Polovina sluneční energie, která působí na naši planetu, se podle vědců spotřebovává v jediném procesu – v odpařování vody. Je to vcelku pochopitelné, když si uvědomíme, že voda pokrývá více než dvě třetiny zemského povrchu. Australská společnost Strategic Elements si však na tuto energii dělá zálusk. Spojila se proto s University of New South Wales a Organizací vědeckého a průmyslového výzkumu Commonwealthu (CSIRO) a nyní společně vyvíjejí samonabíjecí bateriovou technologii, která bude schopná pouze z okolní vlhkosti vzduchu vyrábět elektrickou energii a rovnou jí i napájet elektronická zařízení.

Akcie této společnosti na australské burze vyskočily o více než 40 procent poté, co oznámila, že se jí povedl velký pokrok ve vývoji. Tím měla na mysli, že se jí podařilo zvýšit kapacitu elektrického nabíjení z rozsahu miliampérhodin do škály ampérhodin. Strategic Elements tuto technologii nazývá Energy Ink a vyzdvihuje její přednosti: tvrdí o ní například, že je vyrobena z nehořlavých a „zelených“ materiálů a že ji lze vyrábět velmi jednoduše – tiskem na flexibilní plast.

Aktuálně se tato australská firma zaměřuje především na tzv. wearables, tedy „chytrá“ elektronická zařízení určená k nošení na lidském těle. Toto tělo na svém povrchu během dne produkuje značné množství vlhkosti, zvláště když vykonává nějakou fyzicky namáhavější činnost. Společnost Strategic Elements tvrdí, že její technologie, poháněná touto vlhkostí, již poskytuje více než dostatek elektrické energie pro fungování většiny aktuálně dostupných elektronických náplastí na kůži, jež dokážou snížit pocit okamžité bolesti a podporují tvorbu endorfinů. Takováto náplast funguje na principu transkutánní elektrické nervové stimulace, vysílá tedy jemné impulzy, které stimulují nervy v postižené oblasti. Mozek poté přijímá signály, které potlačí vnímání bolesti.

Nyní firma očekává, že do třetího čtvrtletí tohoto roku se jí podaří uvést do provozu i technologický demonstrátor, který dokáže napájet „nositelná zařízení“, jež tak již nebudou potřebovat jinou nabíječku, než je pouze lidská kůže.

Informace z druhé ruky

Strategic Elements se na svých webových stránkách o technických detailech příliš nerozepisuje, zmiňuje pouze to, že používá oxid grafenu a že na vývoji spolupracuje s již zmíněnými společnostmi UNSW a CSIRO. Sdílnější je studie, která byla publikována minulý měsíc v recenzovaném časopise Nano Energy a pojednává o flexibilních a tisknutelných generátorech na bázi oxidu grafenu (MEG), které k výrobě elektřiny využívají okolní vlhké prostředí. Jejím autorem je především tým Materials Science and Engineering School při UNSW a výzkumní pracovníci z CSIRO. I když tedy nemusí jít o přesně tutéž technologii, kterou Strategic Elements připravuje ke komerčnímu použití, zdá se být velmi pravděpodobné, že zde existuje jistá technologická souvislost.

Prototypové jednotky MEG, s nimiž zmíněná studie pracovala, již prokázaly schopnost spolehlivě napájet kalkulačky a malé senzory. Dvojice elektrod – v tomto případě se jednalo o stříbrnou pastu a FTO sklo – byla připojena k hydrofilní „funkční vrstvě“ oxidu grafenu. Protony ve funkčních skupinách jsou v této vrstvě, když je suchá, imobilizovány. Když je mezi oběma stranami zařízení výrazný gradient vlhkosti, jedna strana začne absorbovat molekuly vody ze vzduchu. Během tohoto procesu je ionizuje, což začne způsobovat disociaci ve funkčních skupinách, jako je COOH (karboxylová kyselina). Tím se uvolní pozitivně nabité vodíkové ionty, tedy kationty vodíku.

Na vlhké straně funkční vrstvy je vyšší koncentrace vodíkových kationtů než na suché straně, takže tyto kationty migrují směrem k suché straně, separují náboje a vytvářejí napětí na elektrodách. Pokud vlhkost na vlhké straně zmizí, kationty vodíku migrují zpět a rekombinují se s funkčními skupinami. Celý proces je spouštěn gradientem vlhkosti a běží obráceně, pokud tato se tato vlhkost ztratí.

Sloučením oxidu grafenu s kyselinou chlorovodíkovou se výše zmíněnému vědeckému týmu podařilo vytvořit napětí 0,85 V a proud 92,8 μA na centimetr čtvereční povrchu, což jsou podle tvrzení tohoto týmu dosud nejvyšší zveřejněné hodnoty v souvislosti s MEG. Sestavení těchto jednotek, ať již do série, nebo paralelně, znásobilo jejich výkon bez jakékoli ztráty, což výzkumnému týmu umožnilo napájet i malá elektronická zařízení. Aby vědci dokázali její flexibilitu, vyrobili baterii na kusu uhlíkové látky, poté ji ohnuli z 0 na 120 stupňů po dobu jedné sekundy a tento proces opakovali 2000krát. Na konci procesu MEG stále generoval 93 procent napětí, jež bylo na počátku.

Na větší plochu

I když tedy nevíme, jak souvisí tento výzkum s vývojem komerčního produktu Energy Ink, zdá se, že sliby této společnosti jsou v mezích možností. Společnost Strategic Elements uvádí, že její „ampérhodinová vlhkostní baterie“ měří přibližně 36 cm2. V následujících několika měsících se proto pokusí vyrobit testovací jednotku o ploše 100 cm2 s tím, že UNSW má údajně tiskárnu schopnou produkovat plochu o velikosti až 3 m2.

