Skupina ČEZ chce do konce roku rozhodnout, s kým postaví továrnu na baterie v areálu bývalé hnědouhelné elektrárny Prunéřov I na Chomutovsku. Novinářům to řekl 30. září ředitel společnosti Daniel Beneš. První fáze projektu by podle něj mohla být hotova kolem roku 2025.

Plánovaná česká továrna na baterie do elektromobilů, takzvaná gigafactory, by mohla podle informací ČEZ vyrobit baterie o kapacitě více než 30 gigawatthodin, což vystačí pro 400 až 800 tisíc osobních automobilů ročně.

„Je to tak, že jednání se Škodou Auto z koncernu Volkswagen vedeme skoro celý rok, ale je ještě předčasné komentovat finální dohodu, protože tu jsme ještě neudělali,“ uvedl Beneš s tím, že jednání pokračují vedle toho s dalšími partnery převážně z Asie. Premiér Andrej Babiš (ANO) uvedl, že 11. října přijede předseda představenstva Volkswagenu.

Memorandum o podpoře plánovaného projektu továrny na baterie v Česku podepsali na konci července vicepremiér Karel Havlíček (za ANO) a ředitel ČEZ. Podle dřívějších informací má investice v první fázi činit minimálně 52 miliard korun a v souvislosti s ní se předpokládá vznik minimálně 2300 nových pracovních míst. Favoritem pro stavbu je právě areál bývalé hnědouhelné elektrárny Prunéřov 1, kterou ČEZ loni odstavil.

Bude světová?

Znamenalo by to tedy nejspíše, že ČEZ plánuje roční kapacity zvažované “obrtovárny” někde v rozmezí 20-50 gigawatthodin roční výroby. Je to samozřejmě pouze hrubý odhad, který je založený na průměrné kapacity baterie elektromobilu kolem 50 kWh (v roce 2021 byla 43 kWh).

To je plně srovnatelné s Gigafactory 1, známé také jako Giga Nevada, tedy první závodem tohoto typu, který postavily v Nevadě společnosti Tesla a Panasonic (podíl Panasonicu byl významný a jeho technologie byly pro rozjezd klíčové).

Na pohled není skromný cíl. Nevadská Gigafactory 1 byla v roce 2020 největším výrobnou baterií ve světě a vyrobila baterie s kapacitou cca 37 GWh. ČEZ tedy v podstatě říká, že chce zvládnout podobý úkol jako Tesla. Je ovšem nutné vzít v úvahu, že know-how na stavbu podobných podniků rychle přibývá a postavit desátou či dvacátou továrnu takového typu už nebude tak obtížný úkol jako postavit první.

odle Venkata Srinivasana, ředitele Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science, by jen Spojené státy k pokrytí předpokládané poptávky mohly během 15 let potřebovat 20 až 40 gigatováren s celkovou terawattovou kapacitou nových baterií. “Právě teď na to Spojené státy nemají dostatek materiálů, takže klíčem k rozjezdu výroby bude náhrada části dnes používaných materiálů a recyklace,” řekl Srinivasan pro IEEE Spectrum.

General Motors, který se snaží bojovat s dnes dominantními asijskými výrobci, staví v Ohiu a Tennessee továrny s celkovou kapacitou 70 gigawattů. To je dvojnásobek kapacity nevadské gigatovárny společnosti Tesla.

Ford plánuje ve spolupráci s jihokorejskou společností SK Innovation zvýšit do roku 2030 kapacitu v Severní Americe na 140 GW, a celosvětově na 240 GW. Ford odhaduje, že k tomu bude zapotřebí šest továren ve Spojených státech a deset ve zbytku světa.

Ale i tak samozřejmě půjde o projekt, na kterém se dá leccos zkazit. Konečné rozhodnutí by mělo padnout v roce 2023, pak by mohla následovat stavba závodu s tím, že zahájení těžby by bylo v roce 2025. V současnosti prý běží práce na povolovacích řízeních včetně běžícího procesu EIA (posudek vlivu na životní prostředí).

České lithium

Většina expertů, které nedávno oslovila ČTK, se shodla, že plánovaný vznik továrny na baterie pro elektromobily v Česku je pro tuzemský automobilový průmysl kvůli vývoji na trhu a směřování Evropy k nízkoemisním zdrojům téměř nutností.

Šéf ČEZ Beneš nedávno uvedl, že továrna na baterie pro elektroautomobily by při optimistickém scénáři mohla v ČR stát mezi roky 2026 až 2028. Dodal, že výše podpory státu pro plánovanou stavbu gigafactory v tuto chvíli není dojednaná, tvořit ji podle něj má přímá podpora i daňové úlevy.

Vedoucí odboru surovinového informačního systému České geologické služby Jaromír Starý uvedl, že v Česku je v současnosti evidováno 571,5 milionu tun rudy s 1,14 milionu tun lithia.

Uvedl, že v ČR jsou proti dřívějším třem už jen zhruba dvě procenta světových zdrojů lithia. „Průzkumy a přírůstky zdrojů ve světě pokračují,“ vysvětlil. V Česku je malé množství na ložisku ve Slavkovském lese a naprostá většina na Cínovci. „Předmětem dobývání budou nejbohatší a nejpřístupnější části cínoveckého ložiska,“ dodal.

Pestré složení cínovecké rudy znamená, že zpracování by probíhalo v několika krocích. Separace wolframu a cínu se dá nejspíše provádět odstředivou silou, protože nerosty, ve kterých tyto dva prvky jsou na Cínovci obsaženy, jsou poměrně těžké. V podstatě jde o průmyslovou obdobu rýžování zlata, při kterém při rotaci postupně vypadávají z pánve lehčí složky, až na místě zůstanou nejtěžší zlatá zrna.

Cinvaldit, tedy nerost obsahující lithium, by se měl údajně z rozdrcené rudy získávat magnety. Společnost European Metal Holding tvrdí, že by mělo jít o proces velmi efektivní, s výnosem 92 procent, což je z hlediska těžařů výrazné plus.

Americká automobilka Ford Motor a jihokorejský výrobce baterií SK Innovation investují ve Spojených státech 11,4 miliardy USD (247,7 miliardy Kč) do závodu na výrobu elektrického vozu F-150 a tří závodů na výrobu baterií. Investice má zatím největší výrobní investicí, jakou Ford za 118 let své existence oznámil, a urychlí jeho přechod k výrobě elektrických vozů.

Ford nyní očekává, že do roku 2030 budou mít elektrické vozy na jeho celosvětové výrobě podíl 40 až 50 procent. Původně počítal, že podíl bude 40 procent.

Ford plánuje ve spolupráci s jihokorejskou společností SK Innovation zvýšit do roku 2030 svou výrobní kapacitu v Severní Americe na 140 GW, a celosvětově na 240 GW. Ford odhaduje, že k tomu bude zapotřebí šest továren ve Spojených státech a deset ve zbytku světa.

Společnosti očekávají, že otevřením závodů vytvoří celkem 11 tisíc pracovních míst. Montážní závod spolu s jedním závodem na baterie se bude nacházet v Tennessee a celý komplex bude zhruba třikrát větší než sto let starý komplex Fordu v Dearbornu v Michiganu. Další dva závody na baterie budou ve státě Kentucky, uvedla provozní ředitelka severoamerické pobočky Fordu Lisa Drakeková.

Jihokorejská firma SK dodává baterie pro elektrické vozy mimo jiné automobilkám Ford Motor a Hyundai Motor. Závody na baterie má v USA, Maďarsku, Číně a Jižní Koreji. Dnes patří do “velké šestky” výrobců, které vládnou trhu s bateriemi do elektromobilů, a dohromady dnes pokrývají více než 85 procent poptákvy.

PořadíFirma
Odběratelé
Výroba (v GWh)Tržní podíl (v %)
Růst mezi lety 2016 a 2020 (v %)
1Contemporary Amperex Technology Co. (CATL)BMW, Dongfeng Motor Corp. Honda, SAIC Motor Corp. Stellantis, Tesla, Volkswagen Group, Volvo Car Group21,5
26
3400

2LG Energy SolutionGeneral Motors, Groupe Renault, Stellantis, Tesla, Volvo, VW Group21,4 26 1193
3PanasonicTesla, Toyota14,1 17 214
4Samsung SDIBMW, Ford, Stellantis, VW Group5,5 7399
5BYD Co.BYD, Ford5,57113
6SK InnovationDaimler, Ford, Hyundai, Kia3,44226
7China Aviation Lithium Battery (CALB)GAC Motor, Zhejiang Geely Holding Group Co.2,73321
8Gotion High-TechChery Automobile Co., SAIC, VW Group1,4223
9Automotive Energy Supply Corp. (AESC)Groupe Renault, Nissan1,42 46
10Ruipu Energy Co. (REPT)Dongfeng, Yudo Auto0,61100
Další4,25122
Celkem81,6100355
Největší světoví výrobci baterií v roce 2020. (Zdroje: IEEE Spectrum, Adamas Inteligence, Businesskora, Electrive, BMW, Ford, Honda, Volvo)

S dalšími třemi továrnami v USA bude roční kapacita výroby baterií firmy SK v zemi činit zhruba 150 gigawatthodin (GWh). Jejím cílem je do roku 2025 zvýšit celosvětovou globální kapacitu výroby na 200 GWh ze současných 40 GWh.

