Jižní Korea plánuje do konce tohoto desetiletí investovat do posílení výroby baterií pro elektromobily 40,6 bilionu wonů (35 miliard USD). Chce si tak upevnit pozici velmoci v tomto výrobním odvětví a zvýšit konkurenční tlak na dosud dominantní Čínu a Japonsko. Hlavními investory tohoto ambiciózního plánu budou především velké korejské technologické společnosti LG Energy Solution (LGES), SK Innovation a Samsung SDI.

„Cílem tohoto plánu je zajistit, aby společnostem byly poskytovány náležité pobídky k investicím do výzkumu a vývoje, které jim pomohou stát se na trhu s bateriemi světovými lídry,“ uvádí se v prohlášení korejské vlády. Podle vládního dokumentu se totiž jedná o odvětví, které se má stát životně důležitou součástí budoucí ekonomiky země.

Jihokorejští výrobci baterií pro elektromobily jsou jedni z největších na světě. Svědčí o tom například to, že v první polovině letošního roku jim patřila třetina celosvětového trhu. Korejské firmy navíc stále expandují – budují výrobní závody po celém světě, aby dokázaly uspokojit stále rostoucí poptávku po elektromobilech. Jejich výrobní kapacita se za posledních pět let téměř zečtyřnásobila na stávajících 217 GWh.

Aktuální vedoucí pozici Číny dokládá podle korejské poradenské společnosti SNE Research například to, že čínská společnost Amperex Technology letos sama dodala na světové trhy 31 % baterií. Potenciál dalšího rozvoje je však značný a SNE Research očekává, že globální trh s bateriemi vzroste do roku 2030 ze současných 46 miliard dolarů na zhruba 352 miliard dolarů. „Další investice a podpora jsou v tomto okamžiku naprosto zásadní, protože očekáváme, že tento trh dlouhodobě poroste,“ zdůraznil Yoon Joon-won z korejské investiční společnosti DS Asset Management.

Masivní podpora od státu i firem

Ze tří zmíněných technologických firem zatím nejaktivněji vystupuje společnost LGES, která se již nechala slyšet, že do roku 2030 plánuje investovat do rozvoje bateriových technologií 15,1 bilionu wonů, z toho téměř dvě třetiny – 9,7 bilionu wonů – do výzkumu a vývoje. Vedle toho chce tato firma podpořit i oblast vzdělávání – v Jižní Koreji hodlá v roce 2023 otevřít institut zaměřený na školení v oblasti bateriových technologií.

LGES zásobuje bateriemi velké automobilky, jako je Tesla, General Motors nebo Volkswagen, a poptávka po jejích produktech je tudíž značná – v současné době má nevyřízené zakázky na baterie v hodnotě přes 180 bilionů wonů. Do roku 2023 proto plánuje zvýšit výrobní kapacitu na 260 GWh, díky čemuž by do automobilového provozu mohlo v dohledné době vyjet dalších 3,7 milionu elektromobilů.

Společnosti SK Innovation a Samsung SDI své investiční plány v rámci tohoto vládního projektu zatím nezveřejnily, očekává se však, že Samsung SDI do roku 2030 vloží celosvětově do výzkumu a vývoje více než 9 bilionů wonů. SK Innovation plánuje investovat v příštích pěti letech do výzkumu a výroby doma i v zahraničí kolem 18 bilionů wonů.

Skromněji přispěje korejská vláda, která hodlá do roku 2028 tuto iniciativu podpořit částkou 306,6 miliardy wonů, především pak projekty zaměřené na vývoj baterií příští generace, jako jsou baterie založené na technologiích all-solid-state, lithium-síra a lithium-kov.

