Baterie samochodowe wyzwaniem dla elektryfikacji transportu

W 2022 r. co piąty samochód zarejestrowany w Unii Europejskiej był zasilany elektrycznie lub hybrydowo. Wzrost popularności aut elektrycznych stawia wiele wyzwań, wśród  których wymienia się te związane z kosztem eksploatacji pojazdów, niedostatecznie rozbudowaną infrastrukturą czy cyklem życia baterii.

Z artykułu dowiesz się:

• W jakim tempie rośnie rynek samochodów elektrycznych w Europie?
• W jaki sposób są wytwarzane baterie do samochodów elektrycznych?
• Jakie są najważniejsze właściwości baterii?
• Jak wygląda legislacja dotycząca recyklingu baterii?

Liczba samochodów elektrycznych zwiększa się z roku na rok. Liderem w tej branży pozostają Chiny, gdzie w ubiegłym roku zarejestrowano ponad 8 mln samochodów elektrycznych i hybrydowych. Również Europa znajduje się na fali wznoszącej, mimo że postępy w rozwoju rynku elektryków różnią w zależności od kraju.

Elektryków przybywa z roku na rok

Najlepiej wśród europejskich państw radzą sobie Niemcy – w 2022 r. w tym kraju zarejestrowano ponad 800 tys. samochodów z napędem elektrycznym lub hybrydowym, co stanowi jedną trzecią liczby wszystkich rejestracji. W Szwecji i na Islandii elektryki stanowią już więcej niż połowę nowych rejestracji, a w Norwegii odsetek ten wynosi blisko 90 proc.

Na drugim biegunie znajdują się kraje, w których elektromobilność dopiero się rozwija – zalicza się do nich chociażby Polska. Wraz z Czechami, Słowacją i Cyprem jesteśmy jedyną grupą państw, w których odsetek nowo zarejestrowanych aut elektrycznych i hybrydowych w 2022 r. nie przekroczył 5 proc. Tymczasem średnia dla Unii Europejskiej wyniosła blisko 22 proc.

Mimo to trend wzrostowy w Unii Europejskiej się utrzymuje, a rynek elektromobilności zyskuje na znaczeniu. Wraz z nim rośnie zaś popyt na baterie, bez których użytkowanie takich aut byłoby niemożliwe. Te z kolei nie dość, że wciąż drogie, to sprawiają również liczne problemy nie tylko w procesie eksploatacji i recyklingu, ale także – a być może w szczególności – wytwarzania.

Jak powstają baterie?

Kluczowe przy produkcji baterii elektrycznych są przede wszystkim pierwiastki takie jak lit, który generuje napięcie, kobalt, dzięki któremu bateria funkcjonuje dłużej i nie przegrzewa się oraz nikiel, który utrzymuje odpowiednio duża gęstość energii. W ich skład wchodzą również grafit (składnik anody baterii), mangan, miedź, plastik czy stal. Jednak to te trzy pierwsze pierwiastki sprawiają najwięcej problemów z wydobyciem.

Produkcja niklu, której największa część odbywa się w Indonezji, generuje duży ślad węglowy. Jego rezerwy nie są zagrożone – na ten moment istnieje odpowiednio dużo zasobów, aby produkować wystarczająco dużo baterii.

Wydobycie litu to skomplikowany i czasochłonny proces. Za połowę światowej produkcji tego pierwiastka odpowiada Australia. Do produkcji jednej baterii do samochodu elektrycznego potrzeba aż 8 kg tego surowca, dlatego istnieje ryzyko, że gdybyśmy chcieli wymienić wszystkie istniejące auta na elektryki, litu mogłoby zabraknąć. Tym bardziej, że jest on wykorzystywany również do innych rodzajów baterii, niż te samochodowe. Rozwiązaniem jest tu recykling zużytych elementów litowych.

Sytuacja wygląda najgorzej, jeśli chodzi o kobalt. Szacuje się, że 70 proc. zasobów tego surowca posiada Demokratyczna Republika Konga. Kraj ten, nie dość że niestabilny politycznie, to wykorzystuje nieletnich do pracy. Dodatkowo na koniec bieżącej dekady przewidywany jest kryzys.

Jednocześnie pokładają nadzieję w rozpoczętych badaniach nad bateriami o niskiej zawartości kobaltu lub takimi, które w ogóle nie zawierają tego pierwiastka.

Najważniejsze właściwości baterii

Bateria do samochodu elektrycznego jest duża i ciężka (od 300 do nawet 500 kg), dlatego umieszcza się ją w podwoziu. Napięcie w głównej baterii sięga 350-400 V, jednak mniejsze elementy w samochodzie, takie jak wycieraczki, mogą być zasilane akumulatorem o mniejszej mocy.

