Co dalej z bateriami Litowo – jonowymi? Porównujemy Li-Ion z Fuel Cell
Ewoluuje sposób, w jaki postrzegane są trakcyjne baterie litowo-jonowe. Wzrost ich dostępności przy równoczesnym rozwoju technologicznym powoduje, że coraz częściej są traktowano nie jako droga, modna nowość, ale raczej jako najbardziej opłacalna opcja. Staną się one nowym standardem czy zostaną wkrótce zastąpione przez jeszcze bardziej ekologiczne ogniwa paliwowe?
W swoim raporcie na temat baterii litowo-jonowych agencja Bloomberga obliczyła, na przestrzeni lat 2010-2016 ich cena w przeliczeniu na kilowatogodziny spadła o 73 proc., osiągając poziom 273 $/kWh. Dział firmy badający rynki nowej energii przewiduje, że niewykluczone są dalsze spadki – nawet do 73 $/kWh. Choć w związku z wolniejszym niż spodziewany wzrostem popytu na samochody elektryczne w ostatnich latach występowała nadpodaż akumulatorów tego typu, sytuacja może się radykalnie zmienić.
Agencja szacuje, że wskutek wzrostu popularności pojazdów na baterie, globalne zapotrzebowanie na nie zwiększy się ze 123 GWh w 2020 do 1293 w 2030 roku. Ze względu na poziom technologicznego skomplikowania łańcuchów dostaw paradoksalnie może odbić się to negatywnie na płynności produkcji akumulatorów. Czy odstawione dziś przez europejski „mainstream” na boczny tor ogniwa paliwowe mają szansę zawojować rynek w obliczu litowo-jonowych zastojów?
Na plus Li-Ion: Stabilna, rozwojowa technologia
Czy technologia Li-Ion to przyszłość napędzania wózków widłowych? Niezupełnie. Coraz więcej świadczy o tym, że to już właściwie teraźniejszość. – Grupa STILL ma już na koncie wdrożenia flot w 100 procentach opartych na technologii litowo-jonowych. Choć w Polsce nie mieliśmy jeszcze takiego przypadku, płynące z Zachodu dane są zachęcające – dzięki zwiększeniu dostępności wózków przez ograniczenie czasu ładowania i wydłużenie czasu pracy na jednym akumulatorze można zmniejszyć liczbę wózków – a co za tym idzie – koszty inwestycji nawet o kilkadziesiąt procent – mówi Michał Stanisławski, dyrektor zziału Advanced Applications STILL Polska.
– Gdy dołożymy do tego dwukrotnie dłuższą niż w przypadku kwasowo-ołowiowych odpowiedników żywotność baterii i brak konieczności wydzielenia na akumulatorownię wentylowanego pomieszczenia, pakiet korzyści robi się bardzo przekonujący – dodaje. Co więcej, według Instytutu Fraunhofera, technologia Li-Ion ma wciąż jeszcze duży potencjał rozwoju. Instytucja przewiduje, że z wykorzystaniem najnowocześniejszych dostępnych połączeń materiałów, po 2030 roku da się osiągnąć gęstość energii na poziomie 300-350 Wh/kg (około 1000 Wh/l) –dwu-, trzykrotnie więcej niż dziś.
Będą problemy?
Zagrożenia dla rozwoju technologii eksperci z Bloomberga i Fraunhofera lokują jednogłośnie w ograniczonym dostępie do potrzebnych w produkcji nowoczesnych akumulatorów surowców jak kobalt i lit. Obie organizacje podkreślają w tym kontekście znaczenie ciągłych badań i rozwoju – tak, by możliwa była dywersyfikacja pierwiastków wykorzystywanych do konstrukcji anod, katod i medium przewodzącego.
Na minus Li-Ion: Zanieczyszczenie pośrednie
Samochody i wózki elektryczne nie emitują do atmosfery dwutlenku węgla. Czy na pewno? Szczególnie w kontekście porównań z wodorowymi ogniwami paliwowymi mówi się o zanieczyszczeniu pośrednim. Choć podczas pracy pojazdów akumulatorowych rzeczywiście nie powstają szkodliwe substancje, w szerszej perspektywie ekologiczność rozwiązania zależy od tego, jak wytwarzany jest prąd który ono wykorzystuje. W krajach w dużym stopniu pozyskujących energię ze źródeł odnawialnych ładowanie samochodu czy widlaka nie niesie dla środowiska żadnych negatywnych skutków (co ciekawe, według Amerykańskiej Agencji Informacji o Energii (EIA – U.S. Energy Information Administration) na świecie jest siedem krajów w 100% wytwarzających prąd z OZE: Albania, Bhutan, Etiopia, Islandia, Lesotho, Nepal i Paragwaj). Tam, gdzie dominują elektrownie węglowe, występuje zanieczyszczenie pośrednie – chyba że przedsiębiorstwo samodzielnie wytwarza energię z wiatru, słońca czy biomasy w ilościach wystarczających, by ładować baterie swojej floty.