Nejen Ford

Podobné plány mají i další automobilky, včetně těch amerických, které byly dlouhop považovány za “elektroskeptiky”. Především společnost General Motors na konci ledna 2021 překvapila. Její šéfka Mary T. Bara oznámila úplný přechod k „bezemisním“ vozům do roku 2035. Není to zrovna termín, který by byl „za rohem“, na druhou stranu jde o termín dobrovolný.

Spojené státy přitom (alespoň zatím) v tomto ohledu volnější legislativu než Evropská unie. Odráží to fakt, že politická shoda na přechod k elektromobilitě či jiným bezemisním typům pohonu je menší než v Evropě. Země je také producentem a čistým exportérem ropy a dalších fosilních paliv, na rozdíl od EU.

Ovšem firma svůj přechod k „čisté mobilitě“ firma oznámila jen den poté, co Biden podepsal nový tzv. exekutivní příkaz, který stanovil boj proti změně klimatu jako jednu z priorit jeho administrativy.

První Hummer s čistě elektrickým pohonem (Foto: GMC)
První Hummer s čistě elektrickým pohonem (Foto: GMC)

General Motors, který se snaží bojovat s dnes dominantními asijskými výrobci, staví v Ohiu a Tennessee továrny s celkovou kapacitou 70 gigawattů. To je dvojnásobek kapacity nevadské gigatovárny společnosti Tesla.

První “megatovárna” GM by měla nést název Ultium Cells, který obsahuje anglické slovo pro články („cells“) a obchodní název technologie, na niž firma sází. Baterie Ultium by se měly v mnoha ohledech lišit od standardu, který vytyčily Tesla a společnost Panasonic.

GM pracuje s články v pytlících, ne válcovitými. Jde podle dostupných údajů o prostorově nejefektivnější řešení, které využívá 90 až 95 procent dostupného objemu baterie. Firma také od začátku míří na články s vysokou kapacitou. Zatímco největší článek Tesly, typ 4680, má kapacitu kolem 90 kWh, General Motors bude vyrábět moduly kapacitou cca 50 až 200 kWh v závislosti na typu vozu.

Nejvýkonnější moduly s kapacitou 200 kWh obsahují de facto ovšem dva články zapojené v sérii s celkovým napětím 800 voltů (V). Díky tomu se od začátku může počítat s možností rychlého dobíjení výkonem až 350 kW, což zhruba odpovídá tempu dobití na 150 kilometrů jízdy za 10 minut. Menší moduly pracují s napětím 400 V a nabíjení tedy bude omezeno maximálně na cca 200 kW.

S technologií známou zatím jako Ultium 1.0 by automobilka měla jednoduše řečeno dostat od stejného objevu mnohem více energie. GM uvádí, že baterie by měla mít cca o 60 procent vyšší energetickou hustotu než stávající baterie u modelu Bolt. Takové tvrzení je těžké ověřit, také není jasné, jak přesně výpočet probíhal.

Světovému obchodu s bateriemi dominuje vybraná hrstka. Jen šest společností dodalo v roce 2020 87 procent všech bateriových článků do elektromobilů. Firmy BYD, CATL, LG Energy Solution, Panasonic, Samsung SDI a SK Innovation.

Zdaleka největším odběratelem byla společnost Tesla. Ta ve stejném časovém období do automobilů namontovala baterie s celkovou kapacitou 22,5 gigawatthodiny. To bylo téměř stejně jako součet produkce pěti nejbližších konkurentů dohromady: BYD, Hyundai, Mercedes, Renault a Volkswagen.

PořadíFirma
Odběratelé
Výroba (v GWh)Tržní podíl (v %)
Růst mezi lety 2016 a 2020 (v %)
1Contemporary Amperex Technology Co. (CATL)BMW, Dongfeng Motor Corp. Honda, SAIC Motor Corp. Stellantis, Tesla, Volkswagen Group, Volvo Car Group21,5
26
3400

2LG Energy SolutionGeneral Motors, Groupe Renault, Stellantis, Tesla, Volvo, VW Group21,4 26 1193
3PanasonicTesla, Toyota14,1 17 214
4Samsung SDIBMW, Ford, Stellantis, VW Group5,5 7399
5BYD Co.BYD, Ford5,57113
6SK InnovationDaimler, Ford, Hyundai, Kia3,44226
7China Aviation Lithium Battery (CALB)GAC Motor, Zhejiang Geely Holding Group Co.2,73321
8Gotion High-TechChery Automobile Co., SAIC, VW Group1,4223
9Automotive Energy Supply Corp. (AESC)Groupe Renault, Nissan1,42 46
10Ruipu Energy Co. (REPT)Dongfeng, Yudo Auto0,61100
Další4,25122
Celkem81,6100355
Největší světoví výrobci baterií v roce 2020. (Zdroje: IEEE Spectrum, Adamas Inteligence, Businesskora, Electrive, BMW, Ford, Honda, Volvo)

Ve stejné době se zvedla „poptávková tsunami“. Ta vyvolala nebývalý tlak na dodavatelské řetězce materiálů pro baterie a motory a vyvolalo prudký nárůst cen lithia, niklu, kobaltu, neodymu, praseodymu, dysprosia a terbia.

Jak uspokojit poptávku

Jak svět uspokojí svět poptávku po bateriích? Podle Venkata Srinivasana, ředitele Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science, by jen Spojené státy k pokrytí předpokládané poptávky mohly během 15 let potřebovat 20 až 40 gigatováren s celkovou terawattovou kapacitou nových baterií. “Právě teď na to Spojené státy nemají dostatek materiálů, takže klíčem k rozjezdu výroby bude náhrada části dnes používaných materiálů a recyklace,” řekl Srinivasan pro IEEE Spectrum.

General Motors, který se snaží bojovat s dnes dominantními asijskými výrobci, staví v Ohiu a Tennessee továrny s celkovou kapacitou 70 gigawattů. To je dvojnásobek kapacity nevadské gigatovárny společnosti Tesla.

Ford plánuje ve spolupráci s jihokorejskou společností SK Innovation zvýšit do roku 2030 kapacitu v Severní Americe na 140 GW, a celosvětově na 240 GW. Ford odhaduje, že k tomu bude zapotřebí šest továren ve Spojených státech a deset ve zbytku světa.

Tempo růstu je ale již dnes ohromující. Společností CATL (Contemporary Amperex Technology) a LG Energy Solution v posledních čtyřech letech vyrostly řádově o tisíce procent.

Stará technika, nové triky

Rychlý nárůst poptávky může vytvořit něco, co banka Goldman Sachs nazývá „komoditním supercyklem“. Ten může dlouhodobě zatížit dodavatelské řetězce a ceny lithia a dalších materiálů (například vzácných kovů). O přijetí elektrických vozidel také rozhodnou do značné míry vlády a spotřebitelé. Růst a vládní signály v souvislosti s klimatickou krizí však naznačují, že přichází období boomu v oblasti baterií.

Zvláště patrné je v to ve výrobě výkonných článků. Všichni výrobci automobilů se rádi chlubí nejlepším dojezdem nebo výkonem ve své třídě. Navíc mohou zákazníky oslnit rychlým nárůstem těchto parametrů. Energetická hustota bateriových článků se za posledních deset let téměř ztrojnásobila a přední chemické články nyní dosahují mohou obsahovat 300 watthodin na kilogram.

Ale zároveň musí výrobci myslet na to, co do svých baterií dávají. Některé materiály budou nedostatkovější, a tedy dražší než jiné. Příkladem může být kobalt. Ten se z velké části těží v podmínkách, které by do 21. století neměly patřit. A firmy pak samozřejmě slyší i na to, že vzhledem k rozsahu nabídky může jeho cena rychle stoupat.

Rizikový kobalt tak v bateriích nahrazují jiné prvky, především nikl. Závod o zvýšení obsahu tohoto kovu v bateriích vede dnes společnost LG Energy Solution. Výkonné NCMA články (nikl, kobalt, hořčík, hliník) této jihokorejské společnosti budou brzy pohánět Tesly vyráběné v Číně a řadu elektromobilů General Motors. Mají také nejvyšší zastoupení niklu v odvětví: elektrolyt ho obsahuje 88 %.

Přitom kapacita je vyšší než u starších modelů s vyšším obsahem kobaltu. Výrobci tak mohou do daného prostoru vtěsnat více energie a dojezdové vzdálenosti, aniž by museli zásadně měnit konstrukci baterií.

O krůček níže jsou články NCM811 od hráčů, jako je Contemporary Amperex Technology Co. (CATL), LG a SK Innovation, s poměrem niklu, kobaltu a manganu zhruba 8:1:1. Castilloux říká, že jedním z triků je přidat nikl a omezit kobalt a zároveň zajistit tepelnou stabilitu, protože požáry škodí obchodu.