„Není to tak dávno, co mnozí tvrdili, že vyrobit z vlhkosti energii, která by se dala nějak využít, je nemožné,“ uvedl nejmenovaný zástupce společnosti Strategic Elements. „My se nyní snažíme zaměřit se na výrobu elektrické energie v rozmezí ampérhodin výhradně z vlhkosti ve vzduchu. Naše technologie se přitom nespoléhá na vzácné materiály a nenese ani žádná bezpečnostní rizika, navíc může učinit běžnou spotřebitelskou elektroniku flexibilnější,“ dodal.

V posledních měsících či týdnech se objevila řada článků či studií analyzujících surovinovou náročnost spojenou s klimatickými cíli EU. Jako nové kritérium či minimálně akcent se v nich objevuje co největší evropská soběstačnost, resp. bezpečnost při obstarávání těchto surovinových zdrojů. Patří k nim i studie, kterou v nedávných dnech zpracovala belgická Katholieke Universiteit Leuven. Studie, na kterou upozornila agentura Reuters, se zabývá možností dosažení klimatické neutrality do roku 2050 při zohlednění rostoucí spotřeby kovových materiálů. Podle studie do stanoveného termínu vzroste například spotřeba lithia oproti současnosti nejméně 35krát a kovů vzácných zemin 7–26násobně.

Vedle toho bude evropská energetická transformace potřebovat také mnohem více hliníku (o 30 % více než dnes), mědi (o 35 %), křemíku (o 45 %), niklu (o 100 %) a kobaltu (o 330 %). Všechny tyto suroviny jsou nezbytné k tomu, aby EU byla schopna dostát svým plánům na výrazné zvýšení podílu elektromobilů na dopravním provozu a větrných, solárních či vodíkových zdrojů v oblasti energetiky.

Nadějné vyhlídky

Nadějnou informací, kterou studie přináší, je, že do roku 2050 by mohlo být 40 až 75 % evropské spotřeby kovů v oblasti čisté energetiky uspokojováno místní recyklací. O těchto číslech však lze uvažovat pouze za předpokladu, že Evropa do recyklačního průmyslu intenzivně zainvestuje, uvádí se ve zmíněné studii s názvem Metals for Clean Energy, kterou si u univerzitních vědců objednala asociace Eurometaux, sdružující evropské metalurgické společnosti.

Studie KU Leuven je první, která v této oblasti nabízí takto konkrétní a dlouhodobou prognózu. Uvádí se v ní, že do roku 2050 budou evropské plány na výrobu technických zařízení spjatých s čistou energetikou vyžadovat každoročně minimálně:

– 4,5 milionu tun hliníku (minimální nárůst o 33 % oproti dnešní spotřebě)

– 1,5 milionu tun mědi (35 %)

– 800 000 tun lithia (3 500 %)

– 400 000 tun niklu (100 %)

– 300 000 tun zinku (10 až 15 %)

– 200 000 tun křemíku (45 %)

– 60 000 tun kobaltu (330 %)

– 3 000 tun kovů vzácných zemin neodymu, dysprosia a praseodymu (700–2 600 %)

Podle studie by Evropa mohla kolem roku 2030 čelit vážným výrobním problémům zejména v důsledku globálního nedostatku pěti kovů: lithia, kobaltu, niklu, vzácných zemin a mědi. Poptávka po primárních kovech by v EU měla vrcholit kolem roku 2040, poté by zvýšená míra recyklace měla přispět k větší soběstačnosti evropských zemí, avšak za předpokladu, že se výrazně posílí recyklační infrastruktura a budou odstraněny legislativní překážky. V souladu s tímto předpokladem by do roku 2050 lokálně recyklované kovy měly umožňovat produkci tří čtvrtin v Evropě používaných bateriových katod, všech permanentních magnetů a významně by se mohly podílet i na spotřebě hliníku a mědi. Studie také uvádí, že recyklace kovů může ušetřit 35 až 95 % CO2.

Nejisté projekty

Podle studie rovněž existuje teoretická možnost vybudovat nové „domácí“ doly, které by do roku 2030 dokázaly pokrýt 5 až 55 % evropských potřeb v oblasti primárních kovů. Součástí těchto úvah jsou i takové projekty, jako je například potrubí pro přepravu lithia či vzácných zemin. Realizace mnoha již známých projektů je ale zatím velmi nejistá. Komplikují ji například odpor projekty dotčených regionů a komunit, problémy s povolovacími řízeními nebo fakt, že se opírají o nevyzkoušené technologie.

Evropa by potřebovala i více vlastních rafinérií, aby si mohla vytěžené rudy a druhotné suroviny sama přetvářet na požadované druhy kovů nebo chemikálií. Kvůli evropské energetické krizi jsou však nové investice do rafinace z ekonomického hlediska stále méně efektivní – ostatně prudce rostoucí ceny elektřiny již na evropském kontinentu způsobily dočasné uzavření téměř poloviny stávajících kapacit rafinace hliníku a zinku, přestože jejich produkce v jiných částech světa vzrostla. Na spalování uhlí založená čínská a indonéská produkce kovů tak zřejmě bude i v příštích letech dominovat globálnímu růstu kapacit rafinace kovů a vzácných zemin.

Závěrečným varováním studie je, že recyklace Evropské unii nezajistí – rozhodně ne do roku 2040 – dostatečně silný surovinový zdroj pro výrobu baterií do elektrických vozidel ani pro zařízení obnovitelné energetiky. Většina těchto zařízení totiž právě vstupuje na trh, nebo na něj vstoupila před velmi krátkou dobou, a příštích 10 až 15 let tedy suroviny použité k jejich výrobě rozhodně nebudou k dispozici pro recyklaci. Neznámým faktorem samozřejmě zůstává, jakými cestami se bude ubírat v příštích letech technologický vývoj a zda případné změny v chování spotřebitelů nebudou také mít významnější vliv na poptávku po kovových materiálech.

