Zdjęcia David Goldman / AP / TASS
Baterie słoneczne są uważane za źródłem “zielonej” energii. Jednak mroczna dla запасания energii wykorzystują akumulatory zawierające baterie litowo i kobalt, które do tej pory nie potrafią безотходно przerabiać
Stadion Johan Cruijff ArenA w Amsterdamie wyposażono w panele słoneczne i akumulatory do gromadzenia energii. System jest w stanie zgromadzić tyle energii, aby w pełni zapewnić zasilanie stadionu ArenA w ciągu jednej godziny podczas dużych imprez, to jest, gdy zużycie energii osiąga maksimum, распределяясь na światło, dźwięk, systemy bezpieczeństwa i tak dalej. W normalnym trybie — i tego dłużej.
Drugie życie baterii
To nie tylko kolejny projekt z zastosowaniem paneli słonecznych, a eksperyment kilku dużych, międzynarodowych firm. Pomysł jest prosty. W oryginalnym modelu baterie mają dużą pojemność i kiedy ich cechy spadają, jeszcze można wykorzystać do innych celów. W tym przypadku stosowane są elementy z akumulatorów samochodu elektrycznego Nissan Leaf, które podlegają wymianie po osiągnięciu przebiegu 160 000 km lub w sprawie zmniejszenia pojemności 20%. Inżynierowie postanowili, że po tym są jeszcze doskonale nadają się do запасания energii w mniej wymagających warunkach.
Amerykańska działająca globalnie firma Eaton, produkująca автокомплектующие i komponenty dla przemysłu lotniczego, opracowała sam system oszczędzania energii — ESS (Energy Storage System). Nissan dostarczył nowe i end-of-life elementy akumulatorów pojazdów elektrycznych i swoją technologię magazynowania energii xStorage. Niemiecka The Mobility House dostarczyła inteligentne oprogramowanie do zarządzania energią i elektrostatycznych tych baterii, a wykonana: firma budowlana BAM zaprojektowała pomieszczenie baterii i zintegrowany ESS w już istniejącą sieć energetyczną stadionu.
Zbudowana firmami system umożliwia gromadzenie i wykorzystanie stadionu energią słoneczną. Kluczowy element ESS — zainstalowany na dachu system baterii słonecznych, składający się z 4200 modułów fotowoltaicznych, moc których — 3 Mw. Do przechowywania energii wykorzystywane 590 baterii ESS, w których wykorzystane “grube” elementy z 148 akumulatorów samochodów elektrycznych Nissan Leaf. Łączna pojemność systemu 2,8 Mw*h, co wystarczyłoby do ładowania 500 000 iPhone.
Cały projekt jest obliczony na 10 lat — taka jest żywotność baterii i akumulatorów Nissana. Planuje się, że przez cały ten czas uda się zmniejszyć emisję dwutlenku węgla do atmosfery na 117 000 t. ile projekt kosztował Amsterdamie — nieznany, ale wice-burmistrz powiedział, że za te 10 lat miasto liczy odzyskania kosztów.
Odwrotna strona energetyki słonecznej
Nissan na razie nie ma odpowiedzi na pytanie, co zrobić z tymi bateriami dalej. Według przedstawicieli firmy, opracowanie technologii utylizacji i/lub stosowania danych baterii znajduje się w fazie opracowywania. Ale to sprawa kluczowa całej “zielonej” energetyki: możemy poprawić środowisko za pomocą wprowadzenia słonecznych, jednak w oparciu o te baterie będą litowo i kobalt.
Metale te znajdują się w organizmie człowieka i w przyrodzie, ale w микродозах. A oto ich wydobycie i późniejszy recykling do tej pory rodzą się poważne problemy, są w stanie zatruć duże terytorium.
Akumulator litowo — najbardziej lekki metal, trzeci element tablicy Mendelejewa, który jest używany w produkcji wszystkich akumulatorów dla nowoczesnych telefonów komórkowych, komputerów przenośnych i pojazdów elektrycznych. W przypadku nieprawidłowej obsługi bateria litowo zawarty w bateriach, może dostać się do atmosfery, a także spontanicznie wchodzić w reakcje z tlenem w powietrzu i się zapalić.
Na całym świecie stosuje się różne technologie ich przetwarzania, w tym z uzyskaniem materiałów wtórnych. Jednym z etapów technologicznych jest kryo do usuwania pozostałego poziomu naładowania, który może przetrwać w akumulatorze, powiedział Forbes prezes GK Firma “ГазЭнергоСтрой” Siergiej Czernin. Po tym zużyte baterie umieszczone w specjalnych młyna, tam ich frakcje i wydzielają metale (aluminium, miedź i stal), z których są zbudowane. Następnie z komór baterii usuwają litowo poprzez umieszczenie ich w wanny z żrących związków, растворяющими soli litu, które odsączono i wykorzystują w produkcji węglanu litu (stosowane w пиротехнике, produkcji szkła i tworzyw sztucznych). Pozostałe produkty uboczne mogą być stosowane do odzysku kobaltu, wchodzącego w skład elektrod.
Koszt recyklingu akumulatorów litowych w Rosji, według danych “ГазЭнергоСтрой”, wynosi od 600 do 2000 zł za kilogram. Ale istniejące sposoby na razie nie otrzymałeś szerokiej dystrybucji, w tym z powodu cech technologicznych, a także w związku z brakiem masowego popytu na dane usługi i kształtowaniem partii odpadów, akceptowalnych dla przetwórstwa przemysłowego.
