdíl od předchozích není technologické, ale cílí na změnu společenského myšlení. Ne každý totiž nutně potřebuje elektromobil s dlouhým dojezdem, a může si tedy pořídit cenově dostupnější vůz, který i vyžaduje menší baterii.

Německo spustilo tříletý projekt, jehož cílem je vytvořit kompletní pas pro baterie. Mělo by se jednat o spolupráci průmyslu, akademické obce a startupů s cílem vyřešit jeden z nejpalčivějších problémů současné elektromobility.

V rámci tohoto úsilí by se měl vzniknout základ pro „bateriový pas“, tedy jakýsi průvodní list každé baterie. Zahrnoval by informace o životním cyklu baterií a jejich součástech, což by mohlo usnadnit recyklaci v bateriích použitých cenných surovin. V rámci iniciativy získalo 11 společností a akademických institucí dohromady dotaci 8,2 milionu eur (cca 200 milionů korun) na přípravu takového systému.

Otázky, jak a z čeho se budou baterie vyrábět, jak se s nimi zachází během jejich „života“, i jak jsou druhotně využívány „po smrti“, budou jen nabírat na důležitosti. Odběratelé, v dohledné době především ti evropští, budou potřebovat o bateriích vědět mnohem více, než se dozvědí od svých dodavatelů dnes. Dosavadní snahy o vytvoření „pasů“ (či možná „průvodních listů“) pro baterie však byly z velké části v režií jednotlivým firem nebo jejich skupin, což není ideální pro vytvoření jednotného a obecně přijímaného standardu.

Jak to bude fungovat?

Představitelé britského startupu Circulor, který je jedním z 11 účastníků projektu, pro server Sifted uvedli, že v rámci Německem financovaného výzkumu budou vyvinuty základní datové specifikace a technické normy pro „pas“. Připraven by měl být také standardizovaný datový prostor, který bude spravovat digitální identitu baterií, jež byly vyrobeny nebo prodány v Evropě.

„Mezi členy tohoto konsorcia patří výrobci automobilů, jako jsou BMW a Audi, a velcí dodavatelé komponentů pro autoprůmysl, jako je BASF,“ řekl novinářům zakladatel a generální ředitel společnosti Circulor Douglas Johnson-Poensgen. Zapojena je také Národní akademie věd a techniky (Acatech) a Fraunhoferův institut, tedy skutečně velká jména německého průmyslu i výzkumu.

„Jsme jediným dodavatelem technologie, a to hlavně proto, že jsme vyvinuli něco, co je již velmi blízko k tomu, aby se stalo řešením pro bateriové pasy,“ tvrdí šéf britského start-upu. Malá britská společnost totiž vyvinula systém, který měl sledovat emise uhlíku spojené s výrobou komponentů pro baterie a také stopovat materiály problematické z lidskoprávního hlediska. To jsou přitom základní komponenty připravovaného „bateriového pasu“.

Standardizovaný „bateriový pas“ se stává nutností kvůli nové legislativě. Připravované nařízení EU o bateriích, které by mělo být schváleno ještě letos a vstoupit v platnost v roce 2027, bude pravděpodobně vyžadovat bateriové pasy, které budou jasně uvádět, jak velké množství emisí oxidu uhličitého bylo uvolněno při výrobě baterie, zda je v souladu s etickými normami výroby a také do jaké míry byl při výrobě použit recyklovaný materiál.

„Problémy týkající se udržitelnosti, které se odehrávají v jednotlivých fázích dodavatelského řetězce, jsou příliš složité na to, aby je dokázal vyřešit jeden hráč sám,“ řekla pro Sifted Sarah Montgomeryová, spoluzakladatelka a generální ředitelka startupu Infyos zaměřeného na dodavatelský řetězec baterií a bývalá členka Global Battery Alliance při Světovém ekonomickém fóru. Pokud by měl pas fungovat, bude podle ní nutná spolupráce nejen v rámci průmyslu, ale také mezi regulačními orgány, nevládními organizacemi a dalšími „stakeholdery“.

Podle Johnsona-Poensgena je cílem této nové iniciativy ukázat, jak by takový pas ve skutečnosti mohl fungovat. A zda dokáže pokrýt celý „životní cyklus“ baterie od dodávek surovin přes výrobce, její „život“ a recyklaci, a přitom poskytovat relevantní informace všech zúčastněným (výrobci, uživateli či spíše uživatelům a pak druhotnému zpracovateli).

„Německá vláda se v podstatě pomoci německému průmyslu a povzbudit ho k akci,“ řekl novinářům. „Francouzi přemýšlejí o něčem podobném, ale jsou trochu pozadu, a velmi by mě překvapilo, kdyby se o něco podobného nepokusily i další státy. Ale pokud vím, toto je první případ, kdy nějaká vláda tlačí na realizaci [pasu].“

Podle Globální bateriové aliance Světového ekonomického fóra se očekává, že celosvětová poptávka po bateriích poroste v krátkodobém až střednědobém horizontu o 25 % ročně, a to díky elektrifikaci dopravy a nasazení baterií v elektrických sítích. Do roku 2030 se očekává, že poptávka po bateriích vzroste 14krát, přičemž EU se na ní bude podílet až 17 %.

Odstranit překážky ve výrobě elektrických vozů a rozjet jejich výrobu do té míry, aby se uspokojila poptávka, ještě nějakou dobu potrvá, tvrdí britský odborník na autoprůmysl.

Na papíře je plán, jak nahradit stará auta, která vypouštějí emise oxidu uhličitého, elektromobily, je dobře propracovaný. Všichni velcí výrobci automobilů (a dokonce i někteří menší) se veřejně zavázali k výrobě a prodeji elektrických vozidel.

Ale reálně si dnes koupit nový elektromobil? To je úplně jiná a podstatně komplikovanější věc, upozornil v textu pro web The Conversation specialista na dodavatelské řetězce Tom Stacey, který přednáší na Anglia Ruskin University.

Volkswagen, největší výrobce automobilů na světě, nedávno oznámil, že v USA a Evropě vyprodal elektromobily do konce roku 2022. Ford E-Transit byl vyprodaný ještě předtím, než je začal vyrábět.

Dokonce i nejzákladnější (nižší specifikace) verze vozu Tesla Model 3 se k zákazníkům dostane více než za rok, přestože společnost je největším výrobcem elektromobilů na světě. A to ještě nebereme v potaz nedávné zastavení výroby v Číně.

Otočte čas zpět do roku 2019, právě když se revoluce elektromobilů z hlediska prodejních čísel pouze rozjížděla. Tesla v té době měla na velkých trzích připravené zásoby vozů, které mohla zákazníkům dodat během několika dní. Nyní, přestože dokáže vyrobit výrazně více vozů, si na dodání nového s vysokou pravděpodobností počkáte měsíce.

Prozatím se tedy motoristé, kteří touží vlastnit zbrusu nový elektromobil, se ke svému „miláčkovi“ dostanou jen těžko. Na silnicích tedy bude elektrických vozů přibývat pomalejším tempem, než by naznačovalo pouhé prodloužení dosavadních trendů v růstu prodejů.

Stejně tak budou mít problém i ty vlády, které mají v plánu zakázat prodej nových benzinových a naftových automobilů. Například v Norsku má zákaz vstoupit v platnost v roce 2025, ve Velké Británii v roce 2030.

Tyto cíle se z velké části opírají o obvyklý cyklus obměny vozidel. A aby mohla být stará vozidla nahrazena novými, musí být nabídka na takové úrovni, aby mohla doplnit vyřazovaná vozidla a zároveň umožnit určitý růst poptávky.

V současné době se prostě nevyrábí dostatek elektrických vozidel, aby se tato poptávka uspokojila. Tom Stacey se podílí na probíhajícím výzkumu, jehož cílem je zjistit, jak a kdy různé firmy nahrazují svá stará vozidla se spalovacími motory elektrickými – a zdá se, že jednou z hlavních překážek je nedostatek na straně nabídky. Vládní cíle pro silnice plné elektromobilů se mohou brzy zdát beznadějně nereálné.

Příliš vzdálená auta?

Co se tedy pokazilo? Začněme tím, že v počátcích elektromobilů hráli výrobci na jistotu. Byl to pro ně nový a neznámý svět a nebylo jasné, zda jiné konkurenční technologie (např. vodíkový pohon, který ovšem omezují fyzikální zákony i dnes už i zpoždění v náběhu do praxe) nebudou u zákazníků oblíbenější. Baterie však zvítězily a poptávka spotřebitelů, které pomohly i plány na zákaz benzínu a nafty, prudce vzrostla.

