BIZIT 2024: Energija i baterije

Baterije, litijum, obnovljivi izvori energije… To su svakako teme godine, uz česte priče da “samo što nisu” došle neke nove, revolucionarne baterije koje će promeniti svet. Koliko smo zaista blizu čiste energije i da li su sve te super baterije blizu tržišta?

Svi na svojoj koži osećamo klimatske promene, bilo kroz ekstremne temperature, nedostatak prelaznih perioda ili kroz sve neprijatnije zagađenje. I to više nisu priče starijih: “U moje vreme nije bilo…”, jer se vreme nesumnjivo promenilo. Gasovi pojačavaju efekat staklene bašte, i Zemlja se greje. Štetni gasovi nastaju pre svega korišćenjem fosilnih goriva za grejanje, transport i proizvodnju električne energije, koja se u svetu sve više troši, između ostalog i “zahvaljujući” računarima i ogromnim data centrima. Prema izveštaju Ujedinjenih nacija iz 2019. godine, čak 75 odsto emisije gasova koji stvaraju efekat staklene bašte i 90 odsto emisije ugljen-dioksida kreira se sagorevanjem fosilnih goriva, dakle uglja, nafte i prirodnog gasa.

Matematički modeli pokazuju da emisija mora da se smanji za 50 odsto do 2030. godine, odnosno da se postigne “neto-nula” stanje do 2050. godine. Neto-nula je moderan pojam koji govori o ravnoteži u količini gasova koji se proizvode i onih koji se uklanjaju iz Zemljine atmosfere. Da bi se to postiglo, moramo se okrenuti alternativnim, čistim, dostupnim i održivim izvorima energije, pre svega za proizvodnju struje i grejanje. Govorimo o Sunčevoj energiji, vetru, vodi, toploti Zemlje i preradi otpada, koji se obnavljaju i ne zagađuju atmosferu štetnim gasovima.

Ključne prednosti obnovljivih izvora energije

Ubrzanje tranzicije sa fosilnih na obnovljive izvore energije predstavlja logičan put ka očuvanju planete ne samo za generacije koje dolaze, nego i za nas. Navešćemo nekoliko ključnih prednosti obnovljivih izvora energije.

Dostupnost. Oko 80 odsto država uvozi fosilna goriva. A obnovljivi izvori se nalaze svuda oko nas, i njihov potencijal je iskorišćen tek u skromnoj meri. Prelazak na obnovljive izvore energije rešava zavisnost država od drugih i omogućava nezavisnost ekonomije od nepredvidivih cena fosilnih goriva, poput ovih koje trenutno pogađaju veći deo sveta.

Pristupačnost. Obnovljivi izvori energije su sada najjeftinija opcija za proizvodnju električne energije u većini delova sveta. Troškovi električne energije iz solarnih panela pali su za 85 odsto između 2010. i 2020. godine, dok su vetrogeneratori pojeftinili za oko 50 odsto. Ovi troškovi koji imaju trend pada čine obnovljive izvore energije pristupačnijim, posebno za ekonomski manje razvijene zemlje.

Bolje zdravlje ljudi. Svetska zdravstvena organizacija (WHO) izveštava da 99 odsto ljudi udiše vazduh koji je van bezbednosnih tolerancija, uglavnom zbog zagađenja fosilnim gorivima. U 2018. godini, zagađenje fosilnim gorivima koštalo nas je osam milijardi dolara dnevno. Prelazak na obnovljive izvore energije, poput vetra i sunca, može smanjiti zagađenje vazduha, poboljšati zdravlje i spasti živote.