Do celé záležitosti se vložil i korejský prezident Moon Jae-in, který oznámil, že státem by měly být podporovány především firmy vyvíjející produkty nové generace, včetně bateriových technologií. Malým a středním firmám by měl vypomoci speciální fond dotovaný 80 miliardami wonů. Ten by měl těmto firmám usnadnit nákup materiálů a komponentů potřebných pro výrobu baterií. Do fondu by měly přispět jak vláda, tak různé finanční instituce a již zmínění tři velcí výrobci baterií, kterým byly od vlády na oplátku přislíbeny daňové úlevy ve výši až 50 %.

Že však poměry mezi korejskými technologickými firmami nejsou tak harmonické, jak by se na první pohled mohlo zdát, dokládá nedávný a stále živý spor mezi LG a SK Innovation na americkém trhu. Společnost LG tam obvinila SK coby konkurenta, že jí ukradl některá obchodní tajemství. Americká komise pro mezinárodní obchod dala LG za pravdu a na deset let zakázala dovoz většiny lithium-iontových baterií od SK na americký trh.

Rychlejší rozvoj brzdí surovinová závislost

Určitým problémem korejských výrobců baterií je, že většinu polotovarů musejí dovážet ze zahraničí, hlavně z Číny a Japonska. Podle společnosti B3 Intelligence, která se zabývá průzkumem trhu, například v loňském roce Čína a Japonsko ovládaly 70,2 % trhu s katodami. Na trhu s anodami byla jejich dominance ještě větší: 91,7 %. S dalšími nezbytnými ingrediencemi pro výrobu baterií – se separátory a elektrolytem – to bylo velmi podobné: tyto dvě země měly tržní podíly 80,3 %, resp. 87,9 %. Pro srovnání: Korea měla na trhu s katodami podíl pouze 19,5 %, v případě anod to bylo 8,3 %, 19,7 % u separátorů a 12,1 % u elektrolytů.

I přes tuto velkou ekonomickou rivalitu se Jižní Korea v loňském roce připojila k Číně a Japonsku, aby si společně stanovily rok 2050 jako nejzazší termín, kdy se stanou uhlíkově neutrálními. Korea plánuje vynaložit na svůj vlastní „Green New Deal“ 42,7 bilionu wonů. Cílem těchto investic by měla být především podpora nízkouhlíkových zdrojů energie a ztrojnásobení výroby obnovitelné energie již do roku 2025.

Druhou možností je pak podzemní těžba na Cínovci, kde působí společnost Geomet, vlastněná k březnu 2021 z 51 procent ČEZ. Zbytek má přes britského prostředníka (European Metals Limited) australská společnost European Metals Holding.

Na tomto ložisku se má provést několik desítek průzkumných vrtů. Ty potvrdily, že na místě by mělo být celkem několik milionů tun lithia. Které samozřejmě tvoří jen malou část z celkového objemu horniny, zhruba 0,7 procenta. Ekonomicky půjde vytěžit samozřejmě jen poměrně malá část celkových zásob (předběžná studie těžařů o proveditelnosti byla založena na předpokladu vytěžení zhruba pěti procent z celkových zásob). Zatím je ale zbytečné předbíhat, skutečnost se může od odhadů dosti lišit.

Zásoby pod Cínovcem představují několik jednotek procent z celkového objemu známých světových zásob. Nejde tedy o ložisko z globálního hlediska klíčové, rozhodně však zajímavé. Obecně platí, že 75 procent zásob dané suroviny je soustředěno do pěti největších nalezišť. Cínovec do „elitní lithiové pětky“ tedy nepatří; existují podstatně větší ložiska například v Jižní Americe.

Mapa okolí Cínovce s vyznačenými čtyřmi průzkumnými prostory, pro která firmy Geomet, respektive její majitel European Metals Holdings, získala průzkumná povolení. Hypotetický důl by měl být přístupný přes jeden vchod kousek nad železniční zastávkou Dubí. (foto Geomet)
Mapa okolí Cínovce s vyznačenými čtyřmi průzkumnými prostory, pro která firmy Geomet, respektive její majitel European Metals Holdings, získala průzkumná povolení. Hypotetický důl by měl být přístupný přes jeden vchod kousek nad železniční zastávkou Dubí. (foto Geomet)

Nejen lithium

Na Cínovci by nemělo mluvit 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?