Současné problémy částečně způsobily následky pandemie viru SARS-CoV-2. Ta „napnula“ globální dodavatelské řetězce, jak lidé přestali utrácet za služby a rozhodli se ve velkém objednávat fyzické zboží, často z druhého konce světa. To vedlo mimo jiné k nedostatku polovodičů, které jsou (jak už dnes všichni víme) klíčovým komponentem při výrobě moderních vozidel.

Koronavirus způsobuje nadále i další potíže. Na jaře 2022 musela společnost Tesla na tři týdny uzavřít svou továrnu v Šanghaji kvůli výlukám v Číně. Předtím vyráběla přibližně dva tisíce vozů denně pro asijský a evropský trh, takže mohla přijít o výrobu přibližně 42 tisíc automobilů. To odpovídá přibližně tříměsíčním dodávkám pro trh, jako je ten britský. A právě v době, kdy se továrna znovu otevřela, musela kvůli problémům s dodavatelským řetězcem výrobu omezit.

Je to proto, že Tesla nevyrábí všechny díly pro výrobu vozů v jedné továrně (i když jich vyrábí více, než je průměr v odvětví). Když se tedy kvůli výlukám zavřou i továrny, které Teslu zásobují, potřebné díly nedorazí.

Generální ředitel Elon Musk nedávno naznačil, že jeho společnost možná přestane přijímat objednávky, když řekl listu Financial Times: „Zákazníci jsou frustrovaní z toho, že jim nemůžeme dodat auto.“ A dodal: „Ve skutečnosti pravděpodobně přestaneme za nějakou dobu přijímat nové= objednávky, protože v některých případech jsou dodací lhůty více než roční.“

Opět se to rozhodně netýká jen společnosti Tesla. Problémy s polovodiči přetrvávají a mnoho vozidel k zákazníkům putuje s částečně nefunkční výbavou nebo stojí a čekají na náhradní díly.

Než se podaří vyřešit potíže s dodávkami komponentů a dostat k zákazníkům všechny objednané vozy, bude to ještě nějakou dobu trvat. Pro všechny zúčastněné to veliký problém. Výrobci a zákazníci budou frustrovaní, zatímco politici (a také část veřejnosti), kteří spoléhají na budoucnost dopravní politiky v oblasti elektromobilů, budou možná muset upravit svá očekávání a požadavky.

Napnutá přitom podle odhadů nebude dodávka jenom samotných elektroaut, ale také jejich nejdůležitějších komponentů: baterií. A tady může nedostatek trvat roky.

Prodeje elektromobillu v Evropské unii v roce 2021
Typ elektromobiluZákladní cena v ČR (ke konci roku 2021)Prodej (EU27)
Tesla Model 31,369,990 Kč141,221
Renault Zoe898,900 Kč71,759
Volkswagen ID.31,183,900 Kč69,090
Volkswagen ID.41,184,900 Kč54,476
Kia e-Niro1,089,980 Kč46,790
Fiat 500e649,900 Kč44,334
Škoda Enyaq1,124,900 Kč44,039
Hyundai Kona EV789,990 Kč42,920
Peugeot e-208885,000 Kč45,450
Volkswagen e-Up625,000 Kč40,973
Prodeje elektromobilů v Evropské unii v roce 2021 (data JATO)

Rychlý růst

Nárůst poptávky po bateriích měl být i tak v příštích letech ohromný, odhadovala na začátku března analytická společnost Rystad Energy. Podle jejího odhadu by se do roku 2030 mohla poptávka přiblížit devíti terawatthodinám (TWh) ročně, což je patnáctinásobek úrovně z roku 2021.

Analytická firma odhaduje, že převis poptávky by mohl změnit něco, na co jsme byli v posledních letech zvyklí: že baterie jen a jen zlevňují. Podle analýz Rystadu celosvětová poptávka po bateriích v roce 2021 činila 580 gigawatthodin (GWh), což je více než dvojnásobek roku 2020, přesto s ní nabídková strana (tedy výroba) dokázala držet krok. Trend se ovšem v příštích letech podle analytiků firmy může změnit, protože zájem o bateriové technologie v osobních vozidlech a stacionárních úložištích výrazně vzroste, což zatíží dodavatelský řetězec.

Tato prognóza poptávky je v souladu se scénářem globálního oteplování o 1,6 stupně a se změnami, které vyžadují energetické systémy. Není také omezena žádnými potenciálními problémy s dodávkami. Z hlediska komponent budou v tomto desetiletí trhu dominovat lithium-iontové baterie, ačkoli kolem roku 2030 by měla začít růst poptávka po sodíkových bateriích (ty jsou určeny především pro stacionární úložiště baterie).

Nejvýznamnější podíl na budoucím růstu baterií budou mít osobní elektromobily, které budou do konce desetiletí představovat přibližně 55 % celkové poptávky. Očekává se, že poptávka po těchto bateriích dosáhne do roku 2030 4,9 TWh, což je více než 13krát více než relativně malá celková hodnota 373 GWh v roce 2021.

Baterie, které stojí

Dalším nejvýznamnějším tahounem poptávky budou stacionární úložiště s předpokládanou poptávkou více než 2,5 TWh v roce 2030, tedy zhruba 29 % celkového trhu. Potřeba skladování by měla prudce vzrůst ze 139 GWh v roce 2021, protože v energetickém mixu by v souvislosti s odklonem světa od fosilních paliv měly hrát stále větší úlohu obnovitelné zdroje energie. Pro tvorbu stacionárních úložišť je možné využívat starší baterie z elektromobilů, ovšem těch bude v dohledné době nedostatek. Významnou roli v tomto sektoru začnou podle odhadů hrát až po roce 2040.

Elektrifikace se v budoucnu dočkají především lehká a středně těžká užitková vozidla, která do roku 2030 přispějí k poptávce přibližně jednou terawatthodinou. Elektrifikovaná letecká a lodní doprava budou mít rovněž potřebu baterií, ale celková poptávka z těchto odvětví nebude mít na globální obrázek významný vliv.

“Růst poptávky po bateriích je s urychlujícím se přechodem na energetiku nevyhnutelný, ale globální nabídka bude bez výrazných investic nebo zlepšení technologie baterií v nejbližší budoucnosti nedostatečná.

Na základě oznámených cílů dosáhne nabídka baterií do roku 2030 5,5 TWh, což pokryje pouze asi 60 % očekávané poptávky. Po celém světě se rychle staví gigatovárny a tento výhled dodávek se pravděpodobně změní. Přesto nelze význam těchto pokračujících investic podceňovat,” uvedl v tiskovém prohlášení Marius Foss, vedoucí globálních energetických systémů ve společnosti Rystad Energy.

Přišel vodík příliš pozdě?

Vzhledem k rýsujícími nedostatku na trhu s elektromobily by se mohlo zdát, že svou šanci mohou dostat jiné alternativní pohony, třeba vodík. Ale proti tomu stojí celá řada jiných faktorů. Řadu z nich shrnul ve svém nedávném článku pro časopis Nature Electronics (text je zamčený) fyzik Patrick Plötz z německého Fraunhoferova ústavu pro výzkum systémů. Na ústavu se Plötz věnuje především otázkám přechodu k novým druhům pohonů a energetické účinnosti, i když svou kariéru začínal u teoretické částicové fyziky.

Nic podle něj nenasvědčuje tomu, že by se v dohledné době zásadně změnilo chování uživatelů. Lidé těžko přestanou jezdit méně, či využívat nějaké „zelenější“ druhy dopravy (kolo, hromadnou dopravu): vyspělé země jsou „uvězněny“ v závislosti na automobilech. Automobilky jsou důležitou součástí ekonomiky, existuje rozsáhlá a velmi drahá silniční infrastruktura, auta jsou společenský symbol atd.

To tedy znamená, že státy, které to se snižováním emisí myslí vážně, budou hledat alternativy, které jsou opravdu rychle dostupné. Budou se mezi dostupnými technologiemi rozhodovat teď. A vodík zatím není připraven. Pokud jsou závazky ve změně emisí z dopravy míněny vážně, nelze čekat, až vodíková technologie dožene náskok.

Když měla bateriová elektrická vozidla omezený dojezd pod 150 km a nabíjení trvalo několik hodin, rýsoval se pro vozidla s palivovými články důležitý a velký segment trhu: cestování na dlouhé vzdálenosti. Bateriové elektromobily však nyní nabízejí reálný dojezd kolem 400 km a nejnovější generace používají baterie s napětím 800 V, které lze nabít na dojezd 200 km za přibližně 15 minut. Je málo uživatelů, kterým něco takového nebude stačit.