Adamas Intelligence uvádí, že 60 % všech baterií osobních elektromobilů nasazených v roce 2020 bude obsahovat články s vysokým obsahem niklu, jako jsou články NCA nebo NCM řady 6 až 8.

Zkušebnou nové a zatím ve velkém nenasazované technologie NCMA je dnes Čína. Ale výrobci s nimi nechtějí v Číně zůstat, chtějí prorazit na západní trhy.

Ale na technologii je ještě co zlepšovat. Například špičkové články společnosti CATL se v současnosti vyrábí velmi neefektivně. Společnost neustále rychle navyšuje výrobu a procesy ladí teprve postupně. Podle Castillouxe v současné době na každý vyrobený článek CATL s vysokým obsahem niklu připadá zhruba jeden vadný článek, který jde na recyklaci (což je také špatné pro obchod).

Baterie pro masy?

Určitě to nebude jen neustálý pochod směrem k lepším a výkonnějším bateriím. Na výsluní se například vrací lithium-železo-fosfátové (LFP) baterie, které byly kdysi považovány za zastaralé. A to zejména v Číně, kde společnost Contemporary Amperex Technology Co. (CATL), která je nyní největší světovou bateriovou společností, dodává LFP pro standardní model 3 společnosti Tesla.

Elon Musk nedávno vyvoval značnou pozornost, když naznačil, že Tesla dlouhodobě přechází na levnější, bezkobaltové baterie LFP. „To je vlastně dobře, protože železa je na světě dost,“ řekl v červenci 2021 před novináři.

LFP stále tvoří méně než 10 % všech li-ion článků. Ovšem podle analytiků se množství do výrobků článků v druhé polovině roku 2020 meziročně zvýšilo o 600 %. LFP má menší energetickou hustotu než na nikl bohaté litihum-iontové články, ale jejich katodové materiály jsou levnější.

K řešení nevýhod v oblasti účinnosti přispívá konstrukce „cell-to-pack“, která upouští od použití nesčetných válcových článků uspořádaných do modulů. Větší hranolové články se integrují přímo do balení, což šetří místo, snižuje počet součástek a zjednodušuje chlazení a připojení. „Balení je v podstatě jeden velký modul,“ říká Castilloux.

Nejprodávanější čínský elektromobil, Wuling Mini za 4 500 dolarů, používá balíčky LFP od výrobců, jako je Hefei. Srinivasan říká, že LFP se pro některé aplikace jeví jako ideální. “Levnější auto s LFP, které vydrží dlouho a ujede kolem 250 kilometrů, není špatné,” říká.

Objevuje se nový, v podstatě celosvětový trend: výrobci automobilů – včetně General Motors, Tesly a Volkswagenu – používají baterie s vyšším obsahem niklu (a případně dalších dražších surovin) pro vozy s delším dojezdem nebo vozy sportovní. Baterie LFP se pak používají pro levnější, základní modely.

Během nedávného horovu Elona Muska s investory se objevila věta, která nejednoho fanouška i akcionáře mohla vyděsil: Musk řekl, že výroba nového elektrického článku pro vozy firmy narazila na “úzké hrdlo”. Firma sice pokročila v případě výroby, ale do jejího rozjezdu ještě zbývá spoustu práce.

Výraz “úzké hrdlo” znalcům Tesly totiž připomíná téměř smrtelné období firmy na přelomu let 2017 a 2018. Kalifonrská společnost tehdy měla veliké problémy s přípravou výroby Modelu 3. Musk musel vyškrabávat poslední finanční rezervy a přespával v kanceláři.

Model 3 samozřejmě uspěl, a firma se díky němu nadechla k dalšímu ohromnému růstu. Může se zdát, že tentokrát jsou sázky nižší – jde “jen” o novou baterii – ale tak to není.

Význam nového článku s označním 4680 pro Teslu je těžké přecenit. Měl by totiž dodat “šťávu” Muskovům sny o milionůch elektromobilů ročně. Dojezd vozů by se měl zvýšit o více než 50 %, 16 % z toho díky vyšší energetické hustotě nového článku, a náklady na baterie by měly klesnout na polovinu. Díky tomu by se v prodeji měla v příštích letech objevit Tesla za 25 tisíc dolarů, tedy zhruba půl milionu korun. (V Česku by samozřemě byla dražší minimálně o HDP.)

O hodně lepší váleček

Články v bateriových souborech jejích modelů dodnes velmi nápadně připomínají tužkové baterie. První generace článků Tesly se tak nazývala 18650, protože měla rozměry 18 na 65 milimetrů (tužkové baterie AA mají 14,9 na 50 mm, tyto první baterie Tesly tedy nebyly o mnoho větší). Pak přišly větší 2170 (21 na 70 mm), které měly tedy zhruba o polovinu větší objem. V září 2020 pak Tesla oznámila přechod na větší články 4680, které už mají zhruba pětkrát vyšší kapacitu než původní články 18650.

K tomuto údaji jedna poznámka, která dobře vystihuje Muskův postoj k reklamě a marketingu: během zmíněné prezentace v září 2020, během tzv. Battery Day, se opakovaně mluvilo o několikanásobně vyšší kapacitě. Nikdo ovšem zároveň jedním dechem nedodal, že zvýšení kapacity je dáno téměř úplně prostě zvýšením objemu baterie. Ne že by Tesla vysloveně lhala. Neudělala ale nic pro to, aby nezkušené posluchač nedošel ke špatnému závěru.

Vysloveně nepřesné pak bylo tvrzení, že nové baterie v automobilech Tesla jsou unikátní svou “strukturální konstrukcí”. To jednoduše znamená, že články jsou v baterii (paralelně) zapojeny co nejefektivněji, tedy aby se uspořilo místo a hmotnost. Ale stejný princip už použvají i další výrobci, například v mikroelektromobilu Wuling Mini.

Skutečných novinek je ale i přes tyto výhrady dost. Jedna spočívá ve způsobu odvodu a přívodu elektřiny ze samotného aktivního materiálu na póly baterie. To mají na starost v článcích malé vodivé prvky – anglicky nazývané „tabs“ – obvykle vyrobené z niklu, hliníku, případně mědi. „Tabs“ jsou jedním ze slabších míst baterie. Když se baterie rychle nabíjí či vybíjí, právě v těchto kovových prvcích vzniká velké množství tepla – což je pro lithiovou baterii samozřejmě velký problém.

Tesla si v roce 2020 podala patent na baterie, které se bez těchto vodivých prvků mají zcela obejít (baterie s „tabless“ elektrodami). Změna by měla údajně výrazně zjednodušit výrobu. Umísťování a připevňování „tabů“ totiž podle Muska i Baglina výrazným způsobem zdržovalo výrobu článků. Proces není okamžitý, a tak se kvůli němu musí článek na své cestě linkou zastavit. Bez těchto prvků se údajně může linka pohybovat v podstatě kontinuálně. Můžeme si ji údajně představit jako například plnicí linku na nápoje.

Odstranění kovových prvků by také mělo údajně velmi výrazně snížit množství odpadního tepla, které vzniká při rychlém nabíjení baterií. Což v důsledku může vést k nabíjení většími proudy a tedy zkrácení zastávek na dobíjecích stanicích.

Samozřejmě to je spíše hypotetická úspora. Rychlost dobíjení do značné míry záleží na parametrech samotných nabíječek, které provozovatel z pochopitelných důvodů nemůže měnit každý rok. Doma také tak velkými proudy těžko bude někdo dobíjet. „Tabless“ baterie by však mohly mít například zvýšenou životnost. Vyšší teploty bateriím rozhodně neprospívají.

Model článku 4680 společnosti Tesla (kredit Reddit user u/Bimmer3389)
Model článku 4680 společnosti Tesla (kredit Reddit user u/Bimmer3389)

Bez kanálů

Novým typem baterie by měla do jisté míry i dohánět konkurenci. Ještě v Modelu 3 totiž používá systém chlazení, který není úplně efektivní. Mezi řadami článků má kanálky na odvod odpadního tepla, které vlastně nejsou zapotřebí. Většina tepla totiž vzniká na obou koncích článků. Dělat mezi nimi místo na kanály je podle jiných výrobců znalců oboru v podstatě zbytečně.

Samozřejmě, znalcům nemusíte věřit. V případě Tesly se už mnohokrát mýlili. V tomto případě ale v podstatě uznává svou chybu i Tesla sama. Nové “balení” baterie kanálky mezi články mít nebude, místo toho budou články umístěny na kapalinou chlazené desce. Velmi podobně jako to je u elektromobilů GM, Fordu, Volkswagenu, Porsche a tak dále a tak podobně.

Místo by se mělo uspořit i jinak. Konstruktér a konzultant Sandy Munro, který proslul svým YouTube kanálem, kde rozebíra elektromobily, nedávno odhadl, že Tesla dokáže zvýšit výkon bateriových celků o více než 50 procent při zachování stejných rozměrů. Do rozměrů baterie pro Teslu 3, která má kapacitu 72 kWh, by se podle něj mohla vejít nová baterie s kapacitou cca 130 kWh.