Ekonomski rast. Svaka investicija u obnovljive izvore energije stvara tri puta više radnih mesta nego ona u industriju fosilnih goriva. Međunarodna agencija za energiju (IEA) procenjuje da će tranzicija ka neto-nula emisijama doneti oko 14 miliona novih radnih mesta u oblasti čiste energije, dok će oko pet miliona radnih mesta u proizvodnji fosilnih goriva biti izgubljeno, što je dobitak od oko devet miliona. Pored toga, industrije povezane sa energijom će zahtevati još 16 miliona radnika, što će do 2030. godine stvoriti više od 30 miliona radnih mesta u firmama koje će se baviti čistom energijom, energetskom efikasnošću i tehnologijama s niskim emisijama.

A električni automobili?

Zamenu fosilnih goriva obnovljivim izvorima nekako najbliže osećamo u auto-industriji. Sve je više hibridnih i električnih vozila na putevima, sve se više baterija ugrađuje u njih, ali da li te silne baterije i električna goriva zaista doprinose očuvanju životne sredine? Nije lako odgovoriti na to pitanje a odgovor svakako nije crno-beli.

Električno vozilo tokom svog životnog veka proizvode polovinu ugljen-dioksida koji bi proizveo benzinski ili dizel automobil, računajući tu i proizvodnju baterija. Evropska federacija za transport i životnu sredinu pokazala je da potrošnja goriva tokom životnog veka klasičnog automobila zahteva buriće nafte koji, kada se naslažu, imaju visinu 25-spratne zgrade. S druge strane, metali potrebni za proizvodnju jedne baterije električnog vozila su veličine prosečne mikrotalasne pećnice, od kojih se više od 65 odsto može ponovo koristiti. Dakle, proizvodnja električnih vozila inicijalno ima veći negativan uticaj na životnu sredinu, ali se to nadoknađuje tokom eksploatacije tog vozila.

Prelazak na električna vozila neće sam po sebi sprečiti klimatske promene, ali predstavlja jedan deo slagalice. Električni gradski prevoz ima mnogo veći uticaj na smanjivanje zagađenja nego zamena klasičnih automobila električnim vozilima.

Revolucionarne baterije?

S obzirom na stalni porast potrebe za električnom energijom, ne čude investicije u bolje i efikasnije baterije koje pokreću uređaje koje svakodnevno koristimo – od telefona, tableta i laptopa, do trotineta i automobila. Litijum-jonske baterije za sada prednjače zbog sposobnosti da zadrže veliku količinu energije u malom prostoru. One se brzo se pune i dugo traju.

Litijum se koristi za elektrode – pozitivne i negativne, a tečni elektrolit razdvaja te elektrode i transportuje pozitivne jone litijuma između njih. Kretanje jona kreira slobodne elektrone na negativnoj elektrodi – anodi. Kao rezultat toga, pravi se napon na kolektoru pozitivne struje baterije, koji teče kroz uređaj do kolektora negativne struje baterije. Prilikom napajanja uređaja, anoda prenosi jone litijuma na katodu, a pri punjenju katoda ih vraća.

Nove tehnologije baterija koje pokazuju najveći napredak, i koje bi mogle da jednog dana zamene litijum-jonske baterije, jesu:

Čvrste baterije koriste čvrste elektrolite, kao što su keramika, staklo ili polimer, umesto tečnih. Efikasnije su od Li-ion i mogu da čuvaju više energije u kućištu iste veličine. One su bezbednije, jer je elektrolit čvrst i nije zapaljiv, a kompanija BMW je najavila testiranje prototipa vozila sa ovim baterijama u novembru prošle godine, dok bi Toyota mogla da predstavi vozila sa ovim baterijama već 2026. godine.

Litijum-sumporne baterije za katodu koriste sumpor umesto nikla i kobalta koji se nalaze u anodi litijum-jonskih baterija. Glavna prednost je što sumpora ima mnogo više nego nikla i kobalta, jeftiniji je, a neka istraživanja pokazuju da su ove baterije efikasnije od litijum-jonskih. Problem pravi korozija, kao i životni vek koji je kraći od aktuelnih baterija.