Problémem pro bateriová vozidla se může zdát dálková přeprava. V tomto segmentu se nájezd vozidel pohybuje nad 100 tisíc kilometrů ročně. Ovšem ve vyspělých zemích se vzhledem k povinným přestávkám rýsuje reálná technologická možnost, jak vozy nabíjet během těchto pauz.

Rozhodující tedy bude, zda bude levnější vůz s bateriemi nebo s palivovými články. Vzhledem ke stavu trhu a technologií v tuto chvíli odpověď z praxe neexistuje. Plötz cituje tři práce, podle kterých se bateriové vozy zdají být v součtu pro majitele levnější než nákladní vozy s palivovými články.

Podle Plötze jsou mnohé současné investice do vodíkových automobilů ovlivněny chybným vnímáním „utopených nákladů“. To znamená, že dotyční si říkají: do téhle technologie už jsme investovali spoustu prostředků, a kdybychom to teď vzdali, přijdou vniveč.

K pokrytí poptávky po bateriích bude zapotřebí široké škály materiálů na výrobu baterií. „Zlatou střední cestou“ mezi levným železem a drahým niklem by se mohl stát mangan, píše server IEEE Spectrum.

Většina automobilek touží vám (a zbytku světa) prodat elektromobil. Zároveň ovšem výrobci v posledních době řeší těžkou otázku: jak si zajistit dodávky materiálů nutných k výrobě elektromobilů. A to ještě ze zdrojů, které nenesou geopolitická rizika či etické stigma (tedy třeba materiálů vytěžených s pomocí dětské práce).

Výroba jednoho elektrického auta vyžaduje podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) šestkrát více kovů než výroba vozu se spalovacím motorem. Auta už nebudou spotřebovávat suroviny za provozu, ale při svém zrodu.

Ale které? Nezbytností bude nepochybně lithium a železo, to je jasné. V dalším sledu stojí však celá řada dalších kovů, o jejichž osudu není rozhodnuto. Jedním z nich je i relativně skromný a nenápadný mangan.

Špatné vzpomínky, světlá budoucnost?

Tento světle šedý, tvrdý, a přitom křehký kov, který je 25. prvkem periodické tabulky (mezi chromem a železem) považují za zajímavý například společnosti Tesla a Volkswagen. Doufají, že i díky němu mohou být elektromobily a jejich baterie dostatečně dostupné i pro běžného zákazníka. A to i přes neutěšenou historii prvního (a jediného) elektromobilu, který byl vybaven baterií s vysokým obsahem manganu: původního Nissanu Leaf.

Autoprůmysl ovšem bude v dohledné době potřebovat všechny baterie, které budou k mání. Vylepšené modely baterií s vysokým obsahem manganu by si možná na trhu mohly najít své místo, snad jako středně drahá varianta mezi lithium-železo-fosfátovou chemií v levnějších vozem a „prémiovými“ bateriemi bohatými na nikl ve špičkových luxusních a sportovních modelech.

Zájem o ně v poslední době pomohl probudit i Elon Musk při slavnostním otevření továrny Tesla Gigafactory v Berlíně. Když dostal otázku na to, jak vidí využití grafen v bateriích, nakonec od této vzácné formy uhlíku úplně odběhl a řekl: „Myslím, že zajímavý potenciál má mangan.“

Znovu tak upozornil na to, co už lze sledovat několik let: odklon výrobců od kobaltu a nyní i od niklu: „V konečném důsledku potřebujeme desítky, možná stovky milionů tun. Takže materiály používané k výrobě těchto baterií musí být běžné, jinak je nemůžete škálovat,“ řekl Musk.

Musk Iron Manem

Společnost Tesla potvrdila, že téměř polovina všech jejích vozidel vyrobených v minulém čtvrtletí již používá baterie bez niklu a kobaltu. Jak uvádí výroční zpráva Tesly, v Muskem vedené firmě se z LFP baterií stává běžná záležitost: „V současné době se baterie LFP používají ve většině našich standardních produktů pro vozidla a také v komerčních aplikacích pro skladování energie. Díky našim energeticky účinným motorům může Model 3 s baterií LFP stále dosahovat dojezdu 267 mil podle EPA.”

Podle přehledu trhu s elektromobily, který zveřejnila agentura Reuters, není Tesla ve své podpoře baterií LFP sama. Více než tucet společností údajně zvažuje, že v příštích třech letech postaví ve Spojených státech a v Evropě závody na výrobu bateriových článků LFP. A od té doby se změna bude pravděpodobně pouze zrychlovat.

Německá důvěra

V březnu 2021 na „Power Day“ společnosti Volkswagen generální ředitel koncernu Herbert Diess oznámil, že jeho společnost zachvátilo „bateriové šílenství“: Volkswagen má do roku 2030 postavit v Evropě půl tuctu gigatováren s celkovou kapacitou 240 gigawatthodin.

Volkswagen již staví továrny na elektromobily v americkém Tennessee a v Číně. Navzdory tomu, že jeho elektromobily se v Evropě prodávají více než Tesly, německá firma pod silným konkurenčním tlakem americké „elektromobilky“ především na čínském trhu. Globální gigant je proto odhodlán snížit náklady na baterie o polovinu u základních modelů a o 30 % u vozů střední cenové kategorie.

Aby toho dosáhl, představil Volkswagen univerzální „unifikovaný článek“, který může v rámci univerzální „kostry“ využívat různé druhy bateriové chemie. Diess uvedl, že přibližně 80 % nových baterií Volkswagen se obejde bez drahého niklu a kobaltu ve prospěch levnějších a hojnějších katodových materiálů – potenciálně včetně manganu. Jde baterie podobné těm, které jak Volkswagenu, tak Tesle dodává čínská společnost Contemporary Amperex Technology (CATL).

Mimochodem, agresivní snaha Volkswagen přesunout výrobu baterií na vlastní linky dosti zaskočila jeho současné dodavatele, tedy jihokorejské společnosti LG Energy Solutions a SK Innovation. Volkswagen se snažil situaci urovnat prohlášením, že dodrží stávající smlouvy na baterie.

Jak se vyhnout úzkému hrdlu

Proč tolik materiálů, typů a chemie? A proč mangan? Vše závisí na tom, co Musk a další odborníci uvádějí jako hrozící, limitující faktor urychlení revoluce v oblasti elektromobilů: pomalé tempo výroby baterií i těžby a produkce surovin pro jejich výrobu.

Musk v Berlíně uvedl, že svět bude potřebovat ročně vyrábět 300 terawatthodin baterií, aby mohl plně přejít od automobilů na fosilní paliva. To je stonásobek toho, co Tesla předpokládá, že dokáže vyrobit do roku 2030, a to i při vlastním masivním rozšíření kapacit.

Baterie s vysokým obsahem niklu (s jinak bezkonkurenčním hustotu energie a výkonem) v takovém objemu nebude možné v dohledné době vyrábět. Bude Jsou zapotřebí i jiných materiálů, i když to s sebou přinese určité výkonností kompromisy. „Čím více materiálů se bude dávat do baterií, tím lépe,“ řekl pro IEEE Spectrum Venkat Srinivisan, ředitel bateriového výzkumného centra ACCESS (Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science).

Výhody šedi

Mangan je hojně rozšířený, bezpečný a stabilní. Baterie s manganovými katodami se však výkony nepřiblíží bateriím bohatých na nikl. Kupci prvních vozů Nissan Leaf by o tom mohli vyprávět: Nissan, který neměl v roce 2011 žádné dodavatele ochotné nebo schopné dodávat baterie ve velkých objemech, byl nucen vyrobit vlastní baterie z oxidu manganičitého se specifickou strukturou (tzv. spinelovou).

Tyto energeticky „chudé“ baterie měly kapacitu pouhých 24 kilowatthodin, což vozu poskytovalo dojezd pouze necelých 120 kilometrů. Navíc se jejich vlastnosti rychle zhoršovaly, zejména teplejších oblastech světa, a zákazníci si začali stěžovat. (Nepomohlo ani to, že se Nissan auto nevybavil systémem, který by dokázal hlídat teplotu baterie.) Upravená baterie „Lizard“ z roku 2014 měla vyšší kapacitu 40 kWh, ale stále problémy s životností.

Zájemci o elektromobily ovšem vyžadovali výkon a dojezd, což zase znamenalo špičkové baterie s co nejvyšší energetickou hustotou. To znamenalo používat kobalt, který je obvykle vedlejším produktem těžby niklu a mědi a patří mezi nejdražší v bateriích používané prvky. Produkci kobaltu také dominuje Demokratická republika Kongo, která je spojována s dětskou prací v dolech a dalším porušováním lidských práv.