Kromě zmíněné úspory vzniklé změnou chladícího systému by k tomu měly významně přispět i další změny v konstrukci. Více dílů by mělo být slepeváno, a také svařované části konstrukce se dají udělat efektivněji. Celkem by tam nové bateriové celky podle něj mohly obsahovat o 30 až 40 procent méně oceli.

Trochu to osolíme…

Nový typ 4680 bude mít pozměněné například i elektrody. Jedna změna bude na tradičně uhlíkové anodě. Uhlík se pro anody používá, protože dobře vede proud, má ovšem poměrně malou kapacitu. Na uložení jednoho lithiového iontu je zapotřebí „klece“ tvořené šesti atomy uhlíku. Naproti tomu například jediný atom křemíku dokáže navázat čtyři atomy lithia.

Tato výhoda je dlouho známá a s křemíkem se hojně experimentovalo, bohužel má i nepříjemné vlastnosti. Významnou je, že po pohlcení elektronů „bobtná“ – velmi výrazně se změní jeho objem, a to několikanásobně (řekněme pro jednoduchost zhruba na trojnásobek původního). Pokud postavíte baterie z křemíku s pomocí běžných postupů, stačí jen několik nabití, anoda se roztrhá na malé kousky a celý článek je k ničemu.

Přesto se v anodách křemík už používá, a nejen u Tesly. Je to totiž jeden z nejnadějnějších způsobů, jak kapacitu baterií zvýšit. Ovšem v současných anodách je křemíku málo, řádově jednotky procent z celkového objemu. Příměs je tak malá, že nárůst objemu není velký problém a zvýšení kapacity o několik procent za něj stojí.

Na Battery Day zaznělo, že množství křemíku by se mělo zvýšit několikanásobně, aby se dojezd při zachování objemu baterie zvýšil cca o 20 procent. Problém s „bobtnáním“ chce Tesla vyřešit tak, že baterie nebude znovu čistě křemíková – bude obsahovat i elastické materiály, které se mohou zmenšit tak, aby se kompenzovalo zvětšování křemíku v anodě. Jak vidno, v tomto ohledu je ještě co zlepšovat.

Změny by se měly dotknout i druhé elektrody, tedy katody (poznámka bokem: v dobíjecích bateriích se samozřejmě role elektrod mění podle toho, zda se nabíjí, či vybíjí, ale pro zjednodušení se jako anoda obvykle označuje elektroda, na které během vybíjení dochází k oxidaci). V první řadě Tesla potvrdila, že se pokusí zbavit kobaltu v bateriích.

Jak již asi víte, kobalt se používá v katodě baterií, obvykle v kombinaci s niklem a manganem v podobě materiálu známého jako NMC. Kobalt je z těchto materiálu nejdražší, navíc je dnes jeho produkce vázána na problematickou těžbu v Kongu.

I proto se většina výrobců snaží kobaltu zcela zbavit. V minulosti byly v NMC ve stejném poměru 1 : 1 : 1 nikl, mangan a kobalt. V nových bateriích ovšem tvoří velkou část materiálu pouze nikl (někdy téměř 90 procent) a kobaltu je cca 5 procent. Tesla tedy znovu není jediná, je v podstatě ilustrací obecného trendu, který by měl zjednodušit a zlevnit výrobu baterií obecně. Tesla možná bude, možná nebude první, důležité je, že vývoj pokračuje. V roce 2021 by mělo být vyrobeno cca 10 GWh těchto baterií, tak uvidíme, jaké informace od výrobce dostaneme – a jaké uniknou.

Článek Panasonic staršího typu 2170 určený pro elektromobily Tesla (kredit Tesla/Panasonic)

Za sucha to stále nejde

Součástí linky nebude podle všeho další technologie, od které si fanoušci hodně slibují. Tesla totiž zhruba v květnu 2019 dokončila koupi firmy Maxwell Technologies. Ta si dala mimo jiné za cíl radikálně zjednodušit jeden ze složitých kroků ve výrobě baterií a vyrábět elektrody „za sucha“.

Dnes se vstupní materiály pro obě elektrody nejprve musí rozpustit, pak lisovat a vysušit. Celý proces nejen výrobu zdržuje, ale také zdražuje, už kvůli nákladům na energie a nutné vybavení.

Maxwell Technologies přišly s demonstrací procesu výroby za sucha, který by se měl bez těchto kroků obejít. Po jeho dotažení do výroby by se obě elektrody měly velmi jednoduše lisovat za sucha a nízkých teplot do požadované podoby tenkého filmu.

Jak ovšem potvrdili Musk a Baglin, zatím jsou k dispozici pouze první prototypy technologie ve velmi malém, v podstatě laboratorním měřítku. Do výroby má tedy proces ještě opravdu daleko a nedá se předpokládat, že by Tesla tuto technologii dokázala dotáhnout do praxe během tří let, jak to slibuje u většiny ostatních „zlepšováků“, které na Battery Day prezentovala.

Ale možná se samozřejmě pleteme. V prezentacích Tesly bývá těžké odlišit šum od skutečného signálu.

Nejlepší ve výrobě

Všechna dílčí zlepšení mají jeden hlavní cíl: výrazně zjednodušit, zrychlit a tedy i zlevnit výrobu baterií ve velkém. Tesla, která sází na to, že investory naláká na velké cíle, tak především dala najevo, že hodlá ve výrobě baterií přejít na kvantitaivně novou úroveň.

Firma si dala za cíl vyrobit ročně baterie s celkovou kapacitou od 10 do 20 terawatthodin. Celková roční výrobní kapacita je dnes o dva řády nižší, pohybuje se zřejmě někde v pásmu nad 300 GWh ročně. Rekordní Gigafactory v Nevadě, která ještě není dostavěna, je koncipována na výrobu kolem 150 GWh za rok.

Jak zvýšit výrobu řádově stokrát? Tesla má dva recepty. Stejně jako řada jiných firem samozřejmě chystá stavbu dalších továren na baterie. Ale zároveň tvrdí, že „zlepšováky“ představené v rámci Battery Day mohou velmi výrazně zvýšit výrobu v již stojících továrnách. Kontinuální výroba jednodušších baterií, které pojmou více energie, může údajně zvýšit produkci z jedné linky zhruba sedminásobně.

Toto číslo je nutné brát s rezervou, protože máme k dispozici pouze nablýskanou prezentaci a „tvrdá data“ jsou předmětem obchodního tajemství. Podle odhadů agentury Bloomberg se ceny baterií (kompletních baterií, ne pouze článků) v roce 2020 pohybovaly v průměru někde kolem 140 dolarů za kilowatthodinu. Na Battery Day se hovořilo o tom, že zavedení představených novinek by mělo cenu snížit zhruba o něco více než 50 procent.

Pokud by tomu tak bylo, cena by se měla poměrně dostat dosti hluboko pod bedlivě sledovanou hranici 100 dolarů za kilowatthodinu. Zhruba na ní by se přitom elektrické vozy mohly v pořizovací ceně začít rovnat vozům se spalovacím motorem. Tedy zhruba na úrovni nového modelu Tesly, jehož existenci Musk v prezentaci potvrdil. 

A kdy by to mohlo být? Tesla je známá tím, že nedodržuje slíbené termíny. Koncem dubna Musk uvedl, že do výroby baterie zbývá 12 měsíců, ne-li 18 měsíců. V tom případě by bylo možné, že stávající dodavatelé baterií pro Teslu, tedy společnosti Panasonic, CATL, LG Energy Solution a SK Innovation, možná dodají baterii 4680 dříve než samotná Tesla. (Nový šéf Panasonicu potvrdil, že jeho společnost do výroby článků 4680 mohutně investuje, pokud se ukáží jako životaschopné).

Po měsících mlčení Tesla v srpnu konečně potvrdila, že odklad skutečně přijde. Kvůli nedostatku baterií bylo představení jejího Cybertrucku posunuto na rok 2022. Tento masivní pick-up je spolu s (rovněž odloženým) tahačem Semi jedním z horkých kandidátů na využití článků 4680. Vzhledem k rozměrům to nepochybně bude “žrout” energie.

V nových typech elektromobilů se začíná stále více objevovat technologie obousměrné dodávky energie zvaná Vehicle-to-grid (V2G), Vehicle-to-home (V2H), Vehicle-to-building (V2B) a Vehicle-to-everything (V2X), která umožňuje využívat naakumulovanou energii pro jiné účely.

S takto vybavenými vozy si tak snadno dobijete své elektrokolo, můžete napájet přenosný chladicí box, v kempu zapojíte třeba osvětlení nebo elektrický vařič. Navíc můžete cestou pomoci trochou energie jinému elektromobilu s vybitou baterií, aby poté dojel k nejbližší dobíječce. A to není vše.

Ti, kdo mají doma svůj vlastní fotovoltaický systém, budou navíc moci ušetřit v době vysokého tarifu elektřiny energií z auta. A při výpadcích proudu jim baterie v autě po potřebnou dobu pomůže zajistit plnou nebo částečnou soběstačnost. V americkém Texasu si to letos vyzkoušeli v době silných mrazů a kolapsu sítě.