O tom, že automatizace a robotizace bude znamenat velký přínos také v oblasti výroby a montáže baterií pro elektromobily, asi není nikoho nutné příliš přesvědčovat. Děje se tak již i v oblasti nákladních elektrických vozidel, jak aktuálně demonstruje švédská automobilka Scania.

Tato automobilka za tímto účelem uzavřela spolupráci s výrobcem robotických a automatizačních řešení, švýcarsko-švédskou společností ABB, která by Scanii do jejího zbrusu nového závodu měla dodat komplexní řadu robotů. Nový závod by podle slov švédské automobilky měl být milníkem na cestě k elektrifikaci těžkých vozidel. Společnost do něj v průběhu několika příštích let hodlá investovat více než jednu miliardu švédských korun, tedy téměř 2,5 miliardy Kč. Nový závod v Södertälje by měl být uveden do plného provozu v roce 2023.

„Jsme potěšeni, že můžeme spolupracovat s jedním z našich dlouholetých zákazníků a pomoci mu realizovat jeho plán elektrifikace,“ komentoval dění Jörg Reger, výkonný ředitel divize ABB Robotics pro automobilový průmysl. „Automobilový průmysl byl vždy na špici v oblasti automatizace. S přechodem na elektrifikaci však čelí rozsáhlým změnám zavedených výrobních procesů. Díky našim odborným znalostem navrhneme a pomůžeme zajistit flexibilitu výroby, která je pro lídry trhu, jako je Scania, při realizaci této změny zásadní,“ dodal.

Upevnit pozici

Podle vedoucího montáže baterií společnosti Scania Tonyho Perssona je továrna navržena v souladu se záměrem firmy být v čele průmyslové digitalizace, automatizace a využívání pokročilých robotických technologií. Továrna by měla být také investicí, která upevní pozici Švédska jako centra špičkových technologií, které jsou v elektrifikaci těžkých vozidel zásadní při přechodu na udržitelnou dopravu.

Nový závod se bude rozkládat na ploše 18 000 m2, hned vedle závodu na montáž podvozků ve městě Södertälje. Vysoká míra automatizace se přitom nebude týkat pouze montáže, ale například také příjmu zboží nebo jeho expedice. Bateriové moduly budou kompletovány z článků od další švédské společnosti Norvolth, o které jsme již také psali. Hotové bateriové sestavy budou dodávány přímo do montážní haly vozidel. Proces montáže budou zajišťovat roboty doplněné o řadu dalších řídicích automatizačních systémů.

Rychlost a vysoký výkon

Malý robot ABB IRB 390 přitom bude použit v závodě na výrobu baterií vůbec poprvé. Původně byl navržen pro obalový průmysl a k jeho hlavním přednostem patří rychlost a vysoký výkon. Díky tomu lze namontovat kontaktní desky do baterií rychlostí jedné desky za sekundu, 24 hodin denně. Simulační a programovací software RobotStudio navíc umožňuje simulovat kompletní montážní proces, což ve výsledku výrazně zkrátí dodací lhůty a zaručí vysokou kvalitu realizace celého procesu. Dodejme, že i zmíněná, nedávno zprovozněná továrna na lithium-iontové baterie společnosti Northvolt, která patří k největším svého druhu v Evropě, vznikla ve spolupráci se společností ABB, a disponuje tudíž také velmi pokročilou automatizační technikou.

Scania v roce 2015 zahájila sériovou výrobu hybridních autobusů. O čtyři roky později, v roce 2019, byla uvedena na trh první řada plně elektrických autobusů této značky. Poté následovalo představení plug-in hybridního nákladního vozidla Scania a plně elektrického nákladního vozidla. Sériová výroba elektrického nákladního vozu byla zahájena v roce 2021.

S důrazem na vlastní výzkum

Scania má od loňského roku v Södertälje rovněž novou bateriovou laboratoř. Ve třech testovacích halách o celkové rozloze 250 metrů čtverečních se vyvíjejí a zkoušejí nové bateriové články, moduly i celé sady. V sousedství těchto hal má laboratoř také zázemí pro přípravu zkušebních vzorků.

Laboratoř se zaměří především na hodnocení výkonu a životnosti baterie v různých klimatických podmínkách v rozpětí od -40 °C do 70 °C. Cílem je například stanovení optimálních provozních podmínek pro daný typ baterie s ohledem na teploty, za nichž je používána, obvyklý způsob jejího nabíjení a podobně.

Nová laboratoř doplnila menší zařízení s klimatickou testovací komorou, která byla uvedena do provozu o několik měsíců dříve. Pomocí této laboratoře může Scania testovat výkon bateriových sad na plně funkčních elektrických nákladních vozidlech a autobusech bez vyjímání baterií. Vozidla jsou zaparkována vedle laboratoře a připojena k testovacímu zařízení.

„Se zrychlujícím se tempem vývoje posílí nová laboratoř naši kapacitu mít správné velikosti baterií pro každou aplikaci,“ říká Claes Erixon, vedoucí výzkumu a vývoje ve společnosti Scania. „Máme před sebou ambiciózní plán každoročního uvádění nových a aktualizovaných elektrických produktů s odpovídajícími bateriovými službami. To na nás klade nároky mít prvotřídní dovednosti a znalosti v oblasti používání baterií a optimalizace životního cyklu. Scania bude i nadále investovat do zkvalitňování kompetencí jak v našich vlastních provozech, tak i v rámci důležitých partnerství. Zajistíme, aby Södertälje a region Stockholmu zůstaly na čele výzkumu a vývoje i v elektrifikované budoucnosti těžké dopravy,“ dodává Erixon.

Stejně bouřlivým vývojem, jako celá elektromobilita, prochází i výroba bateriových článků. V poslední době se při ní stále výrazněji prosazují laserové technologie, které celý výrobní proces zkvalitňují a zefektivňují. Používají se k řezání, svařování či sušení bateriových fólií, ke spojování bateriových článků do bateriových modulů nebo k finálnímu těsnicímu svařování bateriových pouzder.