Jde to jinudy?

Automobilky hledaly, jak se kobaltu zbavit. Například General Motors a LG Energy Solutions dohromady vyvinuli „pytlíkové“ články Ultium s nikl-kobalt-mangan-hliníkovou chemií, která umožňuje snížit obsah kobaltu o více než 70 %.

Nový elektrifikovaný Hummer má díky nim celkovou kapacitu baterií 200 kilowatthodin, tedy dvakrát větší než největší baterie Tesly. Díky třem elektromotorům má mít maximální výkon tisíc koní (cca 745 kW) a dojezd přes 500 kilometrů. Tato baterie, která je zdaleka největší, jaká kdy byla do elektromobilu vložena, také přispívá k obrovské pohotovostní hmotnosti vozu: celkem 4 082 kilogramů. Na baterii z toho připadá 1 315 kg. (Vzhledem k tomu, že GM připravuje sériovou výrobu v Detroitu, může Hummer sám o sobě způsobit nedostatek baterií.)

Také se stále nejedná o auto zrovna lidové: cena začíná na zhruba 110 tisíc dolarech, tedy něco přes 2,5 milionu korun. A to je samozřejmě v USA, v Evropě bude ještě znatelně vyšší. Za to by zákazník měl dostat vůz s vysokou průchodností terénem, který dokáže zrychlit z 0 na 100 zhruba za 3 sekundy.

Elektrický pick-up odvozený od vozu Hummer (foto GM)
Elektrický pick-up odvozený od vozu Hummer (foto GM)

Stejně jako u nejlepších článků Tesly se v článcích GM používá pouze malé množství manganu ke stabilizaci struktury, nikoli jako hlavní materiál katody. To je zcela běžné: podle dat společnosti Umicore, která se zabývá těžbou a recyklací materiálů, se více než 90 % manganu těží pro výrobu železa a nerezové oceli a méně než 1 % jde do baterií.

Dalším oblíbeným katodovým minerálem byl nikl, jehož nabídka je rozmanitější než u kobaltu – ale na o tolik, jak se v posledních měsících ukázalo. Světové zásoby niklu se snižovaly již před únorovou invazí Ruska na Ukrajinu. Investoři a obchodníci začali být nervózní z možných zákazů nebo přerušení dodávek kovů z Ruska, které produkuje přibližně 17 % světové produkce vysoce čistého niklu. V březnu se ceny niklu prakticky přes noc zdvojnásobily a poprvé nakrátko překročily 100 tisíc amerických dolarů za tunu, což přimělo Londýnskou burzu kovů, aby během divokého nárůstu pozastavila obchodování.

Ke švédskému stolu!

Ze všech těchto důvodů (cenových, geopolitických, etických, bezpečnostních, strategických) – a také proto, aby se pojistil proti případné selhání toho či onoho přístupu – se autoprůmysl pouští do diverzifikace bateriových technologií. Místo jednoho chodu, který by mohl stačit a chutnat všem, se tedy dnes připravuje bufet s bohatým výběrem. Alespoň do doby, než nějaký budoucí nositel Nobelovy ceny přijde s něčím, co současné lithium-iontové články zcela nahradí.

Automobilky začínají opouštět i nikl – přinejmenším tedy, které se zaměřují na Čínu nebo na levnější elektromobily s menším dojezdem. Tesla, Volkswagen, Ford, čínské společnosti a další rychle přecházejí u běžných vozů na lithium-železo-fosfátové (LFP) baterie vynalezené v 90. letech a donedávna považované za de facto „zastaralou technologii“. Tyto baterie nevyžadují nikl ani kobalt, pouze větší množství železa a fosfátu. Musk potvrdil „dlouhodobý přechod“ na LFP pro základní vozy (včetně Modelu 3) nebo baterie určené pro skladování elektřiny v elektrické síti.

Baterie s vysokým obsahem manganu, o kterých Musk a Volkswagen mluví dnes s takovým zápalem, by také používaly méně niklu – a vůbec žádný kobalt. Zdá se, že by mohly být cenově dostupné: podle analytiků společnosti Roskill, kteří byli citováni na Power Day Volkswagnu, by tato technologia mohla vést ke snížení nákladů na katodu o 47 % na kilowatthodinu oproti konstrukcím bohatým na nikl. Volkswagen proto uvažuje o manganu jako o potenciálním řešení pro běžné modely, o LFP pro vozidla nižší třídy nebo trhy a o vysoce výkonných baleních na zakázku pro značky jako Porsche, Audi, Bentley nebo Lamborghini.

„Chápu logiku, že pokud se podaří dosáhnout rozumné hustoty energie, stane se mangan takovým mezistupněm,“ řekl Srinivisan pro IEEE Spectrum. Výrobci automobilů by mohli kompenzovat nižší náklady na manganové katody mírně zvětšenými bateriemi, aby se dojezd přiblížil vozům vyšší třídy.

Ještě v roce 2020 na Dni baterií společnosti Tesla vyjádřil Musk optimismus ohledně využití tohoto prvku: „Je relativně jednoduché udělat katodu, která je ze dvou třetin tvořena niklem a z jedné třetiny manganem, což nám umožní se stejným množstvím niklu vyrobit články s celkově o 50 % větší kapacitou.“

Zavádění vylepšených článků ale není přímočaré a jednoduché, jak ví nepochybně i Elon Musk. Který se například stále snaží uvést na trh svůj (dnes již notně zpožděný) velký válcový článek 4680. Baterie s vysokým obsahem manganu také stále ještě neprokázaly svou životaschopnost v běžném provozu. Ovšem gigantické rozměry překážek na cestě k elektromobilitě výrobcům automobilů nedávají jinou možnost než zkusit najít materiály, které „za hubičku“ umožní vyrábět šampiony mezi bateriemi.

LFP čili Lithium železo fosfát

Tyto články s vysokým obsahem železa byly jednu dobu považovány alespoň co se elektromobility týče tak trochu za “slepou uličku” kvůli nízké energetické hustotě. Na začátku roku 2021 stále tvořily méně než 10 % všech dodaných li-ion článků. Ovšem podle analytiků se množství do výrobků článků v druhé polovině roku 2020 meziročně zvýšilo několikanásobně, a další růst bude jen následovat. Mají totiž zásadní výhodu v ceně.

Tento typ článků nabízí kvůli použitým materiálům tedy nižší měrnou hustotu energie (100-160 Wh/kg) než články využívající dražší materiály. Na druhu stranu, mají vysoký měrný výkon. Nominální napětí je nižší a činí 3,2 V a nabíjí se na napětí 3,6 V. Mohou tedy poměrně přímočaře posloužit jako náhrada za klasické olověné akumulátory. Dnes je populární volbou pro uložiště energie, UPS a trakční použití obecně.

Jde o velmi stabilní baterii. Rozkládá se při teplotách kolem 270 stupňů Celsia. Při přebíjení, nadměrném vybíjení, zkratu, propíchnutí cizím objektem a podobně nezačíná rychle, jako tomu bývá u řady jiných dnes používaných typů. Ještě větší výhodou než zvýšená bezpečnost je ovšem malé zastoupení drahých materiálů a tedy nízká cena. To je hlavní důvod, proč její zastoupení na trhu neustále roste. Životnost se počítá na tisíce (2000-5000) cyklů a stárnutí probíhá za běžných teplot pomalu.

Očekává se, že elektromobily, které byly uvedeny v roce 2019 do provozu, za svou životnost vyprodukují 500 000 tun odpadu v bateriích. A v roce 2040 se očekává, že dvě třetiny prodaných aut budou právě elektromobily, přičemž ty budou generovat 1 300 gigawatt-hodin bateriového odpadu, jak připomíná server Eco-business.

Pouze zhruba pět procent lithium-ion baterií z elektromobilů se přitom recykluje. Problém totiž je, že v současnosti je levnější těžit více a více nového lithia než recyklovat lithium, které již bylo použito.

Otázku recyklace řeší, nebo chce vyřešit řada společností a institucí. Pomoci (a také vydělat) by chtěli i singapurský startup NEU Battery Materials ve spolupráci s Národní univerzitou v Singapuru. Soustředí se na lithium-železo-fosfátové baterie, které používá např. Tesla, ale také jiní významní výrobci elektromobilů.

Tento typ baterií neobsahuje nikl nebo kobalt, tudíž je jejich hodnota pro recyklaci nízká ve srovnání s jinými lithium-ion bateriemi. NEU Battery Materials však přichází s technologií, díky které dokáže zpracovat lithium z těchto baterií za vynaložení nízkých nákladů. Tento proces by měl být až 100krát méně znečišťující a až 10krát výnosnější ve srovnání se stávajícími recyklačními technologiemi.