Auta jako powerbanky

Výhledově navíc takto uzpůsobené vozy pomohou vyrovnávat energetické špičky v rozvodné síti. Nejčastěji se mluví o technologii Vehicle-to-grid (V2G), která počítá s propojením s chytrou energetickou infrastrukturou. Majitelům takto uzpůsobených vozidel umožní naakumulovanou energii z fotovoltaických kolektorů na domě, popřípadě tu, kterou levně nabili za nízký tarif v noci, využít později, či ji prodávat do rozvodné sítě dráž v době špičky.

Tím pomohou vyrovnávat velmi rychle se měnící dodávky elektřiny z obnovitelných zdrojů, tedy z větrníků a solárních elektráren. Z elektromobilů se tak stanou v podstatě jakési powerbanky na čtyřech kolech, které budou součástí chytrých elektrických sítí. Energetický management tak s vysokou pravděpodobností zamíchá se zavedenými praktikami na trhu a pomůže ještě více rozšířit nabídku.

I na evropském trhu je už několik modelů, které mají příslušný hardware i software pro obousměrný tok energie. Velmi aktivní byli Japonci, které k rozvoji obousměrných dobíječek podnítila katastrofa ve Fukušimě v roce 2011, což vedlo k rozvoji technologie V2G u standardu CHAdeMO (Nissany Leaf a e-NV200, Mitsubishi Outlander PHEV).

Obousměrný tok energie ale umožňuje již i standard Combo CCS. Nejnověji u Hyundaie Ioniq 5 a Kie EV6. Další modely zatím dostávají z výroby příslušný hardware, přičemž software se bude nahrávat až následně, kdy bude zcela vyladěný. To je i případ Volkswagenu ID.3 či Škody Enyaq iV v provedení s největší 82kWh baterií. Kromě softwaru automobilky samozřejmě nabídnou i odpovídající domácí V2G wallboxy. Na této technologii pracují prakticky všechny automobilky i energetické firmy a v rámci řady pilotních projektů ji prověřují po celém světě.

Technologie V2G umožňuje rovněž napájet přenosný chladicí box a v případě potřeby napájet třeba osvětlení nebo elektrický vařič. (foto: Hyundai)
Technologie V2G umožňuje rovněž napájet přenosný chladicí box a v případě potřeby napájet třeba osvětlení nebo elektrický vařič. (foto: Hyundai)

Baterie pro elektrická vozidla jsou zdaleka nákladově nejefektivnější formou skladování energie, protože nevyžadují žádné další investice do hardwaru. Ve srovnání s jednosměrným inteligentním nabíjením lze u V2G efektivněji využívat kapacitu baterie. Ale je tu i jeden problém. Velmi drahé akumulátory mají omezený počet nabíjecích cyklů, proto může mít jejich zapojení do dodávek energetické soustavy negativní vliv na jejich životnost jejich baterií a integrovaných nabíječek v autech. 

Bude také hodně záležet, jestli automobilky ponechají většinou osmiletou záruku na baterii i v případě každodenního využívání V2G. Navíc je třeba počítat se značnými ztrátami. Studie ukazují, že při nabíjení auta a jeho opětovném vybíjení jsou ztráty 30 až 40 % energie, což není zrovna málo. Dalším problémem je fakt, že pro rozvodnou síť budou elektromobily trochu nepředvídatelný zdroj, neboť k síti nejsou připojeny nepřetržitě.

Temelín na kolech

Flotily elektrických aut budou výhledově plnit funkci jakýchsi malých elektráren. Do roku 2030 má být podle společnosti Virta, která se specializuje na výrobu V2G dobíječek, celosvětově v provozu 140 až 240 milionů elektrických aut, což při tom nižším odhadu znamená agregovanou úložnou kapacitou 7 TWh, což představuje pětiměsíční výrobu v jaderné elektrárně Temelín.

Samozřejmě ne všechny elektromobily by se do tohoto procesu zapojily, možná by to byly jen nižší desítky procent, ale i tak by se jednalo o zajímavý příspěvek do celkové bilance.

Speciální koncovka kabelu u modelu Kie KV6 umožňuje připojení kabelu pro externí dodávku energie, třeba pro dobití elektrokola. (foto: Kia)
Speciální koncovka kabelu u modelu Kie KV6 umožňuje připojení kabelu pro externí dodávku energie, třeba pro dobití elektrokola. (foto: Kia)

Jedná se ale o relativně sofistikovanou záležitost, která bude dávat smysl, až bude elektromobilů v provozu opravdu hodně. Obousměrné plynutí elektřiny si navíc vyžaduje odpovídající technické vybavení nejen na straně automobilů, ale i dobíjecí infrastruktury a především distribuční sítě.

Bude nutné vyřešit koordinaci nabíjení a komunikační rozhraní se všemi zúčastněnými stranami, ale rovněž správu jednotlivých transakcí. Vše by se přitom mělo odehrávat zcela automaticky v závislosti na nějakém přednastavení a k dokumentaci kontraktů by měla sloužit technologie blockchainu.

V různých zemích se bude technologie V2G vyvíjet různě. Kupříkladu ve Velké Británii by podle průzkumů společnosti Electric Nation mělo do roku 2050 využívat technologii V2G téměř polovina tamních domácností.

V oblasti IT by se asi mohlo jednat pouze o divokou představu z kategorie sci-fi, v oblasti těžby vzácných surovin, které jsou klíčové pro rozvoj elektromobility, je to však realita: Bill Gates a Jeff Bezos, ještě s podporou dalšího miliardáře Michaela Bloomberga, spolupracují. Jejich spolupráce má jméno KoBold Metals, což je americká společnost zabývající se hledáním surovinových ložisek.

KoBold Metals a britská těžební společnost Bluejay Mining nedávno oznámily založení společného podniku, tzv. joint venture. Cílem jejich spolupráce bude prozkoumat možnosti těžby v západním Grónsku, kde by se podle jejich předběžných zjištění měla nacházet bohatá ložiska niklu, mědi, kobaltu a platiny. Nalezení, resp. zahájení těžby z těchto ložisek by mohlo znamenat byznys v řádu až bilionů amerických dolarů. Vedle toho by to v oblasti elektromobility také znamenalo snížení surovinové závislosti na východoasijských zemích.

Nová metoda

Firma KoBold Metals je zajímavá rovněž tím, že k hledání nových surovinových ložisek využívá nejmodernějších technologií, konkrétně strojového učení. Pravděpodobně i proto je jedním z hlavních investorů KoBoldu společnost Breakthrough Energy Ventures, fond orientující se na ochranu klimatu a nové technologie Billa Gatese. Mezi investory fondu patří i mediální magnát a bývalý starosta New Yorku Michael Bloomberg a generální ředitel Amazonu Jeff Bezos.

Podle podmínek dohody obou těžařských firem může KoBold v případě úspěchu celého projektu dosáhnout až 51% podílu na celkovém zisku. Společnost Bluejay by si měla přijít na zbylých 49 %. Ta by také měla řídit samotné terénní práce.

V první fázi projektu, tedy do konce roku 2022, by měl KoBold na geologický a geofyzikální průzkum a na plánování vrtů s pomocí vlastní patentované technologie vynaložit 3,4 milionu dolarů. Ve druhé fázi, trvající do konce roku 2024, by pak měly být zahájeny samotné vrtné práce, jejichž nákladnost obě firmy odhadují na zhruba 11,6 milionu dolarů.

Bo Stensgaard, generální ředitel společnosti Bluejay, k nově uzavřené smlouvě s KoBoldem uvedl: „Tato dohoda je pro společnost Bluejay klíčová. Jsme rádi, že máme partnera, který je špičkovým technickým inovátorem v oblasti nových metod průzkumu a podporují jej i někteří z nejúspěšnějších investorů na světě.“

Ložiska mimořádných rozměrů

Lokalita na západě Grónska, o kterou se jedná, má rozlohu přibližně 2 900 kilometrů čtverečních. První těžařské výzkumy se tam uskutečnily již v roce 1870, kdy se podařilo objevit 28 tun horniny tvořené masivem sulfidu. Hornina obsahovala 7 procent niklu, 3 procenta mědi, 512 gramů kobaltu a více než 2 gramy platiny na jednu tunu.

Více než 30 let průzkumu, který tam pak prováděly společnosti jako Cominco nebo Falconbridge, ale také novější průzkumné práce společností Vismand Exploration a Avannaa Resources, jakož i Dánskem dotované průzkumy jsou v současné době dostatečným zdrojem potřebných vědeckých údajů geologické, geochemické a geofyzikální povahy. Tato data naznačují, že v uvedeném místě by se mohlo opravdu nacházet celosvětově velmi významné naleziště vzácných kovů.

