Zatiaľ čo environmentálna stopa zdrojov energie je predmetom viacerých výskumov a je dobre zmapovaná, energetickým úložiskám sa v tomto smere venovalo len málo pozornosti. Keďže sú pre rozšírenie OZE kľúčovou technológiou, je na mieste otázka, či by sa ich ekologické stopy nemali sčítavať. Budú OZE schopné aj po započítaní ekologickej stopy batérií konkurovať fosílnym palivám s technológiou zachytávania uhlíka? Poďme to zistiť!
Čo vieme o batériách?
Batérie boli v posledných rokoch predmetom viacerých štúdií predovšetkým v spojitosti s elektromobilmi. Vďaka tomu máme dobre zmapovanú problematiku surovín, najmä lítia a kobaltu. Drvivá väčšina lítia pochádza z Austrálie, USA, Číny a Latinskej Ameriky. Vyše polovica známych svetových zásob sa nachádza práve v Latinskej Amerike, na jednom z najsuchších miest na svete, v oblasti púšte Atacama.
Na ťažbu jednej tony lítia sa tu spotrebuje asi 1,5 milióna litrov vody. A hoci existujú šetrnejšie spôsoby ťažby, tomu súčasnému zatiaľ nedokážu cenovo konkurovať. Aj v ďalších oblastiach má ťažba dopad na vodu. V Číne pravidelne dochádza k zamoreniu riek a v USA výskumníci našli stopy v rybách až 240 km po prúde od miesta spracovania lítia.
S kobaltom je to dokonca ešte o čosi horšie. Až 65 % svetovej produkcie pochádza z jednej krajiny - Demokratickej republiky Kongo. Ťažba tu často prebieha pomocou jednoduchých nástrojov, bez ochranných pomôcok, či dokonca holými rukami. Samozrejmosťou je bohužiaľ aj detská práca. Ani nikel, ďalší kov dôležitý pre batérie, nemá v dopadoch na životné prostredie a zdravie ľudí dobrú povesť.
Výrobcovia batérií si tieto problémy uvedomujú, avšak pre spomínanú koncentráciu surovín na zopár miestach na svete majú zviazané ruky. Mnohým sa však podarilo výrazne znížiť podiel kobaltu či emisií z výroby. Švédsky IVL minulý rok vydal správu, podľa ktorej sa emisie za posledné dva roky znížili približne na polovicu a pohybujú sa v rozmedzí 59 - 119 kg CO₂ na kWh kapacity batérie. Nižšia hranica uvádza emisie z ťažby a prepravy surovín a predpokladá, že na výrobu bola použitá iba energia z OZE. Vyššia hodnota, naopak, počíta s využitím energie iba z fosílnych palív. Stredná hodnota je tak 89 kg CO₂ na kWh kapacity batérie.
Uhlíková stopa životného cyklu
Táto hodnota nám však nestačí. Na porovnanie a prípadné pričítanie k uhlíkovej stope OZE potrebujeme zistiť aj uhlíkovú stopu životného cyklu batérie. Našťastie pre nás, Robert Rapier vypracoval vo svojom článku pre FORBES podrobný výpočet uhlíkovej stopy životného cyklu známej a v súčasnosti najväčšej batérie Hornsdale Power Reserve v Austrálii vybudovanej spoločnosťou Tesla. Pri našom výpočte budeme vychádzať práve z toho jeho. Miestami to však môže vyzerať celkom komplikovane, takže pokiaľ vás nezaujímajú detaily výpočtu, pokojne preskočte na výsledok.
VÝPOČET:
Robert Rapier vychádzal najmä z údajov Kategorizácie ekologickej stopy výrobkov (PEFCR), ktoré udávajú energetickú efektivitu li-ion batérií na úrovni 96 % (4 % energie sa stratia počas nabíjania a vybíjania), a ich životnosť na približne 400 cyklov nabitia. Po 400 cykloch kapacita batérie klesne pod akceptovateľnú úroveň definovanú ako 60 %. Priemerná hodnota kapacity pre výpočet je tak 80 % z pôvodnej.