Tato nová technologie sice stále ještě prochází testováním, nicméně NEU Battery Materials už nyní plánuje vstup na trhy, kde elektromobilita hraje významnou roli, jmenovitě např. Čína či Evropa. Jestliže se tento nový způsob recyklování baterií z elektromobilů osvědčí, bude to znamenat významný pokrok nejen v cenách lithia, ale zejména se tím odstraní jeden z významných problémů, na které poukazuje kritika elektromobility.

Celosvětový prodej elektromobilů se za první čtvrtletí letošního roku zvýšil téměř o 120 procent i přes to, že ceny elektromobilů vlivem rostoucích nákladů na baterie stoupají, uvedl server Inside EVs.

Na světových trzích se loni prodalo téměř deset a půl milionu aut s elektrickým nebo hybridním pohonem, přičemž na celkových prodejích se pak tato nízkoemisní vozidla podílela 19 procenty, tedy téměř každé páté prodané auto má hybridní nebo čistě elektrický pohon.

Elektromobilů napájených pouze elektrickou energií se loni prodalo 6,6 milionů, což je více než dvojnásobek oproti 3 milionům prodaným v roce 2020.

V Evropě vzrostl prodej elektromobilů od počátku roku o 15 procent. Zatímco ještě před dvěma lety tvořila plně elektrická nebo hybridní auta jen 8 procent celkových prodejů v Evropě, nyní je to 38 procent.

Velkou část z celosvětového prodeje elektromobilů tvoří čínský trh. Za loňský rok se v Číně prodaly téměř 3 miliony elektromobilů což z celkových dvaceti milionů zde prodaných aut tvoří podíl 15 procent. Čínská vláda mimochodem již dříve ohlásila cíl dosažení podílu elektromobilů nejméně 20 procent do roku 2025.

Společnost Tesla dodala v prvním čtvrtletí rekordních 310 tisíc elektromobilů, a to i přesto, že v roce 2021 zavedla několikeré zvýšení cen a další letos v březnu. Nejvíce se daří modelům Tesla Model 3 a Model Y.

Pro srovnání, v prvním čtvrtletí loňského roku to činilo 184 tisíc vyrobených a dodaných vozů. To znamená meziroční nárůst produkce o 69 procent. Celkem za loňský rok pak společnost Tesla prodala přes 900 tisíc elektromobilů.

Současně náklady na baterie do elektromobilů po letech neustálého poklesu letos výrazně vzrostly. Průměrné náklady na úrovni bateriových článků se v prvním čtvrtletí letošního roku zvýšily z loňských 105 dolarů (zhruba dvou tisíc korun) na 160 dolarů (zhruba 3 300 korun).

Marže v bateriovém průmyslu jsou nízké, takže rostoucí náklady se přenesou na výrobce automobilů a odtud na spotřebitele. Vyšší ceny elektromobilů by tedy měly spíše utlumit nadšení kupců. Naštěstí ale mnozí experti očekávají, že náklady na baterie začnou za rok nebo dva opět klesat, a to jakmile současná vlna investic do surovin, výroby bateriových článků a recyklace začne přinášet ovoce.

Zatímco dnes si představujeme elektrárny jako mohutné budovy s komíny či chladícím věžemi, naše děti si možná pod tímto výrazem spíše představí něco zcela jiného.

Energetický systém prakticky všech zemí světa prochází radikální změnou, jak se zvyšuje podíl obnovitelných zdrojů na úkor fosilních paliv. Zatímco v první dekádě roku 2000 došlo k obrovskému nárůstu výroby elektřiny ze zemního plynu a rok 2010 byl dekádou větrné a solární energie, první náznaky naznačují, že inovace v roce 2020 může být boomem „hybridních“ elektráren.

Typická hybridní elektrárna kombinuje výrobu elektřiny s bateriovým úložištěm na stejném místě. To často znamená solární nebo větrnou farmu spojenou s velkokapacitními bateriemi. Společná práce solárních panelů a bateriového úložiště může vyrábět obnovitelnou energii, když je sluneční energie během dne na vrcholu, a pak ji podle potřeby uvolňovat po západu slunce.

Pohled na připravované projekty v oblasti energetiky a skladování energie nabízí pohled na budoucnost hybridní energetiky. Například tým z Lawrence Berkeley National Laboratory spočítal, že o připojení k síti ve Spojených státech požádaly výrobní a bateriové projekty o celkovém výkonu 1 400 gigawattů. To je více, než kolik činí celkový výkon všech stávajících elektráren v USA dohromady. Největší skupinu nyní tvoří solární projekty a více než třetina těchto projektů je takzvaně „hybridních“: to jednoduše znamená, že zahrnují jak výrobny energie (solární články) a bateriové úložiště.

„Hybridní“ elektrárny nabízejí řadu výhod, zároveň ovšem samozřejmě jejich existence vyvolávají otázku, jak by měla elektrická síť fungovat, a jak bychom ji měli provozovat.

Proč jsou hybridy populární

S rozvojem větrné a solární energie začínají mít tyto technologie velký vliv na rozvodnou síť. Zajímavý je americký příklad, protože zahrnuje celou řadu různých trhů s různými podmínkami a politickými tlaky, a přitom společným rámcem. V pevně demokratické Kalifornii již solární energie má více než 25procentní podíl na roční výroby elektřiny a její podíl se rychle zvyšuje i v dalších státech, jako je Texas, Florida a Georgia. Ve státech „větrného pásu“, od Dakoty po Texas, došlo k masivnímu rozšíření větrných turbín, přičemž Iowa nyní získává většinu své energie z větru.

Tento vysoký podíl obnovitelné energie vyvolává otázku: Jak integrovat obnovitelné zdroje, které v průběhu dne vyrábějí velké, ale proměnlivé množství energie? Zde přichází na řadu skladování. Ceny lithium-iontových baterií v posledních letech rychle klesly, protože se zvýšila jejich výroba pro trh s elektromobily. I když existují obavy z budoucích problémů v dodavatelském řetězci, konstrukce baterií se bude pravděpodobně také vyvíjet.

Kombinace solární energie a baterií umožňuje provozovatelům hybridních elektráren dodávat energii ve špičce, tedy v „nejdražších“ hodinách, kdy je poptávka nejsilnější. To může být například v letních odpoledních hodinách a večer, kdy klimatizace běží na plné obrátky. Baterie také pomáhají vyrovnávat výrobu z větrné a solární energie, „vyhladit“ špičky poptávky a ukládají přebytečnou energii, která se jinak nevyrobila, či by se případně bez užitku vypouštěla do země.

Jaká je situace? Na konci roku 2020 bylo v USA v provozu 73 solárních a 16 větrných hybridních projektů. Jejich celkový maximální výkon je zhruba 2,5 gigawattů, maximální výkon baterií je zhruba 0,45 gigawattů (tedy 450 MW, což je výkon několika uhelných bloků).

Ovšem trh s těmito elektrárnami v posledních letech doslova explodoval, a počet podaných žádostí prudce roste. Do konce roku 2021 požádalo o schválení připojení k síti více než 675 gigawattů navrhovaných solárních elektráren, přičemž více než třetina z nich byla spojena s úložištěm. „Ve froně“ bylo pak dalších 247 gigawattů výkonu ve větrných elektrárnách. Z nich zhruba 19 gigawattů, tedy asi 8 % z nich, bylo hybridních.

Žádost o připojení je samozřejmě pouze jedním z kroků při vývoji elektrárny. Developer potřebuje také dohody o pozemcích a komunitách, smlouvu o prodeji, financování a povolení. V praxi to znamená, že do komerčního provozu se v USA v letech 2010-2016 dostala pouze přibližně jedna ze čtyř nových elektráren, která si požádala žádost o připojení. Jak ovšem vidno, zájem o hybridní elektrárny velmi silně roste.

Interpretaci situace poněkud komplikuje skutečnost, že v některých amerických státech, jako je Kalifornie, jsou baterie pro nové solární developery v podstatě nebyztností. Vzhledem k tomu, že solární energie velmi často tvoří většinu ten den vyrobené energie, budování pouze dalších solárních panelů nedává velký obchodní smysl. V současné době je tak 95 % všech navrhovaných velkých plánovaných solárních projektů ve frontě v Kalifornii vybaveno bateriemi.