Baterie elektromobilu je poměrně komplexní produkt, který vzniká v několika fázích, během nichž se formují jeho tři hlavní součásti: bateriový článek, bateriový modul a bateriový blok. Téměř výlučně se přitom jedná o výrobu lithium-iontových baterií na bázi elektrolytu. Alternativní složení, s nimiž se tu a tam experimentuje, doposud nedosáhla nezbytné průmyslové zralosti.

Bateriové články jsou tvořeny několika extrémně tenkými fóliemi z mědi (anoda) a z hliníku (katoda). Tyto takzvané elektrodové fólie ještě před tím, než se složí na sebe, čímž vytvoří bateriový článek, se musejí dokonale vysušit. Sušicí pece, které se k tomu obvykle používají, však ve výrobní hale zabírají poměrně značný prostor. Jako alternativa se proto nabízejí polovodičové lasery, které umožňují provádět velmi intenzivní ozařování, díky němuž dochází k rychlému zahřívání, a tedy sušení velkých ploch. Výhodou této technologie je, že kromě toho, že nezabírá příliš mnoho prostoru, je také energeticky podstatně méně náročná než konvenční sušicí pec. Německá společnost Trumpf dokonce nedávno uvedla na trh k tomuto a podobným účelům speciálně určenou technologii VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Topné VCSEL systémy totiž dokážou zahřívat velké plochy s nasměrovaným infračerveným zářením škálovatelně, tedy podle vlnové délky. Díky přímému ozáření opracovávané plochy tak lze bez nákladných optik nebo skenovacích systémů dosáhnout značné hospodárnosti ve srovnání s běžnými laserovými zařízeními. Jedinečné na tomto systému je to, že vedle dokonalého ovládání a rychlého přepnutí infračerveného výkonu je možné libovolně programovat také prostorový topný profil díky nezávislému ovládání malých segmentů laserových modulů.

Vysoké nároky na přesnost

V dalším výrobním kroku je třeba nařezat elektrodové fólie na požadovanou velikost. Tyto fólie jsou velmi tenké – zpravidla mají tloušťku mezi 6 a 14 mikrometry. K tomuto na přesnost náročnému řezání se stále častěji používají krátkopulzní lasery. V kombinaci s optickým skenerovým systémem jsou tyto lasery schopny fólii velmi rychle a velmi přesně vyřezat do požadovaného tvaru.

Bateriový článek pak vznikne navrstvením těchto elektrodových fólií na sebe. I tuto činnost lze dnes provádět s pomocí laseru. Standardní průmyslové lasery se však v této oblasti používají jen velmi omezeně, protože měď je velmi reflektivní. Speciálními lasery, které pracují na krátké vlnové délce ve viditelném zeleném spektru, však lze svařovat měděné fólie velmi spolehlivě a efektivně. Zelená vlnová délka se totiž do mědi optimálně absorbuje: při pokojové teplotě je absorpce ve srovnání s infračerveným světlem osmkrát vyšší. Svařování je proto maximálně stabilní a téměž bez odstřiků a deformací.

Z mnoha takto vyrobených bateriových článků se následně skládá celý bateriový modul. Články jsou vzájemně propojeny pomocí přípojnic z mědi nebo hliníku. Tyto spoje musejí být mechanicky pevné, protože jsou ve vozidle vystaveny vibracím a působení tepla. Současně musí být zajištěno i dlouhodobě stabilní elektrické spojení s minimálním odporem. Kombinace použitých materiálů a tloušťky kovů se přitom mohou výrazně lišit v závislosti na typu článku a jeho konkrétní aplikaci. Z tohoto důvodu se v této fázi výroby používá mnoho různých typů laserů. Ty se liší vlnovou délkou, kvalitou paprsku a výkonem, vždy se však kombinují s optickým skenerem. Ten zcela automaticky a přesně navádí laser do správné polohy a zajistí tak, aby sledoval požadovanou svařovací dráhu.

Dokonalé utěsnění

Akumulátor ve své konečné podobě obsahuje kompletní bateriový systém včetně výkonové elektroniky a řízení teploty. Takto se instaluje do elektromobilu. Zcela klíčové však je, aby byl celý bateriový systém dokonale utěsněný, aby ani v případě nehody nemohly z baterie uniknout žádné chemikálie. K tomu, aby byly splněny tyto přísné bezpečnostní požadavky, je třeba vnější ocelové nebo hliníkové plechy svařit tak, že kolem baterie vznikne vzduchotěsné pouzdro. Zde opět nastupují lasery. Použitím diskového laseru jsou dnes výrobci schopni splnit velmi náročné standardy při zachování vysoké produktivity.

 „Výroba lithium-iontových baterií je velmi složitý a náročný proces. Baterie musí splňovat přísné požadavky automobilového průmyslu – v oblastech jako je bezpečnost a životnost. Laser je jediný nástroj, který dokáže efektivně a hospodárně splnit všechny tyto požadavky,“ říká Johannes Bührle, vedoucí průmyslového managementu pro oblast automotive ve společnosti Trumpf. Jeho slova dokládají i aktuální firemní čísla: v porovnání se stavem před třemi lety se výrobní kapacita a poptávka v tomto segmentu více než ztrojnásobily. V první polovině letošního roku pak Trumpf plánuje dodat přes 500 laserů řadě výrobců baterií pro elektromobily. „V našem uplynulém fiskálním roce více než každé druhé euro z tržeb z automobilového průmyslu pocházelo z elektromobility. To je ekvivalent obchodu v hodnotě stovek milionů eur,“ přidává Johannes Bührle několik dalších velmi výmluvných údajů.

