Elektromobilność: Przyszłość będzie napędzana bateriami

Tak jak zwykłe auta nie jeździłyby bez ropy, tak samo elektryki nie ujadą daleko bez ogniw. Dlatego za kulisami premier kolejnych modeli samochodów z napędem elektrycznym odbywa się globalna rozgrywka o zasoby niezbędne do ich produkcji.

Magazyn DGP 25.01.19 / Dziennik Gazeta Prawna

Mówi się, że jeśli ktoś kompletnie się nie zna na inwestowaniu, to powinien wzorować się na Warrenie Buffecie. Wyrocznia z Omahy udowodniła bowiem nieraz, że ma nosa do biznesowych trendów. Nie ma więc lepszego potwierdzenia dla tezy, że pieniądze kryją się w elektromobilności niż informacja, jakoby należący do miliardera holding Berkshire Hathaway zastanawiał się nad uruchomieniem produkcji litu – pierwiastka niezbędnego w wytwarzaniu ogniw litowo-jonowych, baków z paliwem dla samochodów elektrycznych. Jak parę dni temu podał „Financial Times”, miałby on być odzyskiwany z solanek, które napędzają turbiny należących do firmy geotermalnych elektrowni w Kalifornii. I chociaż na razie przedstawiciele Berksire Hathaway zaklinają się, że projekt jest na bardzo wczesnym etapie – liczenia kosztów i rozglądania się za finansowaniem, a także za partnerem w zbycie (podobno rozmawiano w tej sprawie z Teslą) – to można chyba uznać, że produkcja litu otrzymała „glejt Buffeta”: potwierdzenie, że nie jest to biznes patykiem po wodzie pisany.

Zainteresowanie miliardera produkcją litu jest następstwem rewolucji, która dokonuje się na naszych oczach.

Klienci chcą elektryki

Rewolucje mają jednak to do siebie, że świat często nie jest do nich przygotowany. Kiedy samochód z napędem spalinowym zaczął się upowszechniać, nikt się nie zastanawiał, skąd weźmiemy napędzającą go żółtawą ciecz.Dopiero później okazało się, że potrzebną do jej wytworzenia czarną maź skrywają w niebotycznych ilościach piaski najbardziej niestabilnego politycznie regionu na świecie. Ryzyko geopolityczne stało się nieodłączną częścią codzienności setek milionów uzależnionych od samochodu ludzi na świecie.

Teraz jest podobnie. 10 lat temu Tesla Roadster była zabawką dla majętnych mieszkańców Doliny Krzemowej, a samochodu elektrycznego nikt nie brał na poważnie. W związku z tym niewielu też przejmowało się tym, skąd weźmiemy niezbędne do jego produkcji surowce. Teraz sytuacja jednak zmieniła się dramatycznie. Klientów na przyzwoite auta z napędem elektrycznym jest bowiem więcej, niż wydawało się dotychczas menedżerom z Wolfsburga, Stuttgartu czy Monachium.

Kiedy Tesla zaczęła przyjmować zamówienia na swojego „elektryka dla ludu” – model 3, w kolejce ustawiło się 450 tys. ludzi na całym świecie. Taką liczbą klientów nie może pogardzić żaden koncern samochodowy na świecie. Efekt? Nie ma takiej marki motoryzacyjnej, która nie ogłosiłaby planów elektryfikacji swojej floty przez następne kilka lat. Nawet Toyota, która przez wiele lat obstawiała, że samochody przyszłości będą jednak napędzane przez ogniwa wodorowe, ogłosiła ostatnio plany budowy własnej fabryki ogniw litowo-jonowych we współpracy z globalnym liderem branży, firmą Panasonic.

Cała ta przesiadka odbywa się jednak przy założeniu, że litu – oraz innych pierwiastków niezbędnych do budowy ogniw – będzie wystarczająco dużo, żeby napędzić tę rewolucję. Z ropą sytuacja była o tyle komfortowa, że w wielu miejscach wystarczyło wbić kilof w ziemię i tryskała fontanna płynnego złota. Z litem jest inaczej – występuje w małych koncentracjach w rudach i solankach, z których trzeba go mozolnie wypłukiwać. I w stosunku do przyszłych potrzeb produkujemy go stanowczo za mało.