Na plus Fuel Cell: Czysta sprawa?
Może wydawać się, że tego typu problemy nie istnieją w przypadku wodorowych ogniw paliwowych. Na pierwszy rzut oka wygląda to bajkowo. Fuel Cell charakteryzuje się gęstością energii nawet 10-krotnie większą niż baterie litowo-jonowe, tankowanie trwa jeszcze krócej niż częściowe ładowanie w technologii Li-Ion, a efektem ubocznym wytwarzania energii z wodoru i tlenu jest ciepło i woda. W związku z tym, że pojazdów nie ładuje się energią elektryczną, pozornie nie istnieje tu ryzyko zanieczyszczenia pośredniego.
Czyżby ogniwa paliwowe stanowiły panaceum na problemy świata zmagającego się z widmem ekologicznej katastrofy? – W ramach akcji Mission: Zero Emission wdrożyliśmy pilotażowo w Europie Zachodniej – między innymi na lotnisku w Hamburgu – wózki napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi – mówi Michał Stanisławski. – Z ekologicznego i wydajnościowego punktu widzenie jest to doskonałe rozwiązanie. Problemem wykluczającym dotychczas szerokie upowszechnienie tej technologii jest brak wystarczającej liczby podmiotów oferujących bezpieczne składowanie wodoru i jego uzupełnianie w przyzakładowych zbiornikach – tłumaczy dyrektor działu Advanced Applications STILL Polska. Nie oznacza to jednak, że nikt nie może sobie pozwolić na to rozwiązanie. Walmart i Amazon, największe w świecie przedsiębiorstwa handlowe korzystają w swoich centrach dystrybucyjnych z wózków w technologii Fuel Cell na coraz większą skalę.
Na minus Fuel Cell: Logistyczne kłopoty
Barierą dla popularyzacji Fuel Cell są kwestie pozyskania i składowania wodoru. Otrzymuje się go przede wszystkim w wyniku elektrolizy, będącej przeciwnością procesu zachodzącego w ogniwach paliwowych. Wymaga ona dostarczenia wody i bardzo dużych ilości energii elektrycznej. Tu jest pies pogrzebany: tak jak w przypadku baterii litowo-jonowych stajemy przed pytaniem, skąd pochodzi wykorzystywany w reakcji prąd. Alternatywą metodą jest rozpad węglowodorów – w jego efekcie powstają jednak duże ilości dwutlenku węgla, a używany jak substrat gaz naturalnego pochodzenia nie jest odnawialny. Również składowanie wodoru nastręcza trudności – niezależnie od tego, czy utrzymuje się go w formie gazowej (marnuje się przy tym nawet połowę zawartej w nim energii), czy w płynnej (konieczne jest zapewnienie bardzo niskiej temperatury). Co więcej, wodór jest łatwopalny i reaktywny. Krótko mówiąc, chociaż znajduje się wszędzie wokół nas, jego produkcja, transport i składowania są trudne i niebezpieczne.
Podsumowanie
Z każdym rokiem rośnie globalne zapotrzebowanie na energię, maleją natomiast złoża paliw kopalnych. Naukowcy ostrzegają, że jeśli ludzkość nie ograniczy stopnia eksploatacji planety, wkrótce stanie się ona niezdatna do dalszego zamieszkiwania. Zwiększanie wykorzystania OZE i poszukiwanie coraz bardziej wydajnych i przyjaznych środowisku technologii napędowych jest dziś koniecznością. Dziś wydaje się, że wyścig wygrywają baterie litowo-jonowe – są coraz bardziej wydajne i tańsze oraz wyjątkowo łatwe w eksploatacji.
W ogniwach paliwowych kryje się większy potencjał. Jego realizacja wymaga na tę chwilę ogromnych nakładów, na których wyłożenie stać dziś tylko najbogatsze przedsiębiorstwa, budujące przewagę konkurencyjną na superwydajnym handlu. Czy dokona się przełom w pozyskiwaniu i składowaniu wodoru? Czy powstanie odpowiednia infrastruktura i w efekcie ogniwa paliwowa staną się technologicznie bardziej przystępne? Czym będziemy ładować wózki za 20 lat? Czas pokaże.
zdj. materiały prasowe