Otázky do budoucna

Když odborníci z Berkley analyzovali tržní data, své závěry shrnuli do deseti jednoduchých bodů:

Investice do baterií se v mnoha oblastech Spojených států dnes již vyplatí. Autoři analýzy dospěli k názoru, že přidání baterií do solární elektrárny sice zvyšuje cenu, ale zároveň zvyšuje hodnotu vyráběné energie. Umístění výroby a skladování na stejném místě může přinést výhody v podobě daňových úlev, úspory stavebních nákladů a provozní flexibility. Při pohledu na potenciál příjmů v posledních letech a s pomocí federálních daňových úlev se zdá, že přidaná hodnota ospravedlňuje vyšší cenu.

Společné umístění znamená také kompromisy. Větrná a solární energie se nejlépe uplatní tam, kde jsou větrné a solární zdroje nejsilnější, ale baterie poskytují největší hodnotu tam, kde mohou přinést největší výhody pro síť, například vyrovnávání špiček ve spotřebě. To znamená, že při výběr nejlepšího umístění s nejvyšší hodnotou je v řadě případů nezbytně kompromisem mezi dvěma odlišnými požadavky. Federální daňové úlevy, na které investoři mohou dosáhnout pouze v případě, že budují baterie společně se solárními panely, mohou v některých případech vést k neoptimálním rozhodnutím.

Neexistuje jediná nejlepší kombinace, tedy třeba nejlepší poměr výkonu panelů ke kapacitě, či výkonu baterie. Hodnota hybridní elektrárny je částečně určena konfigurací zařízení. Větší baterie určuje, jak dlouho do večera může elektrárna dodávat energii. Hodnota noční energie však závisí na místních tržních podmínkách, které se v průběhu roku mění.

Pravidla trhu s elektřinou se musí vyvíjet. Hybridy se mohou účastnit trhu s elektřinou jako jedna jednotka nebo jako samostatné subjekty, přičemž solární výrobna a bateriové úložiště se na trhu pohybují a jednají nezávisle na sobě. Hybridy mohou být také buď prodejci, nebo odběrateli energie, případně obojí. To může být komplikované. Pravidla pro účast hybridů na trhu se stále vyvíjejí a provozovatelé elektráren mohou experimentovat s tím, jak své služby prodávají.

Malé hybridy vytvářejí nové příležitosti. Hybridní elektrárny mohou být také malé, například solární a bateriové v domácnosti nebo podniku. Takové hybridy se na Havaji staly standardem, protože solární energie nasycuje rozvodnou síť. V Kalifornii se zase odběratelé potýkají s častými odstávkami energie během období zvýšeného rizika lesních požárů – některá velkokapacitní vedení se totiž vypínají v rámci prevence požárů. Stále není jasné, jak by tyto hybridy „za elektroměrem“ měly být oceňovány, a jak mohou přispět k provozu sítě.

Hybridy jsou teprve na začátku své cesty, jejich vývoj ještě zdaleka není u konce. Jejich podobu bude ještě měnit další technologických vývoj, výsledky praktického experimentování. Přesto se zdá stále jasnější, že elektrárny budoucnosti budou „pod obojí“.

Netradiční řešení nebo nesmysl?

„Hybridní“ elektrárny kombinující obnovitelné zdroje energie s bateriemi lze dnes považovat v podstatě za nepříliš inovativní koncept. Rozhodně v jejich případě lze ještě leccos zlepšovat, ovšem samotná technologie staví na metodách, které v praxi používají už desetiletí. V bouřlivé době se ovšem řada firem či výzkumných týmů pokouší trh a investory přesvědčit, že je čas na mnohem nezvyklejší řešení.

Objevuje se tak celá řada řešení, které mají někdy zajímavý potenciál, ve většině případů ovšem nejspíše skončí ve slepé uličce. Izraelský kibuc Yahel nedaleko Rudého moře používá k levnému ukládání sluneční energie vzduchové baterie. Technologie dostala chytlavý marketingový název AirBattery. Přebytečná energie ze solárních panelů vyrábí přes den páru, jež se ukládá v podzemních nádržích a po západu slunce pohání turbíny, které vyrábějí elektřinu.

Relativně tenkou ocelovou nádrž se speciálním polymerovým obložením lze umístit přímo u zdroje energie, a tím pádem za nižší cenu. AirBattery dosahují oproti lithium-iontovým bateriím sice jen 80procentní účinnosti, která ale vlivem jejich stárnutí neklesá.

Klesat by naopak s rozšiřováním výroby měla cena, která je už dnes s fotovoltaikou srovnatelná. Společnost Augwind Energy, která technologii AirBattery rozvíjí, získala od investorů 60 milionů USD a během několika příštích let chce nainstalovat tisíce MWh kapacity.

Několik firem, například americký start-up Ubiquitous Energy, chce opatřit okna mrakodrapů fólií, která obsahuje průhlednou fotovoltaiku. Povlak má tloušťku několika nanometrů, vyrobenou elektřinu odvádí systém drobných drátků. Solární okna chce firma s tržbami přes tři miliardy amerických dolarů, která se zabývá aplikacemi ve spotřební elektronice, automobilech a zemědělství, začít ve velkém vyrábět do konce roku 2023.

Cena takto upraveného skla by měla být údajně zhruba o třetinu vyšší než v případě běžného skla a energetická účinnost nižší než u tradičních solárních panelů. Firma ale přesto věří v jeho masivní rozšíření a do roku 2050 chce mít celosvětově nainstalovaných 100 milionů čtverečních metrů solárního okenního skla.

Britský gigant BP hodlá využít městské budovy jako „virtuální elektrárny“ (což je další velký trend na energetickém trhu). Ve spojení s americkou technologickou společností Blueprint Power chce majitelům komerčních budov umožnit, aby prodávali přebytečnou energii uloženou v bateriích nebo vyrobenou na střechách pomocí solárních panelů a vytvářet virtuální elektrárny s vysokým výkonem i flexibilitou.

Blueprint Power už spolupracuje s pěti největšími newyorskými vlastníky komerčních nemovitostí, kteří disponují asi 10 miliony čtverečních metrů zastavěné plochy a již dnes generují 13 MW obnovitelné energie. Do konce roku 2022 by BP chtěla disponibilní výkon téměř ztrojnásobit na 36 MW. Demonstrační projekt v městské čtvrti Queens v New Yorku, jehož součástí bude i 150 nabíjecích stanic pro elektromobily, má i významný ekologický rozměr. S provozem městských a komerčních nemovitostí je totiž spojeno až 28 % celosvětových ročních emisí skleníkových plynů.

„Virtuální elektrárny“ se na rozdíl od jiných příkladů v tomto krátkém, nereprezentativním výčtu nepochybně ještě dočkají dalšího rozšíření. Podobné systémy nabízí vícero firem, za všechny jmenuje například Siemens.

To nápad společnosti DST Innovation z Walesu to bude mít s větším rozšířením těžší. Tato společnost připravuje výstavbu celého „zeleného města“, jehož součástí bude kromě solárních elektráren i přílivová elektrárny v Bristolském zálivu u Swansea ve Velké Británii.

Mezinárodní konsorcium vedené zmíněnou DST Innovations hodlá údajně investovat 2,2 miliardy amerických dolarů (cca 50 miliard korun) do stavby energeticky plně autonomního města nazvaného Blue Eden. Součástí jeho infrastruktury by údajně měla být přílivová elektrárna využívající mořských proudů. Její výkon by měl dosáhnout až 320 MW.

Ve městě by měl stát mimo jiné i závod na výrobu high-tech baterií, plovoucí solární elektrárna s plochou 72 tisíc metrů čtverečních a datové centrum o rozloze 94 tisíc metrů čtverečních. V plánu je výstavba výzkumného centra pro oceány a změnu klimatu a přibližně 150 ekologických domů ukotvených ve vodě. První práce na výstavbě Blue Eden mají odstartovat začátkem roku 2023, tak brzy uvidíme, jak moc se velkolepé sliby podaří ve skutečnosti naplnit.

Generální ředitel společnosti Tesla Elon Musk si posteskl nad rostoucí cenou lithia. Tesla by se podle něj mohla začít angažovat v těžbě tohoto dnes klíčového kovu.

Automobily minulosti a většina automobilů přítomnosti nemůže fungovat bez fosilních paliv. Ale automobily blízké budoucnosti nebudou moci jezdit bez kovů. Zavedení elektromobilů sice patrně povede ke zmenšení uhlíkové stopy automobilismu, rozhodně ovšem povede ke zvýšení jeho materiálové náročnosti.

Automobilky na to musejí reagovat. Problém nabírá na naléhavosti s vývojem posledních několika let, a především ruskou invazí na Ukrajinu. Jasně se vyjevují slabiny přístupu, kdy firmy spoléhají na maximálně efektivní a levné dodavatelské řetězce.