Podle korejských médií společnost Hyundai Motor v prosinci uzavřela své oddělení vývoje spalovacích motorů, které je součástí velkého vývojového centra v Namyangu. Automobilka, jíž patří značky Hyundai, Kia a Genesis, s největší pravděpodobností také zastavila projekt vývoje vodíkového vozidla Genesis. Hyundai učinil tyto kroky proto, aby urychlil svou transformaci na silného hráče na poli elektromobility.

Nový ředitel divize výzkumu a vývoje Park Chung-kook v této souvislosti rozeslal zaměstnancům e-mail, v němž napsal: „Nyní je nevyhnutelné přejít na elektrifikaci. Náš vlastní vývoj motorů byl velmi úspěšný, ale abychom na dosavadní úspěchy mohli navázat dalšími inovacemi, musíme změnit systém.“ To v praxi bude znamenat, že většina výzkumných pracovníků, kteří se doposud zabývali konstrukcí spalovacích motorů, se nyní přesunou do konstrukčního centra zaměřeného na elektromobily. Malý počet výzkumníků v oddělení spalovacích motorů ještě nějakou dobu zůstane a bude řešit jen menší modifikace. V rámci divize elektrifikačního vývoje mezitím bylo zřízeno i centrum vývoje baterií. Toto centrum se zaměří mimo jiné také na výzkum nových vhodných surovin k dalšímu vylepšování baterií a polovodičů.

Smělé plány

Změny znamenají řadu restrukturalizačních opatření s cílem zkrátit harmonogram vývoje elektromobilů. Například stávající tým projektového řízení a tým integrovaného vývoje vozidel byly spojeny do jedné organizace, která pokrývá vše od počátečního návrhu vozu až po jeho sériovou výrobu.

Hyundai a Kia mají nyní v plánu v roce 2026 celosvětově prodat 1,7 milionu elektromobilů. To je výrazně ambicióznější cíl, než byl ten předchozí: jeden milion prodaných elektromobilů v roce 2025. „Naším bezprostředním úkolem je vyvinout inovativní vozidla, která budou na budoucím trhu s elektromobily dominovat. Nynější reorganizace bude důležitým výchozím bodem pro změnu v novém roce,“ podotkl Park.

Korejský automobilový gigant také podle všech dosavadních indicií dospěl k závěru, že auta na vodíkové palivové články nemají perspektivu, a projekt vodíkového vozu značky Genesis zastavil. Podle člověka dobře obeznámeného s poměry v automobilce, na kterého se odvolává Korean Car Blog, „probíhal původně na čtyři roky plánovaný vývoj vodíkového vozu Genesis zhruba rok a byl zastaven kvůli problémům s palivovými články třetí generace“. Další vývoj je prý nyní značně nejasný. Podle oficiálního sdělení společnosti Hyundai pokrok dosažený ve zvyšování výkonu a snižování nákladů na systém palivových článků třetí generace zaostal za původními cíli.

Projekt vývoje palivových článků třetí generace byl zveřejněn loni v září. V porovnání s druhou generací článků mělo dojít ke zmenšení jejich objemu o 30 procent a k dvoj- až trojnásobnému zvýšení výkonu a životnosti. Hlavním kritériem pro konkurenceschopnost osobních automobilů jsou však výrobní náklady a společnost měla v plánu snížit cenu palivových článků o více než 50 procent do roku 2025. Tento cíl nyní zřejmě vedení společnosti již považuje za nereálný. Nejspíše proto také Hyundai již koncem listopadu loňského roku omezil činnost oddělení palivových článků a přistoupil k jeho organizační a personální restrukturalizaci.

Podpora nákladní dopravě trvá

V roce 2019 oznámila korejská vláda cíl prodat do roku 2022 alespoň 81 000 vodíkových vozidel. Nyní stojíme na prahu zmíněného roku a tento cíl vypadá zcela nereálně, protože prodej těchto vozidel dosáhl v listopadu 2021 pouze 21 000 kusů. To bylo mnohem méně, než byl původní plán. Výrazně pomaleji se rozvíjela také vodíková infrastruktura pro osobní automobily.

Zastánci technologie vodíkových palivových článků a nyní také korejská vláda obhajují použití této technologie především v „těžce dekarbonizovatelných“ dopravních sektorech, jako je těžká nákladní doprava, dálková kamionová doprava nebo námořní doprava a s ní související logistická infrastruktura. Korejská vláda přitom ještě nedávno prosazovala rozvoj vodíkové osobní automobilové dopravy jako součást svých plánů rozvoje vodíkové ekonomiky. Tyto plány jsou však nyní zřejmě již minulostí.

V říjnu loňského roku společnost Hyundai Mobis, jihokorejský dodavatel automobilového průmyslu patřící do Hyundai Motor Group, oznámila, že investuje přibližně 950 milionů eur do výstavby dvou závodů na systémy palivových článků v korejských městech Incheon a Ulsan. Ačkoli se nyní zdá, že důvěra v projekty automobilů s vodíkovými palivovými články poněkud opadla, nákladní a těžká nákladní vozidla jsou jiný příběh. Svědčí o tom dílčí úspěchy Hyundai Mobis, který v roce 2020 vyvinul palivové články pro vysokozdvižné vozíky a od roku pracuje na jejich variantě pro bagry a nakladače a také pro menší letadla.

Loni v září představila Hyundai Motor Group svou koncepci Hydrogen Vision 2040. Ta počítá například s tím, že do roku 2028 společnost představí všechny své užitkové vozy ve verzi s palivovými články. Automobilka spatřuje značný vodíkový potenciál také v oblastech, jako jsou vozidla s vysokým výkonem, letecká doprava, robotizace, velké námořní lodě a energetika. Tyto oblasti jihokorejská automobilka považuje za mnohem vhodnější pro zavedení technologie vodíkových palivových článků, než je osobní automobilová doprava.

