(Getty Images nuotr.)

Visuotinė elektrifikacija

Visuotinė elektrifikacija

Baterijų gamintojos turi ambicijų, galinčių pakeisti pasaulį. Ar pavyks jas įgyvendinti?

„Nissan“ gamykloje Sanderlande, maždaug ties paskutiniu vienos iš išsirangiusių gamybos linijų ketvirčiu, darbininkas nesuskaičiuojamiems miesto visureigiams „Qashqai“, pagrindinei gamintojos produkcijai, tvirtina degalų bakus. Bet kartais linijoje pasirodo kitoks objektas – elektromobilis „Leaf“. Degalų bakų montuotojas keičia veiksmų seką ir prie „Leaf“ dugno pritvirtina ličio jonų bateriją. Jo judesiai taip tiksliai suderinti su robotų rankų darbu, kad perėjimas nuo vidaus degimo variklio prie baterijos varomo elektromobilio atrodo beveik tobulai sklandus.

Dar neseniai tokią transformaciją įsivaizdavo retas. Kone visą praėjusį amžių sausumos ir jūrų transportą dažniausiai varė vidaus degimo varikliai. Jie turėjo nemažai laiko išsiveržti į priekį. Nors „Leaf“ yra perkamiausi pasaulyje elektromobiliai, pernai Sanderlande, didžiausioje Jungtinės Karalystės automobilių gamykloje, jų surinkta tik 17,5 tūkst., o „Qashqai“ – 310 tūkst. Be to, skirtingai nei „Leaf“, „Qashqai“ nešė pelną. O kiekvienas pagamintas „Leaf“ įmonei kol kas yra nuostolingas.

Pernai pasaulyje parduota 750 tūkst. elektromobilių, ir tai nesudaro nė 1 proc. naujų automobilių rinkos. 2011 m. „Renault-Nissan“ aljanso vadovas Carlosas Ghosnas teigė, kad jau 2016 m. vien dvi jo valdomos įmonės parduos dvigubai daugiau nei tiek – viena iš daugelio perdėtų prognozių, gerokai prašovusių pro šalį. Nors tiksliai neaišku, kada prekyba elektromobiliais įsibėgės, gausėja manančių, kad jau greitai jie bus rimtas verslas. Neseniai pasirodė panašų atstumą kaip automobiliai su pilnu degalų baku įveikiantys masinei rinkai skirti modeliai „Tesla Model 3“ ir „GM Chevrolet Bolt“. Rugsėjį pristatomas atnaujintas „Leaf“. Kadangi tokiems automobiliams gaminti tinka ta pati linija kaip varomiems iškastiniu kuru, kad ir Sanderlande, nebus sunku rasti pajėgumų nusprendus padidinti jų gamybą.

Daugiau nieko nereikia

Daug ekspertų mano, kad jau po keleto metų eksploatuoti nuosavą elektromobilį kainuos panašiai kaip varomą degalais, tad kitą dešimtmetį elektromobiliai bus masiškai perkami, o dar kitą taps dauguma. Kinija, kuriai teko apie pusę pernai parduotų elektromobilių, jau 2020 m. šalies keliuose jų ir hibridinių automobilių nori matyti 2 mln., o po dešimtmečio – 7 mln. Konsultacijų bendrovė „Bloomberg New Energy Finance“ (BNEF) pastebi, kad naftos bendrovių prognozėse elektromobilių yra gerokai daugiau nei prieš keletą metų. Antai OPEC numato, jog iki 2040-ųjų gatvėmis važinės 266 mln. tokių automobilių (žr. 1 grafiką). Ir Jungtinė Karalystė, ir Prancūzija nurodė, kad tuo metu naujas vien vidaus degimo variklio varomas transportas bus uždraustas.

Kad tai apskritai įsivaizduojama – įspūdingai augančios ličio jonų baterijų gamybos nuopelnas, taip pat nuostatos, kad gamybos mastas dar labiau išaugs. Pirmos tokios baterijos prekyboje pasirodė vos prieš 26 metus, „Sony“ vaizdo kameroje CCD-TR1. Šis įrenginys buvo tikras hitas, o baterijos – dar didesnis. Jas imta naudoti kompiuteriuose, telefonuose, belaidžiuose įrankiuose, elektroninėse cigaretėse ir ne tik. Kuo daugiau įrenginių, be kurių pasaulis negali apsieiti, tuo daugiau ličio jonų baterijų reikia. Pernai bendra plataus vartojimo prekėms pagamintų ličio jonų baterijų talpa siekė apie 45 gigavatvalandes (GWh). Kad būtų aiškiau, įsivaizduokite, jog visus juos įkrovus Jungtinei Karalystei, sunaudojančiai vidutiniškai apie 34 GWh, elektros pakaktų maždaug valandai ir dvidešimčiai minučių.