80 mln ogniw

Weźmy ogniwo litowo-jonowe zapewniające energię elektryczną dla najdroższej wersji modelu S Tesli. Popularnie (i niewłaściwie!) nazywany baterią element waży w tym samochodzie 450 kg, a analitycy banku Morgan Stanley szacują, że w tej masie 63 kg to lit (a właściwie związek chemiczny, który wiąże ten metal). Tymczasem zgodnie z informacjami Komisji Europejskiej, która monitoruje rynek najbardziej wrażliwych surowców, na świecie rocznie produkuje się obecnie 200 tys. ton ekwiwalentu litu – czyli nie metalu w czystej postaci, ale w zawierających go związkach (np. węglanie). Nie trzeba być mistrzem matematyki, żeby policzyć, że gdyby cały ten lit był wykorzystywany wyłącznie do produkcji takich ogniw jak w najlepszym wariancie modelu S, to globalne wydobycie wystarczyłoby zaledwie na 3,17 mln „baterii”. Tymczasem, jak podaje Europejskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów, w 2017 r. na świecie wyprodukowano niewiele ponad 80 mln samochodów osobowych.

Oczywiście różne auta mają ogniwa o różnej pojemności, co determinuje potrzebną do ich produkcji ilość surowca (pozwala ją ograniczyć również postęp technologiczny). Co więcej, przesiadka na elektryki będzie się odbywać stopniowo, nie dojdzie więc do sytuacji, w której na gwałt potrzebne będzie kilkanaście milionów ogniw. Niemniej jednak zapotrzebowanie to będzie stopniowo rosło – zwłaszcza biorąc pod uwagę rozwój gospodarczy krajów takich jak Indie, gdzie przygoda z motoryzacją dopiero zaczyna się na dobre. A to oznacza, że obecny poziom produkcji jest niewystarczający.

Europejska kontrofensywa

Na efekty niedoborów w podaży nie trzeba było długo czekać. Przez ostatnie parę lat ceny litu rosły, aby w marcu 2019 r. osiągnąć rekordowy poziom 24 tys. dol. za tonę. Na szczęście globalne koncerny wydobywcze zwietrzyły interes i zaczęły uruchamiać nowe moce produkcyjne, skutkiem czego już w drugiej połowie roku cena spadła mniej więcej o połowę. O ile jednak globalne zasoby litu rozłożone są w miarę równomiernie – największe nadzieje branża wiąże z Ameryką Południową, o tyle już przetwarzanie litu, czyli doprowadzanie do go do postaci nadającej się do użycia w ogniwach, jest skoncentrowane w ręku jednego gracza. Chin.

Państwo Środka przez ostatnie parę lat skupiło u siebie połowę globalnych mocy przetwórczych litu, ze wszystkimi tego konsekwencjami. Lokalne firmy zyskały w ten sposób uprzywilejowany dostęp do surowca, który nagle stał się mocno pożądany. A przecież wszyscy pamiętają sytuację sprzed kilku lat, kiedy chińscy decydenci ogłosili znienacka, że ograniczą eksport metali ziem rzadkich (potrzebnych w elektronice), ponieważ może go zabraknąć dla lokalnych przedsiębiorstw. Nie uszło to uwadze polityków na całym świecie, zwłaszcza w Unii Europejskiej, na której terenie praktycznie nie wydobywa się litu i nie istnieją żadne moce przerobowe.

Co więcej, Europa jest też daleko w tyle, jeśli chodzi o samą produkcję ogniw litowo-jonowych. Według firm konsultingowych Roland Berger i IHS Global Insight pierwsza szóstka wytwórców baterii do samochodów elektrycznych pochodzi z Azji i są to japońskie Panasonic i AESC, chińskie CATL oraz BYD, a także południowokoreańskie LG Chem oraz Samsung SDI. Dopiero na siódmym miejscu znajduje się amerykański Farasis.

