Mennyi energiát fog igényelni az akkumulátorgyártás?

A növekvő számú elektromos autó és energiatároló egyre nagyobb igényt támaszt az akkumulátorok iránt, amelyek előállítása annyi villamos energiát fog igényelni, mint egy közepes méretű ország. A hőszivattyúk és az új eljárások alkalmazása, valamint az új cellatechnológiákra való átállás azonban 66 százalékkal csökkenthetik az akkumulátorcellák gyártásának globális energiaigényét – erre az eredményre jutottak a Fraunhofer kutatóintézet szakemberei.

Kétségtelen, hogy az akkumulátorok gyártásához sok energiára van szükség. Ahhoz, hogy a világ akkumulátorcellák iránti igényét kielégítsék, a cellagyárak világszerte 130.000 gigawattórát fogyasztanának 2040-ben, ha addig minden körülmény változatlan maradna, ez pedig már összemérhető Svédország vagy Norvégia villamosenergia-fogyasztásával, állapították meg a kutatók a Nature című folyóiratban megjelent tanulmányukban.

A technika jelenlegi állása szerint a cellagyártás során egy kilowattórányi akkumulátortároló-kapacitásra 20 és 40 kilowattóra közötti energiát használnak fel. A szilícium anóddal ellátott, nagy energiasűrűségű NMC900 cellák előállítása a leghatékonyabb az energiafelhasználás szempontjából, ezek esetében a gyártóknak körülbelül 20 kilowattórát kell befektetniük egy kilowattóra tárolókapacitás előállításához. A legkevésbé hatékonyak a lítium-vas-foszfát cellák, melyek előállítása átlagosan 37 kilowattórát igényel egy kWh kapacitásra vetítve, és jelenleg ez a cellatípus gördül le a legnagyobb darabszámban a gyártósorokról. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb az energiasűrűség, annál (energia)hatékonyabb a gyártás.

Minden kémia esetében ugyanazok a gyártási folyamatok a felelősek az energiafelhasználás döntő többségéért. Az anódok és katódok bevonása és szárítása például különösen energiaigényes. De a formázás, amelynek során a cellákat többször feltöltik és kisütik, hogy kémiailag stabilizálják, majd szétválogassák őket, szintén jelentős hatást gyakorol az energiamérlegre.

A hőszivattyúknak, az új szárítási technológiáknak, a folyamatos tanulásnak és a méretgazdaságosság növelésének köszönhetően 2040-ig az energiaszükséglet mintegy 66 százalékát meg lehet majd takarítani. Így például a tanulmány szerint egy kilowattórányi lítium-vasfoszfát-cella előállítása 2040-ben már csak 12,9 kilowattóra energiába kerülhet majd – de legalábbis nagyon valószínű, hogy az energiaigénye valahol a 8 és 20 kWh között lesz.

A szilárdtest-akkumulátorok előállítása már ma is lényegesen kevesebb energiát igényel, mint a hagyományos celláké. A kutatók becslése szerint polimer elektrolit alkalmazása esetén ez az érték 10,6 kWh, az oxid alapú elektródáknál 11,8 kWh, a szulfid alapú elektródáknál pedig 17,5 kWh. Az új technológiáknak köszönhetően 2040-re a szilárdtest-akkumulátorok gyártásának fajlagos energiaigénye 3-5 kWh közé csökkenhet.

Megoldókulcs a rövidítésekhez: NCA/NMC: magas nikkeltartalmú cellák; LFP: lítium-vas-foszfát cellák; SIB: nátriumion-akkumulátor; SSB: szilárdtest-akkumulátor; LSB: lítium-kén akkumulátor; LAB: lítium-levegő akkumulátor. Forrás: Energy consumption of current and future production of lithium-ion and post lithium-ion battery cells.

A tanulmány becslése szerint 2040-ben a gyártástechnológiában várható előrelépések, illetve az új akkumulátorkémiák elterjedése miatt a minden egyéb feltétel változatlansága esetére prognosztizált 130.000 gigawattóra helyett csupán 44.600 gigawattóra lesz az akkumulátorgyártás tényleges energiafogyasztása, a csökkenés eléréséhez azonban további erőfeszítésekre lesz szükség a kutatások és a termelési folyamatok fejlesztése terén.

A kutatók szerint a jövőben a jó teljesítmény és a lehető legnagyobb mértékű újrahasznosíthatóság mellett egyre inkább az energiahatékonyság és a kapcsolódó költségek fogják meghatározni a cellakémiák kiválasztását, különösen a lítium-ion technológiát követő akkumulátorok esetében.

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.