Mașinile electrice: prezent, viitor și impactul asupra planetei

Reducerea utilizării metalelor rare va fi cheia tranziției către vehicule electrice.

Fără niciun dubiu, am intrat în „era mașinii electrice”. La începutul acestui an, gigantul american al automobilelor General Motors a anunțat că își propune să nu mai vândă modele pe benzină și diesel până în 2035. Audi, cu sediul în Germania, intenționează să nu mai producă astfel de vehicule până în 2033. Multe alte multinaționale auto și-au setat obiective similare. Dintr-o dată, marii producători de automobile se grăbesc să-și electrizeze flotele.

Electrificarea mobilității personale crește într-un mod la care nici cei mai înflăcărați susținători ai săi nu ar fi visat cu doar câțiva ani în urmă. În multe țări, guvernele vor adopta politici care vor accelera schimbarea. Dar chiar și fără politici sau reglementări noi, jumătate din vânzările globale de vehicule pentru pasageri în 2035 vor fi electrice, potrivit consultanței BloombergNEF din Londra.

Această conversie industrială masivă marchează o „trecere de la un sistem energetic cu consum mare de combustibil la unul cu consum intensiv de materiale”, a declarat Agenția Internațională pentru Energie. În deceniile următoare, sute de milioane de vehicule vor ajunge pe drumuri, purtând baterii masive în interiorul lor. Și fiecare dintre aceste baterii va conține zeci de kilograme de materiale care nu au fost încă exploatate.

Care este viitorul litiului

Prima provocare pentru cercetători este reducerea cantităților de metale care trebuie extrase pentru baterii. Cantitățile variază în funcție de tipul bateriei și de modelul vehiculului, dar un pachet de baterii litiu-ion pentru o singură mașină ar putea conține aproximativ 8 kg litiu, 35 kg nichel, 20 kg mangan și 14 kg cobalt, conform cifrelor din Laboratorul Național Argonne.

Analiștii nu anticipează o îndepărtare de bateriile litiu-ion în curând, deoarece costul lor a scăzut atât de dramatic încât este probabil să fie tehnologia dominantă pentru viitorul previzibil. Acum sunt de 30 de ori mai ieftine decât atunci când au intrat pe piață pentru prima dată la începutul anilor 1990, chiar dacă performanțele lor s-au îmbunătățit. Prin urmare, mașinile electrice, care sunt încă mai scumpe decât cele convenționale, ar trebui să atingă paritatea prețurilor până la mijlocul anilor 2020.

Creșterea exploatării litiului are propriile preocupări de mediu: formele actuale de extracție necesită cantități abundente de energie sau apă. Dar tehnicile mai moderne care extrag litiul din apă geotermală sunt considerate mai benigne. Chiar și așa, extracția litiului va ajuta la înlocuirea extracției distructive a combustibililor fosili.

Cercetătorii sunt mai îngrijorați de cobalt, care este cel mai valoros ingredient din baterii. Două treimi din producția globală sunt exploatate în Republica Democrată Congo. Activiștii pentru drepturile omului și-au exprimat îngrijorarea cu privire la condițiile de acolo și la prejudiciul pentru sănătatea lucrătorilor. La fel ca alte metale grele, cobaltul este toxic dacă nu este manipulat corespunzător.

Opțiunea reciclării

Dacă bateriile vor fi fabricate fără cobalt, cercetătorii se vor confrunta cu o consecință neintenționată. Metalul este principalul factor care face ca reciclarea bateriilor să fie economică, deoarece alte materiale, în special litiu, sunt în prezent mai ieftine de extras decât de reciclat.

Într-o instalație tipică de reciclare, bateriile sunt mai întâi mărunțite, ceea ce transformă celulele într-un amestec praf cu toate materialele utilizate. Acest amestec este apoi împărțit în constituenții săi elementari, fie prin lichefierea acestuia într-o topitorie, fie prin dizolvarea acestuia în acid.