Celkové náklady na tento projekt, který by měl podle současných plánů trvat více než jedno desetiletí, dosáhnou desítek, možná stovek milionů dolarů. Pokud se však ložiska zmíněných kovů opravdu ukážou jako vydatná, půjde o velmi lukrativní byznys. Odhady celkové hodnoty rud v Norilské oblasti Grónska s přihlédnutím k jejich aktuálním cenám na světových trzích totiž hovoří o částce až 1,4 bilionu dolarů. Asi 60 procent z této sumy by měla tvořit cena platiny. Dvě největší tamní ložiska jsou skutečně mimořádná: to úplně největší je více než 10 km dlouhé a asi 2 km široké, druhé nejrozsáhlejší pak má na délku asi 4,8 km a na šířku zhruba 800 m.

Australská společnost GMG tvrdí, že se jí podařilo vyvinout bateriové články pro elektromobily, které lze nabít až šedesátkrát rychleji než konvenční lithium-iontové baterie. Nová technologie by zároveň měla být i levnější, bezpečnější a snadněji recyklovatelná. Do sériové výroby by se tyto články měly dostat v roce 2024.

Společnost Graphene Manufacturing Group (GMG), která sídlí v australském Brisbane, vyvinula články ve spolupráci s taktéž australskou University of Queensland. Ty vedle toho, že se nabijí až šedesátkrát rychleji než nejlepší lithium-iontové články, dokážou uložit i třikrát více energie než nejlepší články na bázi hliníku. To by například znamenalo, že elektromobil, jehož nabíjení dnes trvá hodinu, by mohl být s novou technologií nabitý k plnému výkonu za pouhou minutu.

Články by údajně měly být také bezpečnější, protože pro ně neexistuje žádná horní hranice, která by mohla způsobit spontánní přehřátí. Díky základním stavebním materiálům by měly být ve srovnání s těmi současnými také udržitelnější a snadněji recyklovatelné.

Nanotechnologie a grafen

GMG plánuje, že nové grafen-hliník-iontové baterie uvede na trh na konci letošního nebo na počátku příštího roku, nejprve však pouze v podobě knoflíkových baterií. K zahájení výroby článků pro elektromobily by podle předpokladů mělo dojít na začátku roku 2024.

Bateriové články jsou založeny na technologii australského Institutu pro bioinženýrství a nanotechnologie při University of Queensland. Důležitou roli v celém procesu výroby elektrické energie totiž hraje právě speciální nanotechnologie, která umožňuje implementovat atomy hliníku do malých otvorů v grafenových vrstvách baterie.

Grafen je supertenká, pouze jeden atom tlustá forma uhlíku, strukturou podobná grafitu. Je to jeden z nejpevnějších známých materiálů na světě. Díky této „2D struktuře“ má některé zvláštní fyzikální vlastnosti, které se ukazují být pro řadu průmyslových odvětví velmi zajímavé.

Podle testu v recenzovaném odborném časopise Advanced Functional Materials články vykazují „i při vysoké zátěži vynikající výkon a překonávají tak všechny dosud známé AIB-katodové materiály“.

„Baterie se nabíjejí tak rychle, že je to v podstatě superkondenzátor,“ řekl Forbesu generální ředitel GMG Craig Nicol. Knoflíková baterie se například nabije za méně než 10 sekund. Nové články by také měly nabídnout mnohem vyšší hustotu výkonu než současné lithium-iontové baterie. Zároveň nevyžadují žádné vzácné prvky a nemají problémy ani s příliš vysokými teplotami. „Zatím nenastaly žádné teplotní problémy. Dvacet procent lithium-iontové baterie (ve vozidle) má co do činění s chlazením. Je vysoce pravděpodobné, že toto chlazení nebo topení vůbec nebudeme potřebovat,“ potvrzuje Nicol. „Nepřehřívají se a v dosavadních testech fungují dobře i při teplotách pod bodem mrazu,“ dodává.

Výrobce slibuje flexibilitu a příznivou cenu

Podle Nicola lze novou technologii článků velmi dobře integrovat do standardních výrobních procesů, a to tak, že se konstrukčně upraví pro instalaci do běžných, pro lithium-iontové baterie určených pouzder, například do platformy MEB koncernu Volkswagen. „Naše baterie budou mít stejný tvar a napětí jako mají současné lithium-iontové články, ale můžeme se takříkajíc přeladit na jakýkoli tvar,“ zdůraznil Craig Nicol.

GMG zatím nepodepsala žádné smlouvy s velkými automobilkami ani s jejich dodavatelskými firmami: „Zatím jsme se s žádnou velkou značkou nespojili, naše baterie by ale klidně mohla být zdrojem energie třeba pro iPhone, který by dokázala nabít během několika sekund,“ je přesvědčen Nicol. „Nejprve chceme na trh uvést knoflíkovou baterii. Tu půjde nabít za méně než minutu a ve srovnání s lithiem bude poskytovat trojnásobek energie,“ vysvětlil ředitel Nicol.

Také výrobní náklady by se měly pohybovat v přijatelných mezích. Cena hliníku se totiž v posledních letech nezvýšila tak výrazně, jako tomu bylo v případě lithia. Australské „zázračné“ baterie by se také měly obejít bez mědi, která cenu dnes běžných baterií také znatelně navyšuje.

GMG je sice podle svých slov otevřená obchodním dohodám s jinými výrobci, ale na druhé straně by chtěla tuto technologii rozvinout co nejdále vlastními silami. Firma je na tento další vývoj připravena: v Austrálii disponuje několika až padesátigigawattovými výrobními závody.

Plánovaná česká továrna na baterie do elektromobilů, takzvaná gigafactory, by mohla vyrobit baterie o kapacitě více než 30 gigawatthodin, což vystačí pro 400 až 800 tisíc osobních automobilů ročně. Záleží na technologii výrobce, respektive výrobců baterií z cínoveckého lithia a kapacitě finálních baterií. To novinářům sdělila mluvčí ČEZ Barbora Peterová. V současném plánu projektu těžby lithia společnosti Geomet, ve které má polostátní ČEZ majoritní podíl, je podle ní vytěžení a následné zpracování 34,5 milionu tun rudy během 21 let od začátku těžby. To se přitom plánuje na rok 2025.

Znamenalo by to tedy nejspíše, že ČEZ plánuje roční kapacity zvažované “obrtovárny” někde v rozmezí 20-50 gigawatthodin roční výroby. Je to samozřejmě pouze hrubý odhad, který je založený na průměrné kapacity baterie elektromobilu kolem 50 kWh (v roce 2021 byla 43 kWh). To je plně srovnatelné s Gigafactory 1, známé také jako Giga Nevada, tedy první závodem tohoto typu, který postavily v Nevadě společnosti Tesla a Panasonic (podíl Panasonicu byl významný a jeho technologie byly pro rozjezd klíčové).

Na pohled není skromný cíl. Nevadská Gigafactory 1 byla v roce 2020 největším výrobnou baterií ve světě a vyrobila baterie s kapacitou cca 37 GWh. ČEZ tedy v podstatě říká, že chce zvládnout podobý úkol jako Tesla. Je ovšem nutné vzít v úvahu, že know-how na stavbu podobných podniků rychle přibývá a postavit desátou či dvacátou továrnu takového typu už nebude tak obtížný úkol jako postavit první. Ale i tak půjde o projekt, na kterém se dá leccos zkazit.

ČEZ si zatím věří: „Zatím jsme neidentifikovali žádné zásadní překážky, které by budoucí těžbě a následnému zpracování bránily. Provádíme desítky zkušebních vrtů a pracujeme na finální ekonomické a technologické studii proveditelnosti. Ta má upřesnit závěry z předběžné studie proveditelnosti a přinést odpovědi na všechny důležité otázky. V zásadě na to, jak otevřít důl a jak těžit a jak pak z vytěženého materiálu získat lithium,“ řekla Peterová. Uvidíme za několik let

Konečné rozhodnutí by podle ní mělo padnout v roce 2023, pak by mohla následovat stavba závodu s tím, že zahájení těžby by bylo v roce 2025. „Paralelně běží práce na povolovacích řízeních včetně běžícího procesu EIA (posudek vlivu na životní prostředí). Nyní čekáme na vyjádření ministerstva, které stanoví oblasti, na které se máme zaměřit při zpracování dokumentace vlivu stavby na životní prostředí,“ uvedla mluvčí.

Potřebujeme ji, tvrdí experti

Vicepremiér Karel Havlíček (za ANO) a generální ředitel ČEZ Daniel Beneš v posledním červencovém týdnu podepsali memorandum o podpoře plánovaného projektu gigafactory v Česku. Zájem podle Havlíčka má Volkswagen (VW), jehož součástí je i česká automobilka Škoda Auto, a korejská LG. Z materiálu, který má ČTK k dispozici, vyplývá, že investice má v první fázi činit minimálně 52 miliard korun a v souvislosti s ní se předpokládá vznik minimálně 2300 nových pracovních míst. Favoritem pro stavbu takzvané gigafactory je areál bývalé hnědouhelné elektrárny Prunéřov 1, kterou loni ČEZ odstavil.