Těžba lithia na krušnohorském Cínovci je v současné době poměrně žhavé téma. Není divu, v této lokalitě se nacházejí jedny z největších zásob lithia v celé Evropě a z celosvětové perspektivy se jedná o zhruba 1,5 % veškerých jeho zásob. V plánu je již také výstavba tzv. gigafactory, kde by se z tohoto lithia přímo na našem území vyráběly baterie pro elektromobily.

K usnadnění těžby lithia by mohla přispět inovace, na které se podílí pražská VŠCHT, jíž se společně s dalšími čtyřmi subjekty podařilo získat grant na projekt Integrované cementářsko-metalurgické technologie pro výrobu lithia (InCeMeTs). Jedná se o prestižní grantovou výzvu KAVA 8 Evropského inovačního a technologického institutu, která je zaměřena na inovační projekty, jež jsou založeny na ověřených technologiích a vyžadují další finanční prostředky na tzv. upscaling, demonstraci či implementaci. Finanční podpora zmíněného projektu je 4,5 milionu eur na dobu 30 měsíců. Dalšími členy konsorcia jsou česká společnost Geomet, nadnárodní výrobce stavebních materiálů Lafarge Cement, německá firma MEAB Chemie Technik a Národní technická univerzita v Aténách (NTUA).

Projev důvěry

„Udělení grantu znamená jediné – Evropský inovační institut důvěřuje naší technologii, též finanční subvence je jedna z nejvyšších ze všech podpořených projektů. Zároveň jde o jeden z mála evropských projektů směřujících směrem do bývalé východní Evropy,“ zdůrazňuje Hong Vu z VŠCHT Praha, který je autorem technologie InCeMeTs.

Tato patentově chráněná bezodpadová technologie InCeMeTs spočívá v synergické integraci metalurgického postupu s cementářskou výrobou pro ekonomicky efektivní získávání lithia a dalších hodnotných složek lithných slíd společně s ceněnými nízkoalkalickými slínky nebo nedostatkovou granulovanou struskou, které jsou důležitými surovinami cementářských výrob. V tuto chvíli probíhá v rámci výzkumného centra CirkTech VŠCHT Praha její poloprovozní ověřování. Pokud bude technologie funkční i v jiném než laboratorním měřítku, může se stát hlavním nástrojem pro získávání lithia z cínoveckých rud.

„Role univerzity v celém projektu bude zásadní – jsme koordinátorem technologické části projektu, budeme odpovědní za provoz pilotního testování pyrometalurgické i hydrometalurgické části, dále za ekonomicko-technologické hodnocení technologie a spolupráci s renomovanou inženýrskou firmou na předběžné i finální studii proveditelnosti,“ dodává Hong Vu.

Dotáhnout do komerční podoby

Grant umožní členům konsorcia navrhnout a postavit další dvě pilotní zařízení pro výrobu vysoce čistého Li2CO3 a LiOH s bateriovou čistotou, pokrýt náklady na zajištění lithiového koncentrátu, na provoz pyrometalurgické a hydrometalurgické části technologie InCeMeTs v poloprovozním měřítku, a tím dotáhnout technologii InCeMeTs do fáze průmyslové implementace.

Společnost Geomet bude mít v rámci projektu za úkol zajistit dostatek suroviny pro provádění experimentů, NTUA se bude starat o administrativu projektu a bude odpovědná za provoz pilotní jednotky na výrobu LiOH. Lafarge Cement bude společně s VŠCHT Praha zodpovídat za pyrometalurgické testování, které je klíčovou částí technologie InCeMeTs. VŠCHT Praha bude zároveň provozovat pilotní jednotku na výrobu vysoce čistého Li2CO3. Společnost MEAB Chemie Technik bude designovat dvě zmíněná hydrometalurgická zařízení podle návrhu VŠCHT Praha a zajistí jejich montáž a následné uvedení do provozu.

Technologie InCeMeTs přináší kromě jiného také univerzální bezodpadový postup vhodný především pro získávání kovů z různých velkoobjemových odpadů (plasty, keramika, popílky apod.), je použitelná pro ekologickou recyklaci různých kovů nebo využití druhotných surovin, jako jsou například elektrárenské popílky, na komerční výrobky. Velkou výhodou je, že technologii bude možné aplikovat ve stávajících velkokapacitních cementářských pecích bez nutnosti zásadních technologických úprav.

Česká gigafactory

Ministerstvo průmyslu a ČEZ uzavřely letos v létě memorandum ohledně přípravy projektu továrny na bateriové články do elektromobilů, tzv. gigafactory. Dokument nastavuje základní podmínky vzniku továrny a je předpokladem pro dohodu s dalšími případnými zástupci investorů do tohoto podniku, kde by vedle ČEZ působili například také zástupce automobilového průmyslu či výrobce baterií. Investice do projektu při roční výrobní kapacitě 40 GWh dosáhne částky minimálně 52 miliard Kč, vzniknout by mělo 2 300 pracovních míst. Plán gigafactory počítá s tím, že továrna bude k výrobě baterií využívat právě lithium vytěžené na Cínovci.

Švédský výrobce baterií Northvolt oznámil, že se mu podařilo zvládnout výrobu bateriového článku pouze z recyklovaných materiálů – konkrétně z niklu, manganu a kobaltu (NMC). Společnost, která na uskutečnění svých plánů získala nemalé investiční prostředky například od Goldman Sachs či Volkswagenu, uvedla, že novou lithium-iontovou baterii je možné vyrobit tímto způsobem díky jejímu originálnímu recyklačnímu programu Revolt. Všechny recyklační a výrobní procesy si přitom firma vyprojektovala sama ve svých Northvolt Labs ve městě Västerås. Podstatou tohoto způsobu recyklace je nízkoenergetický hydrometalurgický proces, při němž se k izolaci kovů a jejich oddělení od nečistot používá vodný roztok.