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 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.

Geologická mapka ČR s vyznačenými ložisky nerostných surovin, a speciálně ložisky lithia na Cínovci a v lokalitě Krásno (vyznačeno červenémi kroužky) (foto Geologická služba)
Geologická mapka ČR s vyznačenými ložisky nerostných surovin, a speciálně ložisky lithia na Cínovci a v lokalitě Krásno (vyznačeno červenémi kroužky) (foto Geologická služba)

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.

Skladování elektřiny v bateriích je rychle rostoucí obor, který díky klesajícím cenám má ohromý potenciál. V dohledné době také půjde nejspíše do jisté míry o strategický obor. To ostatně naznačuje i jedna nákup z posledních týdnů: Renera, dceřiná společnost ruské státní korporace pro atomovou energii Rosatom, dokončila akvizici 49 % akcií jihokorejské společnosti Enertech International.

Rusko si tak získává zastoupení v oboru, který nepatří mezi jeho silné stránky. Korejská Enertech vyrábí elektrody, lithium iontové akumulátory a různě výkonné systémy pro skladování energie. Především je však součástí dohody i slib o založení ruské továrny na výrobu lithium iontových akumulátorů.

V dnešních poměrech jde spíše o menší podnik: v roce 2030 má mít výrobní kapacitu cca 2 GWh. Pro srovnání, plánovaná berlínská Gigafactory společnosti Tesla by měla výhledově mít výrobní kapacitu 300 GWh baterií ročně. Pro Rusko je to ovšem první krok v oboru, ve kterém jinak výrazně zaostává. V podstatě jde o příležitost, jak se Rosatom (a potažmo tedy ruský stát) mohou k know-how dostat. Je to jen další doklad toho, jak důležitým oborem se výroba baterií stala.

První část továrny má zahájit výrobu v roce 2025. Lithium iontové akumulátory ruské výroby najdou uplatnění v elektrických autobusech, elektromobilech, speciální technice i pro vyrovnávání spotřeby a výroby v přenosové soustavě.

Prudký rozvoj využívání obnovitelných zdrojů, které závisí při výrobě na námi neovlivnitelných přírodních procesech, s sebou nese problém řízení sítě a dodávek elektřiny. Jedním zatím spíše méně důležitým, ale potenciálně klíčovým dílkem z mozaiky řešení, jak tyto zdroje lépe zapojit do stávajících sítí, jsou velká bateriová úložiště. Bateriová úložiště však v posledních letech plní čím dál více funkcí, a to od poskytování podpůrných služeb po nahrazování špičkových zdrojů.

S expanzí dodavatelského řetězce lithium-iontových baterií, kterému v dnešní době jednoznačně dominuje Čína, se v posledních několika letech podařilo značně snížit náklady na výstavbu úložišť. Podle dat americké vládní agentury U.S. Energy Information Administration (EIA) poklesly náklady na výstavbu tamních velkých bateriových úložišť z průměrných 2152 USD/kWh v roce 2015 na 625 USD/kWh v roce 2018, tedy o bezmála 70 %. Ke konci roku 2018 disponovaly Spojené státy podle agentury velkými úložišti o celkovém instalovaném výkonu 869 MW a kapacitě 1236 MWh.

Různé státy, různé ceny

Porovnání nákladů na výstavbu jednotlivých úložišť není vždy jednoznačné. V případě bateriových úložišť lze udávat náklady na instalovaný kW výkonu či kWh kapacity daného úložiště. Poměr výkonu a kapacity se tak může značně lišit, zejména podle aplikace daného úložiště.

Ceny se v USA rovněž liší geograficky, jelikož úložiště plní v různých regionech různé úlohy. Například v oblasti poskytovatele PJM na severovýchodě USA jsou bateriová úložiště podle agentury využívána především pro podpůrné služby v podobě regulace frekvence, tudíž cena vztažená na MWh je vzhledem k nižší kapacitě úložišť vyšší. Průměrná cena projektu v regionu, který PJM pokrývá byla zhruba 1950 USD/kWh. Naopak nejnižší ceny měly projekty na Havaji, kde se ceny byla téměř přesně poloviční: cca 950 UDS/kWh.