Treba však povedať, že hodnota 400 cyklov je výrazne podhodnotená, čo potvrdila aj spätná väzba od odborníkov z praxe. Jedna z oslovených firiem dokonca Rapierovi odpísala, že ich batérie majú garantovaných minimálne 3 000 cyklov. Tesla, ktorá stojí za Hornsdale Power Reserve, si prednedávnom dala patentovať batériu, ktorej životnosť by mala hravo prevýšiť 4 000 cyklov. My však budeme vychádzať z hodnoty batérií, ktoré už Tesla vyrába. Konkrétne z hodnoty 1 500 cyklov, o ktorej hovorí Elon Musk v prípade batérií do Modelu 3.
Austrálska batéria slúži na uskladnenie energie z Veternej elektrárne Hornsdale a má výkon 100 MW a kapacitu 129 MWh, čo znamená: 129 MWh x 0,8 (80 %) x 1 500 (cyklov) = 154 800 MWh. Táto hodnota je energia, ktorú z batérie dostaneme, čo predstavuje 96 % energie, ktorou ju nabijeme. Počas jej životného cyklu tak budeme potrebovať na jej nabitie 161 250 MWh energie. Pri veternej energii je uhlíková stopa podľa IPCC 11 g CO₂ na kWh, teda 11 kg CO₂ na MWh.
11 x 161 250 = 1 773 750 kg CO₂
K tomuto výsledku musíme prirátať uhlíkovú stopu výroby batérie, ktorá je 89 kg CO₂ na kWH . Pri kapacite 129 MWh je táto 11 481 000 kg CO₂, čo nám dokopy dáva 13 254 750 kg CO₂. Aby sme však dostali hodnotu porovnateľnú s ostatnými uhlíkovými stopami z minulého článku, musíme týchto vyše 13 miliónov kg ešte predeliť 161 250 MWh elektriny (všetka energia spotrebovaná na nabitie).
VÝSLEDOK:
Uhlíková stopa energie vyrobenej vo veternej elektrárni a uskladnenej v batérii je 82,2 g CO₂ na kWh. Pre fotovoltaické panely by sa táto hodnota pohybovala okolo 116 g CO₂ na kWh. Obe sú stále výrazne nižšie ako pri uhlí a plyne s technológiou zachytávania uhlíka (220, resp. 170 g CO₂ na kWh).
Druhý život
Mnohé batérie je možné bezpečne používať aj po tom, čo klesne ich kapacita pod tzv. akceptovateľnú úroveň (stanovenú ako 60 % z pôvodnej kapacity) a ani z ekonomického hľadiska nedáva zmysel ich hneď vymeniť za nové. Práve naopak.
V súvislosti s batériovými energetickými úložiskami sa často hovorí o využití starých batérií z elektromobilov, pri ktorých predstavuje klesajúca kapacita reálny problém s dojazdom. Životnosť takejto batérie sa tak dokáže predĺžiť až o tretinu a náklady za kWh znížiť na polovicu - približne 150 dolárov. Okrem ceny sa druhým životom batérie zníži aj jej uhlíková stopa. Podľa londýnskej výskumnej a konzultačnej firmy Circular Energy Storage, sa takto využijú až tri štvrtiny batérií z elektromobilov.
Recyklácia batérií
Keď už batérie nebudú vhodné ani pre potreby skladovania energie, prichádza čas na ich recykláciu. Keďže veľkých batérií, ktoré by už dosiahli toto štádium, je stále veľmi málo, len ťažko sa určujú dopady ich recyklácie. Aj s ohľadom na negatívne vplyvy ťažby potrebných surovín však možno očakávať, že ich recyklácia bude výrazne priaznivejšia ako k prírode, tak aj k ľuďom. Všeobecne tiež platí, že uhlíková stopa recyklácie je nižšia ako uhlíková stopa ťažby nových surovín. S rastúcim podielom recyklovaných surovín pri výrobe nových batérií, rovnako aj s rastúcim podielom OZE v energetickom mixe, bude ekologická stopa batérií naďalej klesať.
A to je veľmi dobrá správa, pretože zelenšia a distribuovaná výroba energie je aj naším cieľom vo FUERGY.
We are living in the future of energy. Are you?