Nízká cena má ovšem také svou cenu. Podobný systém je málo odolný vůči otřesům. Ať už je přinese změna chování spotřebitelů během pandemie, kdy lidé přestali utrácet za služby a začali ve velkém nakupovat zboží. Nebo je způsobí nějaké politické rozhodnutí typu ruské invaze na Ukrajinu.

Ceny surovin rostou hlavně v důsledku ukrajinské války (v kombinaci s dalšími vlivy, samozřejmě) přímo raketově. Otázka „surovinové bezpečnosti“ tak dnes výrobce elektromobilů eminentně zajímá.

Pozornost si – jako ostatně obvykle – získal ovšem hlavně spoluzakladatel a šéf společnosti Tesla Elon Musk: “Tesla se možná bude muset pustit do těžby [a] rafinace ve velkém měřítku,” tweetnul. V pozdějším tweetu pak ještě dodal: “Máme několik skvělých nápadů na udržitelnou těžbu [a] rafinaci lithia.”

Automobilky jsou si své závislosti na nerostných surovinách samozřejmě vědomy, a v posledních letech do této oblasti investovaly. Tesla si například pro své elektromobily už nyní zajišťuje budoucí produkci niklu z dolů v Austrálii, v americké Minnesotě a na Nové Kaledonii.

Tesla úzce spolupracuje s těžební společností Piedmont Lithium. Když elektromobilka spolupráci se začínající těžební firmou v roce 2020 oznámila, akcie Piedmontu vystřelily vzhůru na trojnásobek ceny.

Tesla však chce víc. V případě spolupráce s Piedmontem totiž bude samotnou těžbu stále provádět smluvní partner Tesly. Musk byl pravděpodobně do s touto formou spolupráce spokojený – ale teď mu možná nestačí a  uvažuje vstoupit do byznysu přímo.

Kdyby se Tesla stala skutečně těžařem lithia, mělo by to dalekosáhlé důsledky pro odvětví elektrických vozidel. Stane se zajištění dlouhodobých dodávek lithia strategickou nutností pro toto odvětví? Budou se další automobilky snažit zpětně integrovat do dodavatelského řetězce baterií pro elektromobily?

Obor za pár desítek miliard

Největší hráči v těžba lithia nejsou z hlediska světového byznysu až tak velcí obři. Tři největší společnosti (AlbemarleLivent a SQM) mají dohromady tržní kapitalizaci něco přes 50 miliard USD (něco přes bilion korun).

V současné situaci přitom jejich hodnotě výrazně pomáhají extrémně vysoké ceny lithia. Referenční ceny lithia se pohybují kolem 78 000 dolarů za metrickou tunu, což je od začátku roku nárůst o téměř 80 %. Cena koše materiálů pro výrobu baterií, který sleduje agentura Barron’s, od začátku roku vzrostla o 60 %, což teoreticky zvyšuje cenu elektromobilu o zhruba padesát tisíc korun.

Dodejme ihned, že uváděná čísla neposkytují zcela přesný obraz o tom, co se ve skutečnosti na trhu děje, a jaké ceny výrobci platí. Většina materiálů pro baterie se však nakupuje na základě dlouhodobých smluv. Většina uváděných cen komodit jsou spotové ceny. Ovšem pokud jsou spotové ceny vyšší než smluvní, je to znamení, že smluvní ceny budou v dohledné době růst.

Zajímavější otázkou je, co je příčinou růstu cen (tedy kromě obecného růstu cen a nákladů spojených třeba s růstem cenou energií). Odvětví těžby lithia se zdá být ve fázi solidního růstu. Podle  analýzy agentury Barron’s, která se věnuje sledování trhů a tržních trendů, náklady celé řady těžařů na produkci lithia jsou pod 10 000 dolarů za tunu. Produkční cena je tedy několikanásobně nižší, než je dnešní cena tržní.

Na obzoru není ani zjevný problém s objemem těžby. Celé odvětí investuje do růstu. Wall Street očekává, že kapitálové výdaje společnosti Albemarle budou v roce 2022 činit zhruba 1,4 miliardy dolarů, což je více než dvojnásobek úrovně před několika lety. Současné spotové ceny navíc dají těžařům dalším motivaci a příležitost investovat do přípravy a rozvoje produkčních kapacit.

Podle analytiků Barron’s se hlavním problémem zdá být spíše rychlý růst poptávky po elektromobilech. Ta stoupá rychleji, než těžaři dokážou zavádět do provozu nové kapacity i přes obecně příznivou situaci v oboru. Těžební průmysl se tedy zdá být trochu „pozadu“.

Lithium

O lithiu se dnes mluví hodně a často, nejčastěji jako o „kovu budoucnosti“. Je to veliká změna ještě proti relativně nedávné minulosti. Donedávna bylo prvkem pro člověka v podstatě nezajímavým.

Patří mezi alkalické kovy, které se nedají používat tak, jak si většinou u kovů představujeme. Lithium se v přírodě nedá najít v čisté formě, na vzduchu totiž ochotně hoří. Pokud se tedy někdy pracuje či obchoduje s čistým lithiem, tak v nějaké ochranné atmosféře, či potopeným například v petroleji či naftě. Pro každodenní použití tento extrémně měkký kov tedy mírně řečeno není zrovna praktický.

Poprvé lidé existenci lithia jako prvku zaznamenali zhruba před dvěma stoletími. Přesně v roce 1817, kdy si švédský chemik Johan August Arfwedson v brazilském nerostu všiml neznámého kovu s vlastnostmi velmi podobnými draslíku či sodíku. Pojmenoval ho lithium, od řeckého výrazu pro „kámen“ (lithos), protože se ho na rozdíl od dvou výše zmíněných prvků podařilo objevit v nerostu (draslík byl totiž objeven v rostlinném popelu, sodík byl známý i díky tomu, že je přítomen v krvi).

Dlouhou dobu se lithium využívalo spíše okrajově. Úspěšné využití našlo například v psychiatrii při léčbě bipolární poruchy. Uplatnění našlo také ve sklářství, kde je důležitou složkou transparentních glazur pro redukční výpal keramiky. Používá se i pro snižování bodu tání, úpravu viskozity a součinitele tepelné roztažnosti (třeba na materiál pro sklokeramické varné desky). Své využití našlo i v metalurgii, kde se využívá zejména k výrobě lehkých slitin pro leteckou a kosmickou techniku.

Ale skutečný lithiový boom přišel s rokem 1991, kdy se na trhu poprvé objevily lithium-iontové baterie (tehdy od Sony). Právě „lionky“ byly nezbytným doplňkem moderní spotřební elektroniky a spustily éru moderních elektromobilů. Poptávka po lithiu od té doby roste a využití v bateriích dnes trhu dominuje: v roce 2020 zhruba 70 procent světového využití tohoto kovu směřovalo do výroby baterií. (Druhé nejčastější využití bylo právě ve sklo-keramickém průmyslu.)

Poptávka po bateriích by se mohla během příštích osmi let zvýšit 15krát, odhaduje analytická společnost Rystad Energy. Podle analytiků není jisté, zda nabídka udrží s rychlým růstem poptávky krok.

Rychlému růstu poptávky po bateriích v poslední době vše přeje. Jako by nestačil plánovaný přechod k elektromobilitě v celé řadě velkých ekonomik od Evropy po Čínu, či širokou podporu obnovitelných zdrojů, přišel ještě ruský útok na Ukrajinu. V jeho důsledku lze očekávat ještě zrychlení odklonu od fosilních paliv minimálně v Evropě.

Nárůst poptávky po bateriích měl být i tak v příštích letech ohromný, odhadovala na začátku března analytická společnost Rystad Energy. Podle jejího odkadu by se do roku 2030 mohla poptávka přiblížit devíti terawatthodinám (TWh) ročně, což je patnáctinásobek úrovně z roku 2021.

Z nedávné minulosti jsme přitom byli zvyklí na rychlý pokles cen baterií. Podle dat Rystadu celosvětová poptávka po bateriích v roce 2021 činila 580 gigawatthodin (GWh), což je více než dvojnásobek roku 2020, přesto s ní nabídková strana (tedy výroba) dokázala držet krok. Trend se ovšem v příštích letech podle analytiků firmy může změnit, protože zájem o bateriové technologie v osobních vozidlech a stacionárních úložištích výrazně vzroste, což zatíží dodavatelský řetězec.