Testy baterie následně ukázaly, že její výkon je srovnatelný s články vyrobenými z čerstvě vytěžených kovů. Firma proto plánuje, že kapacitu recyklačního zařízení, které je zatím pouze na papíře, navrhne tak, aby bylo možné ročně zrecyklovat až 125 000 tun baterií.

Výstavba závodu nazvaného Revolt Ett má začít v prvním čtvrtletí roku 2022, do provozu by měl být závod uveden v roce 2023. Výrobním materiálem budou vysloužilé baterie z elektromobilů a šrot z bateriové gigafactory Northvolt Ett. Ta by měla první baterie vyrobit již koncem letošního roku. Obě zařízení se budou nacházet v těsné vzájemné blízkosti v severošvédském městě Skellefteå.

Vedle již zmíněných materiálů bude závod Revolt recyklovat také plasty, měď a hliník a následně je bude nevracet do výrobních toků prostřednictvím lokálních výrobních závodů.

Jde o míru recyklace

Podle ředitelky společnosti Revolt Emmy Nehrenheim by teoreticky mělo jít recyklovat jakýkoli kov, který je v baterii obsažen, a následně z něj vyrobit zcela novou baterii. „Základní strategií vyspělého trhu s elektromobily – tedy takového, kde do provozu vyjíždí stejné množství vozidel, jako je množství těch, která je třeba sešrotovat nebo poslat na recyklaci – má být dosažení velmi vysoké míry recyklace baterií. To znamená, že pak již nebudeme závislí na velmi likvidním trhu se surovinami a také zmenšíme svoji negativní ekologickou stopu,“ domnívá se Emma Nehrenheim.

Plány společnosti Northvolt přicházejí v době, kdy přechod k elektromobilitě začíná nabírat na síle. Na právě skončeném summitu COP26 o změně klimatu byla mimo jiné zveřejněna deklarace, jejíž signatáři se zavázali k tomu, že budou pracovat na tom, aby veškeré vozy prodané po roce 2040 neprodukovaly žádné emise. Na největších automobilových trzích by přitom tímto mezníkem měl být již rok 2035.

Mezi signatáři deklarace jsou například vlády Spojeného království, Mexika či Kanady a velké automobilky, jako je Ford, General Motors nebo Volvo Cars. Citelně chybějí podpisy vlád USA, Číny a velkých výrobců automobilů, jako je Volkswagen či Toyota.

Nutná alternativa

Avšak bez ohledu na politické deklarace je v praxi zcela zřejmé, že globální dodavatelské řetězce čelí v důsledku mnoha faktorů značnému tlaku, a pro řadu firem se tak recyklace materiálů a budování oběhového hospodářství jeví jako zajímavá nebo v některých případech dokonce jako nutná alternativa.

„Bude to klíčová hnací síla pro každé nové odvětví. Žádná převratná technologie nebude moci bez recyklace existovat a myslím si, že z dlouhodobého hlediska budou recyklované materiály v jakémkoli odvětví velkou konkurencí materiálům novým,“ myslí si Emma Nehrenheim. „Měli bychom také mít na paměti, že v Evropě do roku 2030 doslouží přibližně 250 000 tun baterií,“ dodala. Společnost Northvolt proto chce být na nadcházející roky dobře připravena.

Společnost Northvolt – kterou v roce 2016 založil bývalý manažer firmy Tesla Peter Carlsson – uvádí, že se jí již podařilo uzavřít smlouvy s důležitými zákazníky, včetně automobilek Volkswagen, Volvo Cars, BMW, Fluence, Scania nebo Polestar, přičemž celkový objem objednávek prý již přesáhl 27 miliard USD.

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.

Rychlý pád Afghánistánu do rukou hnutí Tálibán vyvolal po celém světě značnou politickou nervozitu. Součástí zjitřených debat jsou i otázky po tom, co se stane s obrovským nerostným bohatstvím země.

Afghánistán je jednou z nejchudších zemí na světě. V roce 2010 však Američané v rámci své vojenské mise zjistili, že země má velmi bohatá ložiska nerostů, která údajně mají hodnotu kolem jednoho bilionu amerických dolarů, podle zpravodajských magazínů The Diplomat či The Hill dokonce až tří bilionů USD. To samozřejmě dramaticky mění její ekonomické vyhlídky.

Zásoby nerostů, jako je železo, měď, zlato, stříbro či platina, jsou roztroušeny po mnoha provinciích Afghánistánu. V zemi se však nacházejí i ložiska tzv. vzácných zemin. To je skupina 17 prvků, měkkých kovů, které mají zajímavé fyzikální vlastnosti, například v oblasti magnetismu. Co je ale možná nejdůležitější, země by se mohla stát jedním z největších světových nalezišť lithia, což je zcela zásadní prvek pro výrobu dobíjecích baterií. Pentagon dokonce označil Afghánistán lithiovou Saudskou Arábií, to v narážce na vydatnost nalezišť této „ropy dneška“.

„Afghánistán je určitě jedním z nejbohatších regionů na tradiční drahé kovy, ale je bohatý i na kovy klíčové pro ekonomiku 21. století,“ řekl americké televizní stanici CNN Rod Schoonover, bezpečnostní expert a zakladatel Ecological Futures Group.

Ve hře jsou mocenské zájmy

Těžbě cenných nerostů v minulosti bránily bezpečnostní rizika, špatná infrastruktura a klimatické podmínky, zvláště velká sucha. Tyto okolnosti se za vlády Tálibánu pravděpodobně nezmění. Ve hře však jsou politickoekonomické zájmy zemí, jako je Čína, Pákistán a Indie, které se do těžebního byznysu mohou pokusit zapojit i navzdory současné chaotické situaci.