Nejvíce bateriových úložišť se dle dat EIA k roku 2019 nacházelo v Kalifornii, která rovněž disponuje nejvyšším instalovaným výkonem v solárních elektrárnách v USA. V Kalifornii lze vzhledem k současnému trendu očekávat v následujících letech intenzivní výstavbu úložišť. Například v letošním roce ve státě byla zahájena výstavba obřího bateriového úložiště o výkonu 182,5 MW s kapacitou 730 MWh.

Podle dat EIA vzrostl instalovaný výkon velkých úložišť v USA v roce 2019 o 152 MW a v období od letošního ledna do července o dalších 301 MW. Ze seznamu plánovaných investic pak podle EIA vyplývá, že v následujících letech by v USA měl výkon velkých bateriových úložišť vzrůst o nejméně dalších 6900 MW, přičemž třetinu z té hodnoty developeři agentuře oznámili mezi letošním dubnem a červencem, tedy během pouhých 4 měsíců.

Vývoj ceny bateriových úložišť v USA podle analýzy agentury EIA
Vývoj ceny bateriových úložišť v USA podle analýzy agentury EIA (foto EIA)

U nás je dráž

V Česku je situace poněkud odlišná. Velká bateriová úložiště pro poskytování síťových služeb u nás mají stále těžké postavení. Kvůli stále ještě platné legislativě mohou poskytovat pouze některé služby v rámci sítě. Čímž samozřejmě trpí jejich rentabilita. A v tuto chvíli nejsou ani žádné velké dotační programy.

Trh je proto výrazně menší a nevyvíjí se zdaleka tak dynamicky jako v USA. Podle Na základě informací od členů asociace AKU-BAT CZ ceny klesly pouze o 10 až 20 procent, uvedl výkonný ředitel asociace Jan Fousek. (Jde o ceny kompletního řešení, nikoliv samotných baterií.) Během roku 2020 se ceny velkého úložiště v Česku pohybovaly tedy zhruba kolem 20 tisíc korun za kilowatthodinu, tedy 20 milionů za megawatthodinu. I v tomto odvětví se objevují úspory z rozsahu, takže cena za menší, například domovní bateriové systémy se pohybuje výše, tak zhruba kolem 30 tisíc korun za kilowatthodinu.

Ceny u nás jsou tedy v roce 2020 v podstatě srovnatelné s průměrnými cenami havajských projektů v letech 2013 až 2018. To není dáno třeba jen obecně nižší mírou zdanění v USA, klíčovou roli v tom bude nejspíše hrát právě vyspělost trhu.

Havaj je specifický stát, který má vzhledem ke své poloze a také malé rozloze velmi drahou elektřinu z klasických zdrojů. Dovoz fosilních paliv je tam drahý, místní zásoby prakticky neexistují. Není divu, že stát zažil veliký boom obnovitelných zdrojů, které v daných podmínkách byly mnohem rychleji konkurenceschopné než jinde. Rozjezd byl tak rychlý, že místní distribuční společnosti omezovaly připojení nových zdrojů, především střešních fotovoltaických elektráren. V takové situaci předvídatelně rychle stoupl zájem o bateriová úložiště. To vedlo k nárůstu konkurence a to následně zase k poklesu cen.

Česká republika zdaleka v této fázi ještě není. Spojené státy, a především tedy státy jako Havaj, kde je z různých důvodů měly baterie lepší startovní pozici a svůj ekonomický smysl, jsou spíše pro nás příkladem do budoucna. Konkrétně do doby, než baterie překonají technické, legislativní a ekonomické bariéry bránící jejich nasazení. Česká síť je nutně nepotřebuje, incentivy jsou menší než jinde, ale časem si své místo najdou.