Tato prognóza poptávky je v souladu se scénářem globálního oteplování o 1,6 stupně a se změnami, které vyžadují energetické systémy. Není také omezena žádnými potenciálními problémy s dodávkami. Z hlediska komponent budou v tomto desetiletí trhu dominovat lithium-iontové baterie, ačkoli kolem roku 2030 by měla začít růst poptávka po sodíkových bateriích (ty jsou určeny především pro stacionářní úložiště baterie).

Nejvýznamnější podíl na budoucím růstu baterií budou mít osobní elektromobily, které budou do konce desetiletí představovat přibližně 55 % celkové poptávky. Očekává se, že poptávka po těchto bateriích dosáhne do roku 2030 4,9 TWh, což je více než 13krát více než relativně malá celková hodnota 373 GWh v roce 2021.

Dalším nejvýznamnějším tahounem poptávky budou stacionární úložiště s předpokládanou poptávkou více než 2,5 TWh v roce 2030, tedy zhruba 29 % celkového trhu. Potřeba skladování by měla prudce vzrůst ze 139 GWh v roce 2021, protože v energetickém mixu by v souvislosti s odklonem světa od fosilních paliv měly hrát stále větší úlohu obnovitelné zdroje energie. To zvýší potřebu skladování elektřiny v době, kdy je výkon obnovitelných zdrojů energie vysoký, na období, kdy výkon klesá, například v době, kdy je rychlost větru nízká, jak se stalo v Evropě v loňském roce. Pro tvorbu stacionárních úložišt je možné využívat starší baterie z elektromobilů, ovšem těch bude v dohledné době nedostatek. Významnou roli v tomto sektoru začnou podle odhadů hrát až po roce 2040.

Uloženo v sodíku

Sodíkové baterie jsou robustní typ úložiště využívající anorganických elektrolytů. Během vybíjení záporná sodíková elektroda oxiduje na oxid sodný a na rozhraní elektrody a elektrolytu se vytváří sodíkové ionty. Ty putují přes membránu z oxidu hlinitého (Al2O3) na kladnou elektrodu, kde se redukují za vzniku sulfidu sodného (Na2S4). Při nabíjení probíhá pak proces opačný.

U sodíko-sírových baterií a dalších podobných typů, jako jsou třeba vanadové průtokové baterie, určuje celkovou kapacitu do značné míry velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, které jsou samy o sobě poměrně levné. Stejně jako u jiných průtokových baterií, například vanadových redox baterií, je tedy poměrně levné navýšit kapacitu úložiště, naopak je relativně drahé zvyšovat jejich výkon, jinak řečeno velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku.

Tento typ bateriá by měl být podstatně odolnější vůči provoznímu opotřebení než lithium-iontové baterie. Ovšem technologie se v praxi příliš nepoužívá, a tak jsou zatím podobné údaje založené na velmi omezeném množství reálných dat. Ale několik komernčních společností přesto už chce začít, nebo začíná s komerčními dodávkami.

Elektrifikace se v budoucnu dočkají především lehká a středně těžká užitková vozidla, která do roku 2030 přispějí k poptávce přibližně 1 TWh. Elektrifikovaná letecká a lodní doprava budou mít rovněž potřebu baterií, ale celková poptávka z těchto odvětví nebude mít na globální obrázek významný vliv.

„Růst poptávky po bateriích je s urychlujícím se přechodem na energetiku nevyhnutelný, ale globální nabídka bude bez výrazných investic nebo zlepšení technologie baterií v nejbližší budoucnosti nedostatečná. Na základě oznámených cílů dosáhne nabídka baterií do roku 2030 5,5 TWh, což pokryje pouze asi 60 % očekávané poptávky. Po celém světě se rychle staví gigatovárny a tento výhled dodávek se pravděpodobně změní. Přesto nelze význam těchto pokračujících investic podceňovat,“ uvedl v tiskovém prohlášení Marius Foss, vedoucí globálních energetických systémů ve společnosti Rystad Energy.

Asie na prvním místě

Poptávce po bateriích bude do roku 2030 dominovat Asie, konkrétně především Čína. V daném modelu a při předpokládaném tempu klimatických změn (která může ovlivnit mimo jiné i ochotu veřejnosti k elektřifikaci a její podpoře) se asijská poptávka na celosvětovém trhu s bateriemi bude podílet ze 41 procent a dosáhne 3,6 TWh.

Aby Čína uspokojila domácí i mezinárodní poptávku, hodlá do roku 2030 pokrýt 50 % celosvětové výroby článků, což urychlí ambiciózní plány domácích výrobců, jako jsou CATL, Gotion High-Tech a SVOLT. Naléhavá poptávka na domácím trhu a dohody o odběru s několika předními výrobci automobilů na celém světě jsou hnací silou plánovaného prudkého rozšíření kapacity výroby článků v regionu.

Také evropská a severoamerická poptávka po bateriích se bude do konce desetiletí neustále zvyšovat a dosáhne 1,9 TWh, resp. 1,7 TWh. Výrazně vzrostou i trhy na Blízkém východě a v Jižní Americe, ale těmto třem největším regionům se nepřiblíží. Poptávka v Africe se bude v příštích několika letech postupně zvyšovat a poté se podle modelu Rystadu prudce zvýší o více než 350 % z 50 GWh v roce 2027 na 227 GWh o pouhé tři roky později.

Několik regionů urychluje úsilí o rozvoj domácího dodavatelského řetězce, aby se vyhnulo přílišné závislosti na dovozu baterií z Asie. V Severní Americe bylo v roce 2021 oznámeno 10 velkých závodů, z nichž sedm je součástí společných podniků mezi výrobci článků a automobilkami.

Přibližně 77 % nově oznámených projektů v tomto regionu tvořily v loňském roce „joint ventures“. V Evropě je rozšíření dodávek baterií zřejmě motivováno snížením závislosti tamního autoprůmyslu na Asii. Více než polovina plánovaných projektů je určena k lokalizaci výrobních kapacit. Zhruba třetina všech oznámených projektů na stavbu nových výrobních kapacit baterií či článků jde na vrub právě evropským výrobcům.

Proč baterie zlevňují?

Když se dnes mluví o bateriích, často se opakuje, že jsou stále příliš drahé. Ovšem na začátku 90. let, kdy se na trhu poprvé objevily dnes dominantní “li-onky”, byly přímo nekřesťanské drahé: zhruba 30krát dražší než dnes. Podle nedávné studie totiž cena lithiových akumulátorů za poslední tři desítky let klesla zhruba o 97 procent. Co za tímto rychlým poklesem cen stálo?

Na to se pokusila odpovědět v nové práci skupina odborníků z MIT. Podle nich byly zdaleka nejsilnějším faktorem úspěšné investice do výzkumu a vývoj, zejména v oblasti chemie a materiálových věd.

Jejich přínos byl větší než úspory z rozsahu – tedy úspory dané tím, že se baterie začaly vyrábět skutečně ve velkém v optimalizovaných závodech (ovšem úspory z rozsahu přispěly ke snížení cen druhým největším dílem). Nová zjištění byla zveřejněna v článku, který vydal odborný časopis Energy and Environmental Science.

Zjištění by mohlo údajně pomoci i při dalším plánovaní firem i států v této oblasti. Profesorka Jessika Tranciková (skutečně se píše s “k”) se nechala slyšet, že i další výhledy jsou poměrně optimistické, alespoň tedy podle analýzy, kterou udělal její tým. V technologii elektrochemických baterií jsou prý stále ještě značné rezervy a tedy prostor pro další pokles cen.

Autoři dospěli k závěru, že více než polovina z celkového poklesu ceny je důsledek úspěšného výzkumu a vývoje. Tam autoři zahrnuli veškerý výzkum a vývoj bez ohledu na zdroj a formu financování: patří tam R&D v soukromém sektoru, tak ve státních či veřejně financovaných institucích. Dritvá část tohoto poklesu nákladů v rámci této kategorie výzkumu a vývoje byla důsledek pokroku v chemickém a materiálovém výzkumu.

To není samozřejmě. Odobrníci se pokoušeli v minulosti přistupovat v k problému z různých úhlů a různých stran. Vylepšovala se konstrukce samotných bateriových článků, výrobní zařízení a postupy, docházelo (a dochází) k neustálé optimalizaci dodavatelských řetězců atd.

Z hlediska strategie podpory výzkumu a vývoje je zajímavé i to, že pokles ceny byl z velké části výsledkem investic realizovaných až po komercializaci technologie lithium-iontových baterií. Tedy ve fázi, kdy se někteří analytici domnívali, že přínos výzkumu bude méně významný. Ve skutečnosti hrál ovšem tento vliv ve snížování ceny hlavní vliv ještě téměř čtvrt století po uvedení baterií na trh.

Load More