Natrijum-jonske baterije koriste isti princip rada kao litijum-jonske, samo sa slanom vodom kao elektrolitom. Ove baterije pokazuju najveće prednosti u čuvanju energije. Jeftinije su, imaju bolje performanse pri niskim temperaturama, ali mogu da čuvaju svega trećinu energije koju čuvaju litijum-jonske baterije istih dimenzija.

Grafenske baterije umesto litijuma koriste kombinaciju čvrstih materijala i grafena za katodu. One pokazuju možda i najveći potencijal u auto-industriji, ali i kod uređaja kao što su pametni telefoni. Karakteriše ih veća provodljivost od litijum-jonskih konkurenata, što omogućava brže punjenje, veći kapacitet i duži životni vek. Jedina loša strana je cena proizvodnje koja je visoka, pa dakle i nedostupna za široko tržište.

Litijum-jonske baterije naredne generacije (NGLB) su sledeći korak u evoluciji litijum-jonske tehnologije. Da bi se postigla veća gustina energije, brže vreme punjenja i duži životni vek, ove baterije koriste bolje sisteme upravljanja baterijama i inovativne materijale. Integracija tehnologije brzog punjenja baterija osigurava brže cikluse punjenja, čineći ih efikasnijim i pogodnim za mobilne uređaje.

Proizvodnja litijum-jonskih baterija

Iako baterije pomažu da koristimo i prenosimo energiju sa sobom, njihov uticaj na životnu sredinu ne sme se uzimati olako. Najveći negativan uticaj litijum-jonskih baterija je proces ekstrakcije litijuma, koji nije neograničen resurs i koji se najčešće nalazi u oblastima sa osetljivim ekosistemom. Proces vađenja litijuma se pokazao kao štetan po okolinu u smislu uništavanja šuma, erozije zemlje i zagađenja vode. Britanski The Guardian je pisao da se više od polovine proizvodnje litijuma, koji zahteva ogromne količine vode, obavlja u regionima u kojima inače nema dovoljno vode, što će s vremenom postati sve gore zbog globalnog zagrevanja.

U slučaju požara, litijum-jonske baterije ispuštaju toksične, zapaljive gasove i mogu lako da zagade velike količine vode. S druge strane, jako je bitno kreirati ekosistem koji reciklira ove baterije, koje se mogu ponovo koristiti nakon svog životnog veka, jer je njihovo odlaganje veoma opasno, pre svega zbog kobalta koji može imati devastirajući uticaj na živi svet.

Drugi će reći da litijum-jonske baterije nude održivo rešenje za naše energetske potrebe, pa njihovo korišćenje smanjuje potrebu za fosilnim gorivima. Dobro je što one ne koriste opasne supstance kao što su kadmijum, olovo i živa. Međunarodna organizacija IER (Institut za istraživanje energije), jeste naglašava da je proces ekstrakcije litijuma iz rude opasan, i ima veliki potencijal da zagadi izvore vode. Tako se više od polovine globalnih zaliha litijuma nalazi se u takozvanom Litijumskom trouglu, između Argentine, Bolivije i Čilea. U ovoj oblasti kopanje litijuma koristi 65 odsto vode iz celog regiona.

Mnogi naučnici zalažu se za tehnologije baterija koje koriste druge elemente i materijale koji nemaju toliko negativan uticaj na okolinu kao litijum i kobalt, kao što su gvožđe i silicijum. Uz ekonomske motive, mogli bismo malo više da se pozabavimo globalnim standardima za rudarenje ovih opasnih elemenata, koji bi važili kako za ekonomski razvijene, tako i za ekonomski nerazvijene regione. Na taj način bi se u prvi plan istakao dugoročni uticaj na životnu sredinu, a ne samo ekonomska strana litijuma.

Tema zelena energija, onbovljivi izvori i baterije biće ove godine u glavnom delu programa BIZIT konferencije koja će se održati 6. i 7. novembra u beogradskom hotelu Metropol. Prijavite se odmah na ovom linku dok traju popusti za ranu prijavu! Čekamo vas!

Autor: Mirko Topalović