Většina expertů, které nedávno oslovila ČTK, se shodla, že plánovaný vznik továrny na baterie pro elektromobily v Česku je pro tuzemský automobilový průmysl kvůli vývoji na trhu a směřování Evropy k nízkoemisním zdrojům téměř nutností. Šéf ČEZ Beneš v úterý uvedl, továrna na baterie pro elektroautomobily by při optimistickém scénáři mohla v ČR stát mezi roky 2026 až 2028. Dodal, že výše podpory státu pro plánovanou stavbu gigafactory v tuto chvíli není dojednaná, tvořit ji podle něj má přímá podpora i daňové úlevy.

Vedoucí odboru surovinového informačního systému České geologické služby Jaromír Starý uvedl, že v Česku je v současnosti evidováno 571,5 milionu tun rudy s 1,14 milionu tun lithia. Uvedl, že v ČR jsou proti dřívějším třem už jen zhruba dvě procenta světových zdrojů lithia. „Průzkumy a přírůstky zdrojů ve světě pokračují,“ vysvětlil. V Česku je malé množství na ložisku ve Slavkovském lese a naprostá většina na Cínovci. „Předmětem dobývání budou nejbohatší a nejpřístupnější části cínoveckého ložiska,“ dodal.

Prodeje elektromobilů od 2011
Prodeje elektromobilů a plug-in hybridů od 2011 na hlavních trzích

Nejen lithium

Dodejme k tomu, že na Cínovci by se nemělo mluvit pouze o těžbě lithia. Do značné míry by se pokračovalo v tradici místní těžby cínu, ale s podstatně větším důrazem na příměse, které v minulosti nebyly důležité. (Ostatně druhé, menší cínovecké naleziště, je v podstatě skládka.)

Jde o přirozený důsledek vývoje technologií. Například jáchymovský smolinec býval doslova odpad, kterým se zaplňovala nepoužívaná důlní díla, protože nikdo nevěděl o jaderném štěpení. Stejně tak wolfram byl dlouho nevyužitelný, protože ještě nebyly objeveny moderní postupy legování kovů. O lithiu na Cínovci se ví již dávno a před sametovou revolucí se s jeho extrakcí i v menším experimentovalo, ale nebyl pro něj odbyt.

Pestré složení cínovecké rudy znamená, že zpracování by probíhalo v několika krocích. Separace wolframu a cínu se dá nejspíše provádět odstředivou silou, protože nerosty, ve kterých tyto dva prvky jsou na Cínovci obsaženy, jsou poměrně těžké. V podstatě jde o průmyslovou obdobu rýžování zlata, při kterém při rotaci postupně vypadávají z pánve lehčí složky, až na místě zůstanou nejtěžší zlatá zrna.

Cinvaldit, tedy nerost obsahující lithium, by se měl údajně z rozdrcené rudy získávat magnety. Společnost European Metal Holding tvrdí, že by mělo jít o proces velmi efektivní, s výnosem 92 procent, což je z hlediska těžařů výrazné plus.

Skryje se pod zemí?

Zajímavou otázkou bude, jakou přesně technologie firma zvolí. Těžba na Cínovci by byla zřejmě nejlevnější povrchově. Jedna část ložiska totiž dosahuje až k povrchu. Ovšem otevření lomu v centru Cínovce je zcela nereálné, a tak se zatím počítá, že by se horníci vrátili pod zem zhruba ve stejných místech, kde se pohybovali do ukončení těžební činnosti na začátku 90. let.

Většina činnosté, včetně oddělování rud od hlušiny, by snad podle předběžných informací měla probíhat v podzemních prostorách dolu. Na povrchu by měly být patrné jen malé stopy důlní činnosti, například dopravníku k železničnímu nádraží u Dubí, odkud by se materiál měl vozit dále do – zatím hypotetického – zpracovatelského závodu. Podzemní řešení by mělo nejen pomoci splnit ekologické požadavky na provoz a zaručit podporu místních obyvatel, ale také minimalizovat náklady na dopravu.

Pohled na Cínovec
Pohled na Cínovec (Jens Jäpel)

Firma ve své předběžné studii proveditelnosti v roce 2017 odhadovala, že na Cínovci by se cena těžby měla pohybovat kolem 3 500 dolarů za tunu obvyklé prodejní suroviny, tedy uhličitanu lithného (LI2CO3), což je vůbec nejnižší cena ze všech lokalit, kde se lithium těží z pevných hornin.

K nízké ceně má přispět, že se v ložisku budou těžit další suroviny, především cín a wolfram. Bez nich by byly podle dnešních odhadů těžarů provozní náklady téměř o polovinu vyšší a pohybovaly by se někde kolem pět tisíc dolarů na tunu uhličitanu lithného. Dále k relativně nízké ceně přispívají i další skutečnost jako fakt, že horninu lze poměrně snadno drtit a rudy oddělit či lokalita: ložisko není někde uprostřed divočiny, a má tak snadno zaručené dodávky zemního plynu, elektřiny, vody, přístup k dopravní infrastruktuře, dostatečně vzdělaným zaměstnancům atd.

Konečně k něčemu!

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 dvou výše zmíněných prvků podařilo objevit v nerostu (draslík byl totiž objeven v rostlinném popelu, sodík byl známý i díky tomu, že je přítomen krvi).

Dlouhou dobu se lithium využívalo spíše okrajově. Úspěšné využití našlo například v psychiatrii při léčbě bipolární poruchy. Své omezení 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 světové využití tohoto kovu směřovalo do výroby baterií. (Druhým nejčastější využití bylo právě ve sklo-keramickém průmyslu.)

Výbor pro vědu a technologie britské Sněmovny lordů vyzývá vládu, aby vyvinula strategii pro zajišťování klíčových surovin pro výrobu EV baterií. Podle výboru je nezbytně nutné urychlení vývoje těchto baterií, jinak hrozí, že britský automobilový průmysl přestane být konkurenceschopný.

Podle zprávy o úloze baterií a palivových článků při naplňování ambicí Spojeného království, kterou nedávno uveřejnil výbor pro vědu a technologie britské horní parlamentní komory, by britské automobilky nemusely přežít přechod k elektromobilitě a plnit cíle související s úsilím o dosažení uhlíkové neutrality v roce 2050, pokud se v dohledné době nezvýší investice do výzkumu a vývoje baterií pro elektromobily.

Zpráva zdůrazňuje, že vláda Spojeného království by měla zajišťovat přístup ke kritickým surovinám pro výrobu těchto baterií a podporovat budování dalších továren na výrobu baterií, protože mezinárodní konkurence rychle sílí, a to jak finančně, tak právě v získávání klíčových zdrojů surovin. „Bez výraznějšího rozšíření výrobních kapacit se nepodaří dosáhnout stanoveného cíle, jímž je do roku 2030 zastavit produkci vozů se spalovacími motory, nebo se jej podaří dosáhnout, ale pouze s pomocí baterií a vozidel dovážených ze zahraničí,“ upozorňuje zpráva.

Podpora přichází z mnoha stran

EU zahájila strategickou finanční podporu bateriového průmyslu v roce 2017, a to jak s pomocí veřejných, tak i soukromých zdrojů. Finanční prostředky poskytují vlády členských zemí, univerzity a také výrobní společnosti, včetně předních výrobců automobilů.

V předloňském roce, kdy tyto investice v rámci EU dosáhly 4,7 miliardy eur, se do iniciativy výrazným způsobem zapojila i Evropská investiční banka (EIB), která na podporu bateriového průmyslu vynaložila 950 milionů eur. O rok později banka zvýšila tuto podporu další investicí ve výši přesahující 1 miliardu eur. Během jednoho roku tak podpora EIB dosáhla výše na úrovni podpory, kterou tomuto sektoru poskytla během celého předešlého desetiletí.

V rámci programu Horizon Europe začala Evropská komise podporovat průmyslové partnerské projekty v oblasti výzkumu a vývoje. Díky tomu by se mělo zajistit financování výzkumu a vývoje nové generace baterií. Tyto investice jsou součástí strategického plánu EU stát se do roku 2050 klimaticky neutrální. Sněmovna lordů v tomto kontextu zdůrazňuje: „Současný trend výroby baterií ve Velké Británii není dostatečný k tomu, aby dokázal podpořit přechod automobilového průmyslu k elektromobilitě či ke splnění našeho klimatického závazku.“

V nedávné době japonská automobilka Nissan oznámila, že ve Velké Británii plánuje vybudovat bateriovou gigafactory. Britská vláda nyní podle zjištění Financial times údajně vedle Nissanu jedná o podobných projektech s dalšími pěti společnostmi, konkrétně s Fordem, LG, Samsungem a start-upy Britishvolt a InoBat Auto, aby pro elektromobily do budoucna zajistila dlouhodobě stabilní dodávky baterií. Vládní administrativa poslední vývoj komentovala poměrně suše: pracuje prý na „zajištění výstavby gigatováren a nadále těsně spolupracuje s investory a výrobci automobilů na realizaci plánů sériové výroby baterií ve Velké Británii“.

Zpráva výboru horní sněmovny však varuje, že tempo a rozsah výstavby těchto výrobních zařízení nemusí být dostatečný a nebude pokrývat rychle rostoucí poptávku po bateriích. Hrozí tedy, že se výrobci automobilů s největší pravděpodobností začnou přesouvat do zámoří. Vědecký výbor proto vyzval britskou vládu, aby vypracovala strategii, která by jasně specifikovala, jakým způsobem budou získávány kritické suroviny potřebné pro výrobu baterií, jako je lithium, kobalt nebo hořčík.