Velkým problémem země je rovněž chudoba a velmi slabá ekonomika. Podle zprávy amerického Kongresu zveřejněné letos v červnu žilo v roce 2020 odhadem 90 % Afghánců pod tamní hranicí chudoby, která je stanovena na 2 USD na den. Světová banka ve svém nejnovějším profilu této země uvedla, že afghánská ekonomika je velmi křehká a závislá na vnější pomoci. „Rozvoj a diverzifikace soukromého sektoru jsou omezeny nejistotou, politickou nestabilitou, slabými institucemi, nedostatečnou infrastrukturou, rozsáhlou korupcí a celkově složitým podnikatelským prostředím,“ uvádí se ve zprávě.

Další obtížnou překážkou, která brání zahájení efektivní těžby nerostů, je politická nekompetentnost či přímo korupce. Mnoho zemí se slabými či zkorumpovanými vládami trpí takzvaným „prokletím zdrojů“, což znamená, že z využívání přírodních zdrojů neprofituje místní obyvatelstvo a domácí ekonomika. A informace o afghánském nerostném bohatství, pocházející z dřívějších průzkumů provedených Sovětským svazem a v nedávné době potvrzené Američany, jsou samozřejmě obrovským lákadlem. Poptávka po kovech, jako je lithium, kobalt nebo neodym, totiž roste s tím, jak se stále větší část světa snaží přejít na elektromobilu a další emisně čisté technologie.

Mezinárodní agentura pro energii (IEA) v květnu uvedla, že celosvětovou produkci lithia, mědi, niklu, kobaltu a vzácných zemin, je třeba velmi rychle zvýšit. Jinak hrozí, že se nepodaří splnit klimatické cíle. Celých 75 % celosvětové produkce lithia, kobaltu a vzácných zemin přitom v současné době zajišťují pouze tři země – Čína, Demokratická republika Kongo a Austrálie. To je pochopitelně varovná informace a zálusk Číny na těžbu v Afghánistánu obavy z monopolismu a nekalých geopolitických záměrů rozhodně nerozptyluje.

Další důležitou a mnohým jistě známou srovnávací informací, která ještě zvýrazňuje naléhavost „afghánského nerostného problému“, je, že průměrný elektromobil vyžaduje ke své výrobě šestkrát více minerálů než konvenční automobil. Lithium, nikl a kobalt jsou klíčové pro výrobu baterií, elektrické obvody zase vyžadují obrovské množství mědi a hliníku. A vzácné zeminy jsou zapotřebí i k výrobě magnetů, například do větrných turbín.

„Pokud bude mít Afghánistán několik let klidu, umožní mu to rozvoj v čerpání svých nerostných zdrojů a může se tak během deseti let stát jednou z nejbohatších zemí v této oblasti,“ řekl v roce 2010 magazínu Science Said Mirzad z americké výzkumné organizace Geological Survey. Takový klid však dosud nenastal a většina afghánského nerostného bohatství stále zůstává v zemi, řekl Mosin Khan z think tanku Atlantická rada a dřívější člen Mezinárodního měnového fondu.

Co brzdí rozvoj těžby

Problémem je jistě značná náročnost těžby. I když se v Afghánistánu již těží zlato, měď a železo, těžba lithia a prvků vzácných zemin vyžaduje mnohem větší investice, technické know-how a také více času. IEA odhaduje, že od objevení ložiska do zahájení výroby to trvá v průměru 16 let.

Podle Khana vytvářejí v současné době nerostné suroviny Afghánistánu zisk ve výši pouhé jedné miliardy dolarů ročně. Khan přitom odhaduje, že 30 % až 40 % tohoto zisku bylo odsáváno korupcí a také Tálibánem, který měl pod kontrolou řadu menších těžebních projektů. Nyní je poměrně pravděpodobné, že Tálibán využije své znovunabyté moci k tomu, aby těžební činnosti v zemi rozšířil. „Tálibán převzal moc, ale přerod z povstalecké skupiny na celostátní vládu nebude zdaleka jednoduchý,“ upozornil Joseph Parkes, bezpečnostní analytik společnosti Verisk Maplecroft, která se zabývá analýzou rizik. Podle něj je doba, kdy se správa tamního těžebního sektoru standardizuje a stane se funkční, pravděpodobně ještě velmi vzdálena.

Khan poznamenává, že zahraniční investice bylo těžké získat již předtím, než Tálibán svrhl afghánskou civilní vládu podporovanou Západem. Získání soukromého kapitálu tak bude nyní ještě obtížnější, zejména proto, že mnoho nadnárodních firem a investorů se stále více přiklání k vyšším environmentálním, sociálním a správním standardům.

Státem podporované projekty motivované geopoliticky, tedy rozšiřováním politické moci, by však mohly být jiným příběhem. Například Čína, která je mimo jiné celosvětovým lídrem v těžbě vzácných zemin a v současné době také největším zahraničním investorem v Afghánistánu, již oznámila, že s Tálibánem udržuje kontakt a i nadále s ním hodlá vyjednávat.

Je faktem, že Čína se pokouší konkurovat západním zemím v rozvoji zelených technologií. Lithium a vzácné zeminy jsou přitom díky své hustotě a fyzikálním vlastnostem v rámci tohoto snažení zatím nenahraditelné. Snaha získávat nad těmito zdroji kontrolu tedy zapadá do dlouhodobé čínské geopolitické strategie.

Pokud by Čína do těžebních projektů v Afghánistánu skutečně vstoupila, vzhledem k dosavadním čínským praktikám by však hrozilo, že tyto projekty nebudou v souladu s konceptem udržitelnosti a environmentalistickými standardy, domnívá se Rod Schoonover. Avšak vzhledem k tomu, že středoasijský region bude pravděpodobně i nadále politicky velmi nestabilní, je možné, že Peking se bude ke spolupráci s Tálibánem stavět spíše rezervovaně a bude pro své mocenské zájmy hledat jiné, stabilnější regiony. Čína se totiž v Afghánistánu již v minulosti spálila – to když se pokusila investovat do projektu těžby mědi, který však záhy zkrachoval.

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.)

Load More