Elektromobilita má několik velkých problémů. Hlavní je ovšem jeden: cena. Většina uživatelů se k elektromobilům nestaví až tolik odmítavě, a byť elektromobily nejsou v současné podobě vhodné pro každé použití, větší problém je, že si je každý nemůže rozhodně dovolit.

Co se s tím dá dělat? Hlavním část ceny nového elektromobilu tvoří baterie. Cena rozhodně není ani zdaleka tak nízká, aby elektromobily mohly v pořizovací ceně konkurovat cenům se spalovacím motorem. Vývoj musí dále pokračovat.

Tak jak na to?

Různé automobilky na to jdou různě. Informace z vývojových kancelářích automobilek i výrobců baterií máme samozřejmě kusé, ale něco víme, Například společnost General Motors, která se stala v posledních letech „černým koněm“ v závodu o obsazení trhu s elektromobily, spoléhá na „pytlíkové“ baterie.

Vedoucím na trhu je ovšem jednoznačně společnost Tesla. Ta má zřejmě nejlevnější baterie ze všech automobilek, navíc její cenový náskok zřejmě ještě nějakou dobu vydrží. Tesla přitom na rozdíl od GM se na první pohled drží tradiční technologie.

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 články18650.

Vnější podoba ovšem trochu klame. Nový článek neobsahuje sice žádné zcela převratné a revoluční novinky, pokud ovšem můžeme věřit prezentaci ze září, představuje citelné vylepšení stávajících technologií. Takové, které může například elektromobily cenově velmi citelně přiblížit běžným vozům a otevřít bateriím i další nové trhy v celém sektoru skladování energie.

Tesla Model Y (kredit Tesla)
Tesla Model Y Tesla Model Y (kredit Tesla)

Bez tabů

Jedna novinka tkví 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 květnu 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. Rozhodně si ovšem dokážeme představit, že „tabless“ baterie by mohly mít vyšší životnost. Vyšší teploty bateriím rozhodně neprospívají.

Výroba lithiových článků na lince společnosti Panasonic (kredit Panasonic)
Výroba lithiových článků na lince společnosti Panasonic (kredit Panasonic)

Větší, lepší

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.

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

Za sucha to stále nejde

Součástí linky nebude evidentně 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.

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) pohybují někde kolem 150 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 spolehlivě dostat 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

Energetická společnost ČEZ zvažuje, že v příštích několika letech v severních Čechách postaví továrnu na lithiové baterie pro auta, prohlásil v březnu ministr průmyslu a obchodu Karel Havlíček. Má jít o jednu z největších investic tohoto druhu ve střední Evropě.

Na výrobu baterií chce firma spolu s investory z automobilového průmyslu využívat lithium z oblasti Cínovce v Krušných horách. Státem ze 70 procent vlastněný ČEZ, hledá partnery v technologiích a autoprůmyslu.

Kontrolu nad těžbou lithia by ČEZ měl získat do 31. března, pokud dobře dopadne výzkum v oblasti. Jde především o to, jestli je možné oddělit lithium od slídy. V německé části regionu, kde je asi třetina zdejších zásob tohoto kovu, se už těží. O “nesmírně zajímavý a cenný zdroj” jde podle Havlíčka i pro Česko.

“To samo o sobě ještě není všechno, protože ta logika by měla postupovat tak, že ČEZ by měl v budoucnu – a to je důležitá zpráva – v regionu severních Čech, tedy v regionu, který je postižen uhlím, vybudovat takzvanou gigafactory,” uvedl ministr. Na kolik by výstavba továrny měla přijít, Havlíček neuvedl, poznamenal ale, že jde o otázku “jednotek let”. ČEZ podle něj nebude jediným investorem. Nyní se dává dohromady “sestava kvalifikovaných investorů i z automobilového průmyslu”.