Problemy związane z pozyskiwaniem surowców potrzebnych do stworzenia baterii przekładają się na jej wysoką cenę. Mimo, że ich koszty spadają z każdym rokiem, jednak na ten moment wciąż pozostają dość wysokie – za jedną sztukę, sprzedawaną jako część zamienną, trzeba zapłacić od 40 do 80 tys. zł. Zazwyczaj otrzymuje się gwarancję producenta na 8 lat lub 160 tys. przejechanych kilometrów. Wydajność spada w ciągu kilku lat, podobnie jak w przypadku baterii do telefonu czy laptopa. Podobnie zresztą, jak w przypadku tych sprzętów, warto kierować się prostymi zasadami, które pozwolą przedłużyć żywotność baterii – nie ładować do 100 proc. pojemności, nie pozwalać rozładować się do końca, w miarę możliwości unikać ekspozycji na mróz lub zbyt wysokie temperatury.

Kiedy bateria zostanie już zużyta, istnieje ryzyko wydostania się z niej groźnych dla środowiska substancji. Dlatego tak ważne jest, aby była ona poddana recyklingowi. Jej cenne części zostaną wówczas wykorzystane ponownie. Wymagają tego także przepisy unijne.

Przepisy wymagają recyklingu

Przepisy mówiące o recyklingu baterii umacnia Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie baterii i zużytych baterii z 10 lipca 2023 r., które zastępuje dyrektywę z 2006 r. i uzupełnia ją o nowe zapisy. Mają one zastosowanie nie tylko do baterii w pojazdach elektrycznych, choć to właśnie one w kontekście transformacji energetycznej w transporcie odgrywają najważniejszą rolę, ale również do pozostałych typów baterii, które zasilają sprzęty codziennego użytku. Co określają najważniejsze przepisy tego dokumentu?

• Ponowne wykorzystanie zużytych baterii – producenci są zobowiązani do zbierania i przekazania do recyklingu:
  • baterii przenośnych –  są to baterie wykorzystywane w sprzętach codziennego użytku, takich jak komputery, zabawki czy sprzęt AGD; w odróżnieniu do baterii samochodowych i przemysłowych zazwyczaj można je przenosić w ręku; do ich zbierania są zobowiązani producenci lub podmioty, które zostały przez nich do tego upoważnione.
  • baterii z lekkich środków transportu – jak wskazuje dokument, są to baterie szczelnie zamknięte, ważące do 25 kg, używane np. w rowerach lub skuterach elektrycznych.
  • baterii SLI – są to akumulatory rozruchowe, oświetleniowe i zapłonowe (z ang. „starting”, „lighting”, „ignition”), służące do zasilania układów elektrycznych w pojeździe.
  • baterii przemysłowych – według rozporządzenia są to baterie wykorzystywane w działalności przemysłowej, infrastrukturze komunikacyjnej, działalności rolniczej lub do celów wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej; do tej kategorii należą choćby baterie stosowane do celów trakcyjnych w transporcie kolejowym, wodnym i lotniczym lub w maszynach pozadrogowych.
  • baterii do pojazdów elektrycznych – czyli chociażby do samochodów elektrycznych.
• Odzyskiwanie surowców – do końca 2027 r. ma być odzyskiwane 50 proc. litu z baterii elektrycznych, a do końca 2031 r. aż 80 proc. tego pierwiastka. W przypadku surowców takich jak kobalt, miedź, ołów i nikiel, do końca 2027 r. aż 90 proc. z nich ma być odzyskiwane, a do końca 2031 r. – 95 proc.  
• Wprowadzenie obowiązkowej zawartości materiałów z recyklingu w bateriach przemysłowych i akumulatorach w pojazdach i maszynach – założono, że wstępnie ma to być 16 proc. kobaltu, 85 proc. ołowiu, 6 proc. niklu i 6 proc. litu. 
• Zwiększenie wydajności recyklingu – do końca 2025 r. ma wynieść 80 proc. dla baterii niklowo-kadmowych i 50 proc. dla innych zużytych baterii.
• Umożliwienie użytkownikom wymiany baterii przenośnych w swoich urządzeniach – do 2027 r.
• Wprowadzenie kryteriów dotyczących wydajności, trwałości i bezpieczeństwa baterii, np. określono restrykcje dotyczące substancji niebezpiecznych, takich jak rtęć, ołów czy kadm – zarówno poprzez ograniczenie ich użycia już u źródła, jak i poprzez odpowiednie postępowanie z nimi po zakończeniu ich cyklu życia jako elementu baterii
• Etykietowanie – należy określać skład baterii oraz to, jaki jej procent pochodzi z recyklingu.
• Sprawdzanie źródła surowców wykorzystanych w bateriach wprowadzanych na rynek – obowiązek ten ciąży na dużych przedsiębiorstwach, małe i średnie zostały z niego zwolnione.

Recykling baterii elektrycznych jest tym ważniejszy, odkąd wiemy, że zasoby surowców potrzebnych do produkcji baterii są ograniczone. Dzięki recyklingowi rozwiązana zostaje  zaledwie część problemów, które pojawiają się przy elektryfikacji transportu, jednak z pewnością rozwój tych technologii jest ważnym krokiem w popularyzacji aut elektrycznych.  

Maria Jaworska-Cierniak

Absolwentka dziennikarstwa, studentka bohemistyki. Na swoim koncie ma doświadczenia zawodowe zarówno w redakcjach, jak i w branży public relations. W wolnych chwilach zwiedza europejskie miasta lub zachwyca się pięknem natury.

NAPISZ DO NAS