Tais pačiais metais elektromobilinių ličio jonų baterijų gamyba pasiekė kiek daugiau kaip pusę to – 25 GWh. Bet Samas Jaffe’as iš „Cairn ERA“, konsultuojančios šios srities klausimais, tikisi, jog jau kitąmet automobilinių baterijų paklausa pralenks skirtų plataus vartojimo elektronikai, ir sektoriui tai bus reikšmingas posūkis. Vyksta milžiniška plėtra. Penkios didžiausios gamintojos – japonų „Panasonic“, korėjiečių „LG Chem“ ir „Samsung SDI“ bei kinų BYD ir CATL – didina kapitalo išlaidas, siekdamos iki 2020 m. beveik patrigubinti pajėgumą (žr. 2 grafiką). Manoma, kad Nevadoje už 5 mlrd. JAV dolerių „Teslos“ ir „Panasonic“ statomas milžiniškas gigafabrikas jau pagamina apie 4 GWh per metus. Kaip teigia „Tesla“, 2018 m. pagamins 35 GWh. Vos prieš ketvertą metų to būtų pakakę visam pasauliui.

„Tesla“ teigia, kad 2018 m. pagamins 35 GWh. Vos prieš ketvertą metų to būtų pakakę visam pasauliui.

Gigafabrikas aprūpins ne tik automobilius. Išgirdęs apie elektros tiekimo sutrikimus Pietų Australijoje, kovo mėnesį „Teslos“ įkūrėjas Elonas Muskas valstijos vadovą tviterio žinute patikino, jog iki metų pabaigos bendrovė gali pasiūlyti tiek baterijų elektrai kaupti, kad tiekimas daugiau niekada nesutriktų. Dabar gigafabrike verda darbas, siekiant į vadovo pažadui išpildyti skirtą įrangą sukišti 129 megavatvalandes (MWh). Įrengus ją kitapus Ramiojo vandenyno, tai bus didžiausia tokio tipo elektros tinklui skirta sistema pasaulyje. Bet jau gaminama daugybė kitų. Pramoninės ličio jonų baterijos, iš esmės gaminamos sujungiant aibes automobilinių akumuliatorių ir pritaikant jų cheminius procesus bei elektroniką greitesnei įkrovai ir iškrovai, populiarėja tarp elektros tinklo valdytojų, kurie ieško būdų atsverti tiekimo pertrūkius, pavyzdžiui, būdingus saulės ir vėjo energijai. Mažesnes baterijas perka vartotojai, nenorintys priklausyti nuo elektros tinklo ar net siekiantys kaupti pasigaminamą elektrą, kad galėtų ją parduoti elektros tinklams pelningiausiu dienos arba nakties laiku. Baterijos tampa neatsiejamos nuo netaršios ateities.

Proga keistis

Esminius ličio jonų baterijų veikimo principus lengva suprasti. Baterijai kraunantis, elektros potencialas sutraukia ličio jonus į grafitinio elektrodo poras, o naudojant bateriją jonai per skystą elektrolitą grįžta prie daug sudėtingesnio elektrodo – katodo, gaminamo iš junginių su ličiu ir kitais metalais. O štai esminius baterijų gamybos verslo principus suvokti gerokai sunkiau dėl beveik paranojiškai linkusių slapukauti tiekėjų ir gluminančių ekonominių procesų, būdingų Azijos konglomeratams, kurie yra rinkos lyderiai.