Výroba článků na lince společnosti Panasonic (kredit Panasonic)
Výroba článků na lince společnosti Panasonic (kredit Panasonic)

ČEZ ovládá cínovecké lithium

ČEZ se loni v listopadu podmínečně dohodl s australskou těžařskou společností European Metals Holdings (EMH) Limited na strategickém partnerství a výrazné investici do projektu těžby lithia na Cínovci. V případě dokončení dohody získá ČEZ za 34,06 milionu eur (zhruba 853 milionů Kč) podíl 51 procent ve firmě Geodet, české dceřiné společnosti EMH, která vlastní práva na těžbu. Mluvčí ČEZ Roman Gazdík na dotaz ČTK uvedl, že firma zvažuje těžbu lithia a uzavřela partnerství se slovenským InoBat, který hodlá budovat továrnu na Slovensku.

“Zkoumáme také možnost výstavby továrny na baterie v severních Čechách. Pro úspěšnou realizaci je nicméně nezbytně nutné vytvořit konsorcium ve spolupráci se zkušeným technologickým partnerem a zástupci automobilového průmyslu,” doplnil mluvčí. ČEZ podle něj nyní jedná o zapojení do projektu s potenciálními partnery, konečné rozhodnutí ale zatím nepadlo.

Gazdík připomněl, že podobné projekty mají nyní v Evropské unii prioritu v návaznosti na význam automobilového průmyslu i ochranu klimatu. “Česká republika je jako významný výrobce automobilů logický kandidát pro rozvoj bateriového průmyslu. Bude důležité, zda se i pro projekty v ČR podaří vyjednat potřebné financování a podporu,” dodal.

Evropa je na dobré cestě, aby se v roce 2025 stala druhým největším výrobcem bateriových článků na světě po Číně. V oboru mělo v příštích několika letech najít práci až 4 miliony lidí. Alespň tak to řekl před novináři v březnu 2021 řekl místopředsedy Evropské komise Maroše Šefčovič po ministerském zasedání tzv. Evropské bateriové aliance (EBA).

Podle Šefčoviče se v současné době připravuje zhruba 70 velkých průmyslových projektů ve výrobě baterií. Velká část projektů podle něj pokračuje rychleji, než předpokládal harmonogram a řada z nich také navýšila plány výroby.

Rychlý rozvoj údajně do značné míry ohrožuje nedostatek zkušených a prověřených pracovníků v oboru. V oboru by údajně mohlo chybět až 800 tisíc lidí – což je pětina z celkového počtu uváděných nových pracovních pozic, které má bateriový boom přinést.

Evropské firmy se zatím spíše soustředily na vývoj baterií pro elektromobilitu, roste údajně i zájem o investice do vývoje a výroby stacionárních úložišť pro skladování energie. Příkladem je společnost Northvolt, která během krátké doby získala obrovské investice a začala v krátké době budovat závody, které mají ročně vyrábět baterie o kapacitě desítek gigawatthodin ročně.

Posláním Evropské bateriové aliance je pomoci vytvořit komplexní ekosystém pro výrobu baterií. Šefčovič projekt vede už od jeho založení v roce 2017. V lednu 2021 Evropská komise schválila financování ve výši 2,9 miliardy EUR (3,52 miliardy USD) na podporu výzkumu ve čtyřech hlavních oblastech výroby baterií: těžbě surovin, konstrukci bateriových článků, jejich integrace do finální podoby a také recyklace baterií.

O lithiu se dnes mluví hodně a často, nejčastěji jako “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 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.)

Vzorek zinnwalditu z Cínovce (foto Marie Čcheidzeová)
Vzorek zinnwalditu z Cínovce (foto Marie Čcheidzeová)

Velmi cenný odpad

O tom, že lithium bylo dlouho dobu pro člověka nezajímavé, dobře svědčí i okolnosti současného českého lithiové “horečky” kolem naleziště v Krušných horách. V České republice se dnes mluví o využití vlastně dvou různých zdrojů lithia. Jedním je podzemní těžba, druhým druhotné zpracování zbytků ze starší těžby na cínoveckém odkališti.