Podle výboru totiž existuje „naprostý rozpor“ mezi optimistickými oznámeními britské vlády a obavami zainteresovaných stran z oblasti výzkumu a průmyslu. Na základě nové obchodní dohody s EU navíc čelí britský automobilový průmysl požadavku, aby bylo alespoň 55 % součástí každého vozidla vyrobeno v EU nebo Velké Británii. „Bez existence nezbytných britských dodavatelských řetězců se výroba přesune do EU,“ varovně uzavírá zpráva výboru pro vědu a technologie Sněmovny lordů.

Ještě nemusí být tak zle

Situace však zřejmě přece jen není tak pochmurná, jak by se mohlo na základě parlamentní zprávy zdát. Nedávno například bylo na podporu britského bateriového průmyslu v rámci speciálního dotačního programu Faraday Battery Challenge investováno 10 milionů GBP. Tuto částku z fondu, v němž je k tomuto účelu celkem připraveno 330 milionů GBP, si rozdělí 17 konkrétních projektů, na kterých již pracují firmy a výzkumné instituce v celé zemi.

Mezi podpořenými projekty je například konsorcium vedené společností LiNa Energy, které vyvíjí sodíkovo-niklové baterie (sodium-nickel-chloride). Tento nový koncept by měl jednak zlepšit výkon článků a za druhé by měl optimalizovat jejich výrobu s ohledem na velkosériovou produkci, její dekarbonizaci a následnou recyklaci článků.

Další dotovaný projekt, vedený společností Anaphite, si klade za cíl vyvinout rychlejší způsob nabíjení baterií, a to pomocí vpravením grafenu do bateriové katody.

Finanční podpora z fondu Faraday Battery Challenge přichází krátce po oficiálním otevření specializovaného centra Battery Industrialisation Centre (UKBIC), jehož předpokládaný význam podtrhla účast britského premiéra Borise Johnsona na otevíracím ceremoniálu. Jedná se o výzkumnou instituci, která by měla propojovat vývoj nových bateriových technologií a sériovou výrobu. Útočiště v něm najde i několik projektů financovaných z výše uvedeného programu. Jeden z nich tam bude například testovat možnost realizovat ve Velké Británii výrobu ultra power článků.

Nový australský projekt se snaží prosadit “duální” baterii, která bude zároveň sloužit ke skladování elektřiny, tak zeleného vodíku. 

Desítky solárních farem na jihovýchodě země mají v příštích letech využívat “vodíkové baterie”. Tato dvouúčelová zařízení se vejdou do přepravních kontejnerů a obsahují řadu technologií: lithiové baterie, elektrolyzéry, palivové články a kanystry s tzv. metalhydridů. To jsou kovové sloučeniny, které slouží jako “houba” pro uskladňování vodíku. 

Provozovatelé by měly systémy používat k ukládání energie ze solárních panelů tak, aby ji mohli dodávat do sítě během zamračených dnů nebo během noci. A zároveň by mohli jejich panely vyrábět “zelený vodík” pro jiná průmyslová odvětví, jako je doprava či hutnictví.

Alespoň takovou vizi mají Alan Yu a jeho kolegové a partneří. Yu je generálním ředitelem společnosti Lavo se sídlem v Sydney, která vyrábí systémy pro skladování vodíku pro komunální služby a domácnosti. Je také spoluzakladatelem investiční společnosti Providence Asset Group, která rozvíjí projekty solární energie ve státech Victoria a Nový Jižní Wales. 

Začátkem července podepsala společnost Providence Asset Group dohodu o prodeji produkce z více než 30 svých solárních farem společnosti SmartestEnergy Australia, maloobchodnímu poskytovateli energie, který je ve vlastnictví japonského konglomerátu Marubeni. Jedenáct ze solárních projektů je již plně v provozu a u ostatních se očekává, že budou spuštěny do začátku roku 2023. Dohromady budou mít výkon zhruba 300 megawattů (MW). 

Společnost Lavo mezitím plánuje do konce letošního roku zahájit práce na první velkokapacitní “duální” baterie, zatím tedy spíše ověřovací. Každý takový bateriový systém – který společnost nazývá HEOS – by měl mít kapacit zhruba 13 megawatthodin (MWh).

Půvab vodíku

Iniciativa reaguje na rostoucí poptávku po skladování energií. Nárůst podílu obnovitelných zdrojů energie, jako jsou solární a větrné elektrárny by bylo velmi vhodné doprovodit nasazením systémů, které mohou přebytečné zásoby energie nejprve přijmout a pak je vydat v době zvýšené poptávky po elektřině. 

Zároveň se také zvyšuje přitažlivost vodíku získaného z nízkouhlíkových zdrojů, tzv. Zeleného vodíku. Představuje lákavou možnosti, jak změnit dálkovou dopravu, chemickou výrobu, letectví a další odvětví, která se obtížně elektrifikují.

Odhady růstu výroby zeleného vodíku se značně liší a neexistuje příliš velká shoda v tom, jak by mohla poptávka vypadat v příštích desetiletích, uvedla nedávno společnost Canary Media. Zájmová organizace Hydrogen Council nedávno odhadla, že očekává, že do roku 2050 dosáhne výroba zeleného vodíku téměř 550 milionů tun. Což by byl ohromný nárůst proti – z hlediska světové spotřeby energie zcela zanedbatelným –  0,36 milionu tun vyrobených v roce 2019.

Dva v jednom? 

“Vodíková baterie” společnosti Lavo má mí jít vstříc oběma trendům, uvedl Yu pro časopis IEEE Spectrum. Systém vychází z dlouholetého výzkumu na univerzitě v Novém Jižním Walesu, která si v roce 2019 patentovala postup na využití materiálu za skupiny vodíku. tzv. metalhydridů. Ty se pro skladování vodíku považují za slibné. Nápad je přitom založen na tom, že určité materiály za vysokého tlaku i relativně nízkých teplot ochotně mohou absorbovat poměrně značné množství plynu. Při zahřátí ho pak zase uvolní. V podstatě se dá říct, že tyto materiály nasávají vodík jako houba vodu. Jen místo ždímání se musí zahřívat.

Systém se má skládat z menších jednotek, které fungují následovně: solární panely dodávají do jednotky elektřinu a nabíjejí lithiovou baterii o kapacitě 5 kilowatthodin. Jakmile je baterie plně nabitá, veškerá další elektřina prochází elektrolyzérem, který štěpí vodu na vodík a kyslík. Kyslík se uvolňuje do vzduchu, zatímco vodík proudí do metalhydridových nádrží. Uvnitř červených trubek je vodík uložen v pevné formě spojením s vláknitou kovovou slitinou vyrobenou z běžných minerálů.

Systém funguje i v opačném směru, přeměňuje pevný hydrid kovu zpět na vodík, který pak prochází palivovým článkem a dodává elektřinu do sítě. Yu uvedl, že systémy mohou zajistit více než 20 000 nabíjecích cyklů, což dává komponentům předpokládanou životnost 30 let – přibližně stejně dlouhou jako životnost solární farmy. Případně lze nádržes metalhydridem kovu ze systému vyjmout a umístit na nákladní auto nebo nákladní loď pro vývoz. Nádrže se podle představitelů firmy skladují při pokojové teplotě a nízkém tlaku bezpečnější a prý dobře snášejí převoz. 

Schéma fungování "duální" baterie společnosti Lavo (foto Lavo)
Schéma fungování “duální” baterie společnosti Lavo (foto Lavo)

Společnost Lavo začala testovat svůj první prototyp v loňském roce. Tato jednotka je menší než ty, které budou pracovat na solárních farmách; místo běžného lodního kontejneru má velikost dvoudveřové lednice. Firma chce jednotky této velikosti časem začít nabízet pro využití v domácnostech a firmách. S celkovou kapacitou zhruba 40 kilowatthodin údajně uchovává třikrát více energie než Powerwall 2 společnosti Tesla. 

Ale to není nejdůležitější parametr. Metalhydridové systémy na skladování vodíku mají obecně jiný problém – jak jste asi uhodli, tak ekonomický. Na jednotku objemu pojmou poměrně málo vodíku, a tak výsledné nádrže bývají poměrně veliké a v důsledku také drahé. I ty nejlepší obsahují kolem 10 procent hmotnostního podílu vodíku, zbytek tvoří materiál nádrže. 

Nevíme bohužel dost na to, abychom řekli, jak si Lavo s touto překážkou poradila. Možná může používat levné materiály, možná dokázala podíl vodíku v nádržích navýšit. Nebo možná ne a ekonomika i tak bude zajímavá, protože rozdíl cen mezi elektřinou mimo špičku a ve špičce bude v Austrálii velmi vysoký. Nezbývá než si počkat, nejlépe na praktické výsledky. Nebo na zprávu o krachu Lava. 

Načíst další