Visos didžiosios gamintojos didina pajėgumą. Iš dalies dėl to, kad, kaip rodo keletas pastarųjų metų, tai mažina vieneto savikainą (žr. 3 grafiką). 2010 m. ličio jonų elementai (iš kurių susideda baterijos) kainavo apie 1 tūkst. dolerių už kilovatvalandę (kWh), pernai – 130–200. GM teigia už 60 kWh „Bolt“ baterijas sudarančius elementus bendrovei „LG Chem“ mokanti 145 JAV dolerius už 1 kWh (pati baterija kainuoja daugiau nei visi jį sudaran­tys elementai, nes prisideda darbas, medžiagos ir elektronika). „Tesla“ nurodo, kad „Model 3“ skirti elementai yra pigesni. Mažesnės sąnaudos – ne vienintelis pasiekimas. Gausiai investuojant į MTEP pavyko padidinti galios tankį (gauti didesnę talpą vienam kilogramui) ir patvarumą (daugiau įkrovimo ir iškrovimo ciklų). „Bolt“ baterijai suteikiama aštuonerių metų garantija.

Mažinant kainas, atsirado ne tik pigesnių, geresnių baterijų, bet ir ryškus pajėgumų perteklius. „Cairn ERA“ skaičiuoja, kad pernai ličio jonų baterijų gamyba paklausą viršijo maždaug trečdaliu. Ir „Cairn ERA“, ir BNEF nurodo, jog kiekviena elektromobilio baterija gamintojoms yra nuostolinga arba pelnas labai menkas. Tačiau visos gamintojos planuoja plėtrą, iš dalies siekdamos dar nurėžti kainas. S. Jaffe’as jų mąstymą aiškina kaip priskirtiną „tradiciniam Azijos konglomerato modeliui“ – aukoti pelningumą dėl rinkos dalies. Prisiminus augančias viltis dėl netolimos elektromobilių ateities, tai gali būti solidi strategija. Bet kol kas ji taip pat verčia nervintis. Nors S. Jaffe’as mano, kad išaugusi ir elektromobilių, ir stacionarių baterijų paklausa pateisins skubėjimą plėstis, sykiu jis pripažįsta, jog kol kas „tai panašu į aukso karštinę – tik aukso nėra“.

Bet yra kitų vertingų metalų. Gaminti daugiau baterijų reiškia pirkti daugiau ličio, taip pat kitų katodams reikalingų metalų, įskaitant kobaltą. Jie sudaro apie 60 proc. elemento savikainos. Užsitikrinti nuolatinį jų tiekimą gamintojoms strategiškai lygiai taip pat svarbu, kaip perprasti elektrocheminius procesus. Nuo 2015 m. litis pabrango keturgubai, kaip nurodo Simonas Mooresas iš konsultacijų bendrovės „Benchmark Mineral Intelligence“. Kobalto kaina per tą patį laiką pakilo daugiau kaip dukart. Taip pat brangsta cheminės medžiagos su nikeliu, irgi naudojamu katodams.

Naujų ličio išteklių neturėtų būti sunku rasti. Manoma, kad jo atsargos siekia bent 210 mln. tonų, anot S. Mooreso, kai dabar per metus išgaunama 180 tūkst. tonų. Pradedami eksploatuoti nauji telkiniai. Liepą čiliečių SQM, didžiausia ličio kasėja pasaulyje, pranešė investuosianti 110 mln. JAV dolerių į bendrą ličio gavybos įmonę Vakarų Australijoje. Su kobaltu kebliau. Tai ne tik retesnis elementas, bet ir daug jo gaunama iš Kongo Demokratinės Respublikos. Dėl to kyla ir etinių (gavyboje gali dirbti vaikai), ir verslo (niekas nenori, kad gyvybiškai svarbus išteklius priklausytų nuo karingų vadeivų) problemų. „LG Chem“ nurodė, jog tobulindama baterijų elementų charakteristikas siekia naudoti mažiau kobalto. Tolimesnėje perspektyvoje sektoriaus tvarumą galėtų padidinti metalų iš senų baterijų perdirbimas.

Viena priežasčių, kodėl net pabrangus žaliavoms gamintojos ramiai didina pajėgumą, yra tai, kad šiuo metu jų siūlomos prekės neturi daug konkurentų. Dažnai bandoma įsiūlyti kitas technologijas, kurios tarsi galėtų būti pranašesnės, bet nė viena nebuvo plėtojama kelis dešimtmečius kaip ličio jonų įrenginiai. Per tą laiką jie tapo nebe intriguojančia idėja, o vyraujančia technologija. Juos plėtojant susikaupė daugybė žinių apie smulkius gamybą palengvinančius ypatumus, tinkamus elektrolitus ir vis sudėtingesnes metalinių katodų nanotechnologijas.