Eforturile de cercetare s-au concentrat pe îmbunătățirea procesului pentru a face litiul reciclat atractiv din punct de vedere economic. Marea majoritate a bateriilor litiu-ion sunt produse în China, Japonia și Coreea de Sud; în consecință, capacitățile de reciclare cresc mai rapid acolo. Politicile guvernamentale contribuie la încurajarea acestui lucru: China are deja stimulente financiare și de reglementare pentru companiile de baterii care furnizează materiale de la firme de reciclare în loc să le importe pe cele proaspăt extrase, spune Hans Eric Melin, director general al Circular Energy Storage, o companie de consultanță din Londra.

Comisia Europeană a propus cerințe stricte privind reciclarea bateriilor, care ar putea fi introduse treptat începând cu 2023. Între timp, SUA dorește să cheltuiască miliarde de dolari pentru a încuraja o industrie internă de fabricare a bateriilor și pentru a sprijini reciclarea, dar nu a propus încă reglementări dincolo de legislația existentă care clasifică bateriile drept deșeuri periculoase care trebuie eliminate în siguranță. Unele firme de start-up din America de Nord spun că pot recupera deja majoritatea metalelor unei baterii, inclusiv litiu, la costuri competitive cu cele ale exploatării acestora, deși analiștii spun că, în această etapă, economia generală este avantajoasă doar din cauza cobaltul.

Omul de știință, Andrew Abbott, de la Universitatea din Leicester, Marea Britanie, susține că reciclarea va fi mult mai profitabilă dacă omite etapa de mărunțire și distruge celulele direct. El și colaboratorii săi au dezvoltat o tehnică de separare a materialelor catodice folosind ultrasunete. Acest lucru funcționează cel mai bine în celulele bateriei care sunt ambalate mai degrabă decât înfășurate, așa cum sunt celulele „cilindrice” obișnuite și, adaugă Abbott, poate face materialele reciclate mult mai ieftine decât metalele extrase.

Creșterea volumului

Indiferent de procesele de reciclare care devin standard, industria va ajuta. Deși rapoartele mass-media tind să descrie viitorul potop de baterii uzate ca pe o criză care se apropie, analiștii o consideră o mare oportunitate, spune Melin. Odată ce milioane de baterii încep să ajungă la sfârșitul vieții lor, economiile vor începe și vor face reciclarea mai eficientă.

S-ar putea să dureze ceva timp până când piața bateriilor litiu-ion atinge dimensiunea maximă, deoarece aceste baterii au devenit extrem de durabile, bateriile actuale ar putea avea o durată de viață până la 20 de ani. Într-o mașină electrică tipică vândută astăzi, acumulatorul va supraviețui vehiculului în care a fost încorporat, spune Melin.

Asta înseamnă că, atunci când EV-urile vechi sunt trimise la gunoi, bateriile nu sunt adesea aruncate și nici reciclate. În schimb, sunt scoase și refolosite pentru aplicații mai puțin solicitante, cum ar fi stocarea de energie staționară sau alimentarea ambarcațiunilor. După zece ani de utilizare, o baterie auto care inițial deținea 50 de kilowați-oră, și-a pierdut cel mult 20% din capacitatea sa.

Un alt raport din luna mai din partea AIE, o organizație remarcabilă pentru previziunile sale prudente din punct de vedere istoric, a inclus o foaie de parcurs pentru a atinge emisiile globale nete zero până la mijlocul secolului, care include conversia la transportul electric ca piatră de temelie. Încrederea că acest lucru este realizabil reflectă un consens din ce în ce mai mare între factorii de decizie politică, cercetătorii și producătorii că provocările legate de electrificarea mașinilor sunt acum în întregime rezolvabile și că, dacă dorim să avem vreo speranță de a menține schimbările climatice la un nivel ușor de gestionat, nu mai avem timp de pierdut.