Zatrwożeni tą strategiczną nierównowagą w przyszłościowym sektorze politycy postanowili działać.

Już pod koniec 2017 r. wiceprzewodniczący Komisji Europejskiej ds. unii energetycznej Maroš Šefčovič ogłosił powołanie Europejskiego Sojuszu ds. Ogniw. Celem tej inicjatywy jest zapewnienie finansowania dla prac badawczo-rozwojowych związanych z ogniwami oraz budowę nowych zakładów produkcyjnych na poziomie unijnym.

Na razie największym beneficjentem jest założona przez byłych pracowników Tesli firma Northvolt, która planuje budowę najpierw linii demonstracyjnej w Szwecji, a następnie „pełnowymiarowego” zakładu na kształt gigafabryki Tesli mieszczącej się w stanie Newada. Northvolt to de facto start-up, ale Komisji udało się też zainteresować projektem europejskich potentatów. Chęć sięgnięcia po środki na prace badawczo-rozwojowe ogłosili tacy giganci, jak francuski Saft, belgisjki Solvay czy niemiecki Siemens.

– Kiedy startowaliśmy z sojuszem, Europa znajdowała się pięć lat za Azją. Dzięki połączonym wysiłkom udało nam się zmniejszyć ten dystans do dwóch lat. Jestem pewien, że jeśli dalej będziemy działać w tym samym tempie, to szybko ich dogonimy – mówił Šefčovič pod koniec listopada 2018 r. w wywiadzie dla „Euroactiv”.

Elektroblitz

Działania trwają nie tylko na szczeblu europejskim. Rodzimy przemysł motoryzacyjny w elektryfikacji na własną rękę chcą również wspomagać Niemcy. Koncerny samochodowe nad Renem i Sprewą przez wiele lat stawiały bowiem na rozwój silników Diesla, ale globalny skandal z zatajaniem prawdziwego poziomu emisji skutecznie podminował zaufanie konsumentów do tej technologii. Ponadto w Niemczech działają wielkie firmy z branży elektromaszynowej, które niechętnie patrzą na zaangażowanie się w niepewny biznes od zera (tym bardziej że większość z nich wycofała się pod wpływem konkurencji z Azji).

Dlatego Berlin postanowił przyspieszyć ten proces. Pod koniec 2018 r. minister gospodarki Peter Altmaier (jednocześnie jeden z najbardziej zaufanych współpracowników Angeli Merkel) ogłosił, że niemiecki rząd zamierza przeznaczyć 1 mld euro na wsparcie dla firm, które zdecydują się rozwinąć od postaw produkcję ogniw na terenie Republiki Federalnej. A żeby wszystko odbyło się zgodnie z unijnymi zasadami, Altmaier zadbał też o poparcie dla tej inicjatywy ze strony Brukseli (jednym z fundamentów jednolitego rynku jest to, żeby państwa członkowskie nie budowały nieuczciwej przewagi konkurencyjnej, subsydiując rodzimy biznes).

Niemcy postanowili podejść do sprawy kompleksowo. Nie tylko chcą wyasygnować środki na wsparcie kluczowego z punktu widzenia własnej gospodarki biznesu, lecz także podjęli ofensywę polityczną, by zabezpieczyć jego interesy. Efektem jest porozumienie, które minister Altmaier ogłosił w połowie grudnia. Szef resortu gospodarki z dumą zapewnił, że Berlinowi udało się zabezpieczyć pokaźne dostawy litu na potrzeby własnego przemysłu. Pierwiastek będzie wydobywany w Boliwii przez konsorcjum założone przez niemiecką firmę ACI Systems Alemania GmbH oraz państwową Yacimientos de Litio Bolivianos. Dostawy, kiedy już ruszą za kilka lat, mają osiągnąć poziom 40 tys. ton rocznie. Wystarczająco dużo, żeby zasilić rosnącą flotę nadreńskich elektryków.

