Производство батарей скоро потребует энергии всей Швеции: ученые нашли решение проблемы

Ученые из немецкого Университета Мюнстера подсчитали, что к 2040 году для покрытия спроса на различные элементы питания (батареи и аккумуляторы) потребуются затраты энергии в 130 000 гигаватт-часов, что равно годовому потреблению Норвегии или Швеции. С результатами исследования делится портал Heise.

В своей опубликованной работе специалистам пришлось иметь дело с несколькими постоянно меняющимися переменными, включая эволюцию спроса, тенденции в области аккумуляторных технологий и достижения в производственных процессах. Прогноз усложнило появление на рынке альтернативных аккумуляторов помимо популярных литий-ионных батарей (LIB). Ученые обобщили их один сегмент — пост-литий-ионные батареи (PLIB).

Кроме констатации надвигающейся проблемы исследователи предложили ее решение. Они видят его в улучшении энергетического баланса в плотности энергии аккумуляторных ячеек. Например, твердотельные элементы требуют относительно большого количества энергии во время производства по отношению к площади электрода. Из-за высокой плотности энергии их производство по-прежнему более энергоэффективно, чем обычные литий-ионные батареи. Чем выше их будущая доля рынка, тем лучше энергетический баланс всей отрасли. Однако для элементов с относительно низкой плотностью энергии, таких как фосфат лития-железа или ионы натрия, ситуация обратная.

Впрочем, сами ученые предупреждают, что их исследование не идеально: там не учтена энергия, которая необходима для добычи, транспортировки и переработки сырья для производства батарей, а эти данные трудно подсчитать — нужны дополнительные исследования. Впрочем, можно сделать своеобразные предположения в зависимости от используемого в батареи материала, ведь, например, натрий (как компонент поваренной соли) получить гораздо легче, чем литий.

Каким бы ни был энергетический баланс и рыночная доля различных типов батарей в будущем, согласно исследованию, все они получат значительную выгоду от достижений в производственных технологиях. Наибольшее влияние имеют общие технические усовершенствования, такие как альтернативные процессы сушки или новые концепции сушильных камер (экономия энергии от 31 до 52 процентов). Далее следует использование тепловых насосов для выработки технологического тепла (от 11 до 20 процентов), общий эффект обучения (от 14 до 26 процентов) и эффект масштабирования (от 8 до 16 процентов).

Это может изменить энергетический баланс следующим образом:

Если объединить более эффективное производство и более высокую долю рынка энергоемких пост-литий-ионных аккумуляторов, абсолютная потребность в энергии для производства элементов может снизиться на 62–70 процентов, несмотря на увеличение производства, говорится в исследовании ученых.