Bateria, czyli nowy element światowej rywalizacji
Rzeczywiście bateria jest również nowym elementem światowej rywalizacji. Zaraz po ropie, gazie i chipach do produkcji elektroniki, stała się elementem pożądania każdego nowoczesnego państwa z dużą mocą produkcyjną. Wystarczy spojrzeć dookoła siebie, by dojść do podobnego wniosku jak ja, ale zanim do tego przejdziemy, odrobina historii.
Bateria elektryczna, wbrew pozorom, jest z nami już co najmniej od 2300 lat. Poważnie, ten wynalazek jest aż tak stary. Pierwsze ogniwo jakie znaleziono w okolicach Bagdadu w 1936r., było datowane przez archeologów na III w. p.n.e. Oczywiście wyglądało jak walec miedziany z umieszczonym wewnątrz żelaznym prętem oraz zanurzonym w dzbanie z kwasem octowo – cytrynowym, nie tak jak obecnie. Co ciekawe, podobne elementy znaleziono w jednej z piramid egipskich. Potem zapomniano o tej technologii i na nowo wynalazł ją w roku 1780 Luigi Galvani. W roku 1791 Alessandro Volta powtórzył eksperyment Galvani’ego i stworzył pierwsze ogniwo (ogniwo Volty). Tak to się wszystko zaczęło. Wspomnę jeszcze tylko, że gdyby nie duży nacisk na paliwa kopalniane niejakiego Pana Forda (tak, ten założyciel marki samochodów), to już początku XX wieku jeździli byśmy wszyscy pojazdami elektrycznymi. Tyle tytułem historii. Jak wygląda sprawa baterii dziś?
Współczesne baterie
W dzisiejszych już czasach baterie są już dużo lepsze. Budowane z innych składników i w dopracowanej formie, stają się powoli alternatywą dla paliw kopalnianych. Również w dziedzinie silników elektrycznych nastąpił postęp. Z resztą patrząc z tej perspektywy, to możemy śmiało powiedzieć, że od (prawie) zawsze, silnik elektryczny miał większą wydajność od silnika spalinowego. Dla porównania – silnik spalinowy posiada sprawność rzędu 30-36%, silniki diesla 40-45%, silnik elektryczny (tutaj pokuszę się o dane firmy ABB) w najlepszym razie od 90-98,8%. Czyli w skrócie w silnikach spalinowych mamy spadek sprawności ponad 50% przez tarcie i ciepło, zaś w silnikach elektrycznych tylko 1,2%. Niesamowite, nieprawdaż? Dlatego też potrzebujemy porządnych baterii.
Jakie założenia stawiają sobie dzisiejsze firmy? Otóż możemy sobie śmiało podać pięć głównych kierunków:
- gęstość energii;
- gęstość mocy;
- bezpieczeństwo;
- koszt;
- długość życia.
W chwili obecnej walkę o prym wiodą Ameryka i Chiny. W USA dużym ich producentem i wynalazcą nowych technologii jest Tesla. Niedawno wprowadził ogniwa 4680, które mają ponoć zawierać pięć razy więcej energii, zapewnić zasięg dla pojazdów większy o 16% i dać sześciokrotnie większą moc. Dodatkowo spadła cena produkcji o 50% co jest dodatkowym atutem. Niemniej jednak dalej bazują one na dość drogich minerałach jak np. Lit i kobalt. A co z Chinami? W Chinach główne skrzypce gra firma CATL. Właśnie stworzyła baterie, które mają większą gęstość i mniejszą masę niż te od Tesli. W dużym skrócie – dwukrotnie większa gęstość baterii CATL przy tej samej masie co w Tesli, daje nam albo dwukrotnie większy zasięg (przy tej samej masie) lub o połowę mniejszą masę baterii (z tym samym zasięgiem). Dla pojazdów kołowych to już dużo, ale dla pojazdów latających to przyszłość… choć niekoniecznie. Okazuje się bowiem, że chińczycy pracują jeszcze nad bateriami wykluczającymi drogie minerały. Ktoś teraz pewnie zapyta – a Ameryka i reszta świata śpi? Cóż, nie do końca.