Jednak pytanie przetwarzania z użyciem litu jest dość ostry: jeśli w 2011 roku, według danych służby Geologicznej stanów ZJEDNOCZONYCH (USGS), źródła prądu kierowano 27% wydobywanego litu (w tym na pierwszym miejscu była produkcja ceramiki i szkła — 29%), to w 2017 roku, produkcja baterii i akumulatorów trwało już 46% metalu. Wraz z rozwojem przemysłu samochodów elektrycznych wskaźniki te będą rosnąć. Według szacunków USGS, w 2017 roku na całym świecie zdobyli 43 000 t litu z 53 mln t światowych zapasów.
Drugi problem — kobalt. Prorektor ds. badań “Сколтеха”, dyrektor Centrum elektrochemicznego magazynowania energii profesor Keith Stevenson w rozmowie z Forbes zaznaczył, że być może to jeszcze bardziej ważny materiał dla energetyki odnawialnej, chociaż zazwyczaj wszyscy zwracają uwagę tylko na li. Kobaltu na planecie mniej — około 7 mln ton, a wydobycie go jest trudniejsze: on prawie nie jest rozwijany w czystej postaci, a wszystkie złoża zawierają go w postaci zanieczyszczeń do miedzi, никелю, arszenik lub srebra. Na dzień dzisiejszy 63% tego metalu są wydobywane w Demokratycznej Republice Konga, gdzie złota w kopalni pracują głównie dzieci, co stwarza problemy etyczne dla konsumentów akumulatorów.
Według danych Międzynarodowej agencji energetycznej, do 2040 roku liczba samochodów elektrycznych na świecie wzrośnie do około 40 mln Jeśli wziąć pod uwagę, że na jeden akumulator do samochodu elektrycznego trwa około 20 kg kobaltu, tylko na tę sferę odejdzie 800 000 ton metalu. Ile będzie wykonane do tego czasu smartfonów i innych urządzeń komputerowych, nawet w przybliżeniu trudno przewidzieć.
Stevenson powiedział, że tylko w ciągu ostatniego roku kobalt wzrósł 2,5-krotnie: cena wzrosła z $33 200 za tonę do $75 000. Największa na świecie firma w produkcji kobaltu — szwajcarska Glencore. Ona wydobywa rocznie mniej więcej tyle samo, ile wszyscy niezależni górnicy, chińskie firmy, takie jak China Molybdenum i Zhejiang Huayou, a także inne małe producenci — około 30 000 ton rocznie.
Jednak, nawet Glencore sprzedaje zdobyty metal chińskim firmom, które, z kolei, odsprzedają go technologicznych gigantów w postaci baterii i akumulatorów. Dzięki wysokiemu popytowi na baterie tego typu, Chiny udało się ustawić kontrolę nad wiodących кобальтовым i литиевым rynkami.
Alternatywy
W przyszłości sytuacja może się tylko pogorszyć, a nie tylko ekologicznym, ale i ekonomicznym. Dlatego naukowcy na całym świecie starają się zaproponować alternatywę. Jak безаккумуляторные sposoby запасания energii. Na przykład, podnoszenie worków z ziemią lub pobieranie wody i odbiór energii przy uwalnianiu ich magazynowaniem energii potencjalnej. Lub nowe rodzaje baterii, ale są jeszcze w trakcie opracowywania, a większość z nich korzysta z baterii litowo.
Jednym z “zielonych” rozwiązań akumulatorów służą silniki wodorowe. Wykorzystując energię słońca do rozdzielania wody na tlen i wodór, a potem można spalić ostatni i zwrot затраченную energię, a jako spalin będzie tylko woda. Jednak na razie jest zbyt kosztowny i mało skuteczny sposób.
Obecnie alternatywą mogą być kwaśne i alkaliczne baterie, jednak są one нетехнологичны i jeszcze mniej przyjazne dla środowiska: mają znacznie mniejszym zasobem i gęstości energii, a więc dużych gabarytach i wadze. Niektóre typy нелитиевых akumulatorów негерметичны i wymagają konserwacji lub charakteryzują się długim czasem ładowania, wymagają specjalnego sprzętu do zasilania z akumulatora pomieszczeń. Takie baterie mają kilkakrotnie mniejszą żywotność, a przy tym często zawierają w swoim składzie metale ciężkie (do których należy i kobalt). Jeszcze jednym elementem akumulatorów przyszłości może stać się nikiel: go więcej (światowe zasoby szacowane są na 300 mln t), i (na razie) taniej ($12 600 za tonę).
Twórcy “Amsterdam-Arena” liczą na to, że gdy baterie z systemu magazynowania energii отработают 10 lat, to do tego czasu pojawią się bardziej proste i bezpieczne technologie utylizacji. Czy jest możliwość “ładowania” akumulatorów lub korzystanie z wchodzących w ich skład metali, na razie trudno przewidzieć. Ale należy spodziewać się, że masowa dystrybucja wyrobów z litowymi źródłami prądu wyrzuci na rynku projekty ich skutecznego recyklingu lub ekonomicznie bardziej korzystne systemy magazynowania energii.
redakcja poleca
Na szarpania postępu. Dlaczego rewolucja электромобильности zwiedziliśmy Rosji stroną