Metal z serca ciemności

Lit nie jest jedynym pierwiastkiem, który jest potrzebny do budowy ogniw litowo-jonowych. Innym jest kobalt i w jego przypadku zabezpieczenie dostaw wygląda jeszcze gorzej. Ponad dwie trzecie tego metalu wydobywa się bowiem w niestabilnej politycznie Demokratycznej Republice Konga. Wobec braku alternatyw są tam jednak obecni wszyscy najwięksi światowi gracze, w tym belgijski Umicore, który właśnie zakończył modernizację swojej kopalni w Katandze. W tym roku zakład ma wydobyć 39 tys. ton pierwiastka (globalnie wydobycie to niewiele ponad 140 tys. ton).

W Europie kobalt wydobywa się jedynie w Finlandii i Helsinki mają plany zwiększenia wydobycia. Zamiar budowy wartego 400 mln euro zakładu produkcji potrzebnych do ogniw litowo-jonowych związków kobaltu w miejscowości Harjavalta ogłosił w październiku 2018 r. niemiecki gigant chemiczny BASF. Fabryka będzie zaopatrywana w surowiec przez leżącą nieopodal rafinerię tych metali należącą do rosyjskiego potentata górniczego, Norylskiego Niklu.

Podobnie jak w przypadku litu, spora część globalnych mocy przetwórczych kobaltu znalazła się w rękach przedsiębiorstw z Państwa Środka. Dlatego trend w rozwoju technologii litowo-jonowej jest taki, żeby ograniczać wymaganą do konstrukcji ogniw ilość tego pierwiastka. Prawdziwym celem prac badawczo-rozwojowych na tym froncie jest jednak zastąpienie obecnie używanych ogniw czymś lepszym: bezpieczniejszym, tańszym w produkcji, a przede wszystkim bardziej pojemnym – tak żeby nawet niewielkie ogniwo pozwalało na komfortową wycieczkę z miasta do miasta i z powrotem.

Stałe jest lepsze niż płynne

Nadzieja jest taka, że płynny elektrolit w dzisiejszych ogniwach uda się zastąpić ciałem stałym, np. szkłem lub materiałem ceramicznym. Taki kierunek przewiduje m.in. John Goodenough, jeden z wynalazców ogniwa litowo-jonowego. Ślad tego myślenia widać we wspomnianej już inicjatywie Komisji Europejskiej. Większość środków na badania ma być przeznaczona właśnie na rozwój raczkujących dzisiaj technologii ogniw stałych. Logika jest następująca: skoro Europa przespała upowszechnienie się obecnych baterii (chociaż wymyślone na Starym Kontynencie, to po raz pierwszy zostały skomercjalizowane przez firmę Sony), to teraz trzeba zrobić krok naprzód. Właśnie w tym celu po unijne środki chce sięgnąć m.in. belgijski Solvay.

Na razie jednak technologia ta wymyka się inżynierom. Obecnie istniejące prototypy mają wiele wad, w tym niewystarczający czas życia i defekty fizyczne powstałe na skutek ładowania i rozładowywania (a ogniwo powinno wytrzymać tysiące takich cykli), a także wysokie koszty produkcji. Tak jak wcześniej było w przypadku ogniw litowo-jonowych, kiedy naukowcom udaje się zaradzić jednemu problemowi, automatycznie pojawia się następny.

elektromobilność / Dziennik Gazeta Prawna

– Ze wszystkich graczy zainteresowanych tą technologią każdemu udało się rozwiązać dwie lub trzy kwestie, ale nikomu nie udało się rozwiązać wszystkich – narzekał na początku roku w wywiadzie dla portalu „Bloomberg” Henrik Fisker, założyciel firmy produkującej nazwane od jego nazwiska auta elektryczne.

– Rozglądamy się za alternatywami, jak tylko się da. I bardzo chcielibyśmy jakąś znaleźć, ale na razie nam się nie udało – w połowie ubiegłego roku podczas spotkania z inwestorami narzekał Jeffrey Straubel, dyrektor odpowiedzialny za technologię w Tesli. Na razie więc jesteśmy skazani na ogniwa litowo-jonowe.

Partnerem dodatku jest