To vlastnil do roku 2008 státní podnik Diamo, který ho tehdy za 866 tisíc korun prodal. Při dnešních cenách směšná částka byla podle Diama podložena analýzou, která možnou těžbu tohoto lehkého kovu označovala jako nerentabilní. Předmětem zájmu kupujících tehdy nebylo lithium, ale mnohem prozaičtější písek; odkaliště je totiž vlastně zhruba deset metrů mocné ložisko bílého písku, který tehdejší majitel chtěl vytěžit a prodávat. Ovšem ohledy na životní prostředí a především obsah lithia původní plány na pískovnu zkomplikovaly (lithium je tzv. zákonem vyhrazená surovina, majitel ji nemůže jen tak odvézt s pískem pryč). A tak zamýšlená pískovna změnila majitele a účel.

Odkaliště je dnes majetkem společnosti Cínovecká deponie, již ovládají lidé z firmy RSJ, založené Karlem Janečkem. Od roku 2016 má společnost povolení k těžbě, kterou v posledních letech dále chystá, aby vyhověla zákonným požadavkům.

Materiál obsahuje zhruba čtvrt procenta lithia a řádově jde celkem o tisíce tun čistého kovu. Nepůjde z něj samozřejmě vytěžit vše, ale podle odhadů snad kolem 80 procent ano. Pro srovnání, na celosvětovém trhu se v roce 2016 prodalo nějakých 35 tisíc tun lithia (tedy přepočteno na čisté lithium, se kterým se ovšem neobchoduje z ryze praktických důvodů).

Lithium by se v této lokalitě těžilo povrchově, a tedy poměrně levně. Písek by se prostě vybagroval a místo po těžbě rekultivovalo. Lithiová ruda by se pak dala oddělit magneticky, protože místní nerost, který ji obsahuje (cinvaldit od Zinwaldt, tedy německého názvu Cínovce), obsahuje i železo a je tedy pro těžaře příjemnou shodou okolností magnetický. Jinde na světě se používají jiné metody, šlo by do jisté míry o unikát.

Ruda by se pak musela ještě následně zpracovat do nějaké obchodovatelné podoby (síran či uhličitan?), ale jak by to přesně vypadalo, bude záležet ještě na dalších okolnostech. Třeba na otázce, zda se rozjede i druhý projekt, protože pak by těžaři z cínovecké deponie zřejmě mohli využít jeho kapacit na úpravu vlastního materiálu. Ale to je téma na jiný text.

Německá automobilka Volkswagen plánuje mít do roku 2030 v Evropě šest továren na výrobu baterií a firma dnes uvedla, že jedna z nich by mohla stát v České republice. Součástí Volkswagenu je mladoboleslavská automobilka Škoda. Volkswagen si tak chce zajistit dostatečné dodávky pro své elektromobily a zároveň se připravit na konkurenční boj s ostatními výrobci elektrických aut, jako je například americká společnost Tesla.

Továrny Volkswagen postaví spolu s partnery a jejich kapacita bude 240 gigawatthodin ročně, uvedla firma na prezentaci Volkswagen Power Day. Největší evropská automobilka je nyní v případě baterií závislá na vnějších dodavatelích, ale chce to změnit.

Zatím má jeden závod na baterie v německém Salzgitteru, druhý ve spolupráci s firmou Northwolt připravuje v severním Švédsku. Následovat mají další čtyři, z nichž jeden by mohl být ve Španělsku, kde působí koncernová značka Seat. Koncern hodlá už do roku 2026 postavit továrnu na baterie, která by mohla stát ve Španělsku, Portugalsku či ve Francii.

Česká republika je jednou ze zvažovaných lokalit východoevropské továrny na baterie plánované na rok 2027. Možnými lokacemi pro tento závod je i Polsko a Slovensko, uvedl člen představenstva Volkswagenu Thomas Schmall.