USA – powrót do gry
Na celowniku dużych graczy pojawiła się ostatnio firma ze stanu Maryland w USA o dźwięcznej nazwie AquaLith. W związku ze stale rosnącymi cenami minerałów ziem rzadkich do produkcji baterii Litowo-jonowych (Li-ion) oraz perspektywy sprzedaży pojazdów elektrycznych w przyszłości, firma postanowiła zmienić nieco te trendy. Ich głównym mottem stało się powiedzenie „gęściej, taniej i bezpieczniej”, co poniekąd odzwierciedla kierunek ich prac. Firma wzięła na tapet główne komponenty ogniwa, czyli anodę, katodę i elektrolit. Wtrącając troszeczkę, powiem że katoda (z reguły) wykonana jest z kobaltu. Jego kopalnie w głównej mierze znajdują się w Chinach i w Afryce (Kongo), również kontrolowane przez wschodnie chińskie mocarstwo. Jest to minerał rzadki i jego cena, a jakże, leci teraz mocno w górę na fali elektryfikacji. Cena baterii w 40% to właśnie ten minerał. Cóż więc wymyślili? Zmienili mianowicie katodę z kobaltu na materiał dostępny w dużej skali na Ziemi, obniżając cenę o 50%. Anodę z grafitu zamienili na silikonowe mikrocząstki, zmniejszając koszt o 75% i zwiększając gęstość o 40%. Co się zaś tyczy elektrolitu, to został on zmieniony na płyn bazujący na wodzie, a więc niepalny.
Samozapłon to słowo, które u właścicieli elektryków wywołuje zimny pot na czole. Teraz może stać się tylko wspomnieniem. W końcu bez obaw będzie można zaparkować naładowanego elektryka w garażu. Testy w pojazdach firma zamierza zacząć już w przyszłym, tj. 2024 roku.
Mamy więc dwie główne strony sporu o to, kto w przyszłości będzie kontrolował rynek pojazdów elektrycznych, przy czym nie zapominajmy o takich krajach jak Korea południowa i Japonia. Te mają też coś do powiedzenia, ale w mniejszej skali. Kto będzie więc rządził w produkcji źródeł zasilania na świecie i co dalej?
Zmierzch pojazdów spalinowych
Nie chcę tu wchodzić w spory, czy lepszy jest pojazd elektryczny czy spalinowy. Który bardziej zanieczyszcza planetę, czy też który jest droższy w utrzymaniu. Każdy z nas ma o tym swoje wyrobione zdanie, co nie zmienia faktu, że „wajcha” (dźwignia) już została przestawiona. Czy tego chcemy czy nie, powrotu raczej nie będzie. Składa się na to wiele argumentów jak np.:
- coraz trudniejsze i droższe wydobycie;
- podejście państw, w których znajdują się duże złoża do polityki światowej;
- chęć zmiany klimatu na lepszy;
- zwiększenie się dostępu do transportu dla przeciętnego obywatela;
- brak zależności od dostaw z innych państw;
- pełna autonomia.
Czyżby więc koniec? Niestety tak. Powoli, gdy ceny będą tanieć a technologia stanie się bezpieczniejsza, zmieni się też tok myślenia odbiorcy (konsumenta). Będziemy wtedy bardziej skłonni ustąpić miejsce dla pojazdów w pełni elektrycznych. Czy nie przysporzy to nowych problemów? Oczywiście że tak. Czas użytkowania takiego pojazdu pewnie się zmniejszy. Cena za cały okres „życia” pojazdu, też pewnie będzie wyższa, nie wspominając o całej infrastrukturze, której po prostu na dzień dzisiejszy w takiej ilości nie posiadamy (dostosowana sieć elektryczna do dużego obciążenia, ładowarki itp.). Niemniej jednak, czego się nie zrobi dla matki Ziemi…
Kolejną ważną kwestią jest rosnący stopień robotyzacji w przemyśle i wojsku (o czym pisałem tu i tu). Tam też potrzebne jest stabilne i tanie źródło zasilania. Bez niego upośledzony zostanie system ochrony i obrony.
Reasumując, czy jesteśmy u progu rewolucji? Pewnie nie, ale ewolucji już na pewno tak. Czy rywalizacja w tej dziedzinie, będzie postępować? Owszem i to bardzo. Czy będzie to przebiegało w sposób bezpieczny i ogólnodostępny? Cóż, czas pokaże
Do następnego…