Volkswagen Power Day 2021
Volkswagen Power Day 2021 (fot VW)

Bez emobility to neprojde

Rozvoj a rozšiřování vlastních kapacit pro výrobu součástí nutných k montáži elektrických aut jsou důležitým bodem automobilového průmyslu. Aby automobilky dokázaly plnit přísnější klimatické cíle, musejí mít více modelů na alternativní pohon. K tomu ale potřebují baterie, které se nyní vyrábějí převážně v Asii.

Volkswagen se snaží svou inciativou co nejrychleji dohnat náskok americké společnosti Tesla, která v tuto chvíli má podle analytiků jednoznačnou cenovou výhodu ve výrobě bateriií. A také velmi soildní vývojový program, díky kterému by měly ceny dále klesat. Tesla také staví nový závod na baterie Neměcku, tedy v domovské zemi Volkwagenu, který bude největší továrnou na baterie na světě.

Německý koncern podobně jako Tesla půjde cestou zjednodušování článků. Od roku 2023 zavede standardizovaný model článku se zjednodušenou konstrukcí a tedy levnější výrobou. Cena by díky tomu měla klesnout až o 50 % u vozů nitžší a střední třídy. Automobilka by se s pomocí nové technologie chtěla dostat pod nákladovou cenu 100 euro za kilowatthodinu baterie. Pokud chce ovšem v oboru skutečně konkurovat, nic jiného ji ani nezbývá, stejným směrem míří i Tesla nebo GM. A obě firmy mají k cíli podle všeho blíže.

Stojany po celé Evropě

Volkswagen také spojí síly s britskou ropnou společností BP a s elektrárenskými podniky Enel a Iberdrola s cílem rozšířit veřejnou síť nabíjecích stanic pro elektromobily v Evropě. Do roku 2025 by měl Volkswagen po Evropě zřídit 18 tisíc rychlonabíjecích míst, z velké části ve spolupráci se společností BP.

Herbert Diess, šéf boardu Volkswagenu na Battery Day 2021
Herbert Diess, šéf boardu Volkswagenu na Battery Day 2021 (foto Volkswagen)

Švédský výrobce lithium-iontových baterií Northvolt současně oznámil, že získal od Volkswagenu na příštích deset let zakázku za více než 14 miliard USD (300 mld. Kč). Northvolt prodá Volkswagenu podíl v jejich společném podniku Northvolt Zwei, zatímco Volkswagen zvýší svůj podíl v Northvoltu. Cílem Northvoltu je do roku 2030 mít na evropském trhu s bateriemi pro elektrická auta 25procentní podíl.

Volkswagen plánuje využívat ve svých elektromobilech technologie „vehicle to grid“, tedy zjednodušeně možnost využití baterií elektromobilů v rámci rozvodné sítě. Elektromobily německé značky založené na platformě MEB by měly tyto služby podporovat od roku 2022. Možností využití ovšem závisí na legislativě konkrétních zemí, v Česku například možnosti jeho nasazení jsou dnes dosti nejasné. Spolu s tím nabídne VW např. i obousměrný wallbox.

Česi se musí připravit

Pokud by se podle partnera poradenské firmy EY pro automobilový průmysl Petra Knapa Česku nepodařilo etablovat v ekosystému elektrovozidel, tak mu reálně hrozí, že v horizontu sedmi až deseti let bude jen s láskou vzpomínat na staré dobré časy, kdy bylo pro mnohé opovrhovanou tzv. montovnou.

“Při zvažování investic do technologií budoucnosti se kromě daňových pobídek, ceny práce a její kvalifikace bude investor také dívat i na podporu elektromobility ze strany státu. A tu u nás najde v EU měřítku velmi podprůměrnou až mizivou. Mimochodem před více než dvěma lety jsme už v rámci studie připravenosti na elektromobilu pro sdružení AutoSAP identifikovali stovku významných dodavatelských firem, které byly závislé na komponentách, které už bateriové elektromobily nepotřebují,” dodal Knap.

Načíst další