Pasak Kenano Sahino, vadovaujančio medžiagas katodams tiekiančiai amerikiečių įmonei „CAMX Power“, ličio jonų baterijos kaina ir masė, gebėjimas ne kartą įsikrauti ir išsikrauti, patvarumas, saugumas pasiektas nuolat tobulinant smulkmenas, o ne staiga kažką atradus. Baterijų cheminius procesus jis lygina su vaistų atradimu farmacijos sektoriuje. „Tikrai sunku. Kad ir ką turėtum, tai privalo veikti dideliu mastu ir šalutinis poveikis turi būti priimtinas“, – sakė K. Sahinas. Potencialiam uzurpatoriui sunku visa tai nukopijuoti. Artimiausioje ateityje ritmą diktuos tobulėjanti ličio jonų technologija – galbūt su naujais kietaisiais elektrolitais, stumiama tolesnių pagerinimų, atsirandančių didėjant jos taikymo įvairovei.

Kol kas pagrindas – kodu 18650 žymimas šovinius primenantis 65 mm ilgio, 18 mm skersmens ir apie 250 vatvalandžių kilogramui energijos tankio cilindrinis elementas. (Benzino energinis tankis – apie 50 kartų didesnis, bet elemente tiek energijos galima išsaugoti šimtus ar tūkstančius kartų.) „Tesla“ ir „Panasonic“ jau sukūrė ilgėlesnį ir platėlesnį variantą – 2170. Pasak E. Musko, tai bus didžiausio energijos tankio rinkoje baterija. Įmonės teigimu, važinėti liepos pabaigoje pasirodžiusiu ir liaupsinančių apžvalgų sulaukusiu „Model 3“ kainuos perpus pigiau nei bet kuriuo ankstesniu jos pagamintu automobiliu. Automobilio pristatyme E. Muskas atrodė mažumėlę pritrenktas perspektyvos kitąmet pagaminti 500 tūkst. vienetų. „Sveiki atvykę į gamybos pragarą“, – sakė jis susirinkusiems darbininkams.

Važinėti liepos pabaigoje pasirodžiusiu ir liaupsinančių apžvalgų sulaukusiu „Model 3“ kainuos perpus pigiau nei bet kuriuo ankstesniu jos pagamintu automobiliu.

Rugpjūčio 7-ąją „Tesla“ informavo planuojanti išplatinti 1,5 mlrd. JAV dolerių vertės obligacijų, kad būtų iš ko finansuoti plėtrą. Ji leis atsikvėpti (jau seniai reikėjo) akcijų rinkai, kur įmonė paprastai ieško pinigų (ir kur jos vertė per pastaruosius metus išaugo dviem trečdaliais). Bendrovė nurodė jau gavusi 455 tūkst. išankstinių „Model 3“ užsakymų. Juos patvirtinus, iki metų pabaigos būtų garantuotas pakankamas pinigų srautas, kad būtų galima pradėti stiprinti įmonės finansus. Jei viskas vyks pagal planą, E. Muskas tikisi, jog gigafabrikas taps didžiausiu statiniu pasaulyje, kepančiu po 100 GWh per metus. Vėliau prie jo prisijungs nauji gigafabrikai kituose kraštuose – kitas turbūt Kinijoje.

Suponuojama, kad elektromobilių tikrai laukia pakilimas. Be abejo, jie tobulėja ir pinga. Bet jų naudojimą riboja ir kiti aspektai, ypač įkrovimas. Jungtinėje Karalystėje 43 proc. automobilių savininkų juos stato gatvėje ir kitos vietos neturi, tad negalėtų įkrauti automobilio namie. O ir ne kiekviena buitinė elektros instaliacija atlaikys, tarkime, 11 kW apkrovą. 90 kWh baterija krautųsi šešias valandas, ir jei per tą laiką kas nors įjungs virdulį arba vandens šildymo spiralę, gali perdegti saugikliai. Sprendimas – greitojo įkrovimo stotys, galbūt panašios į degalines. Kai kurios automobilių gamintojos pradeda jas įrengti, siekdamos mažinti nerimą dėl galimo įveikti atstumo, dalį vairuotojų atbaidantį nuo elektromobilių. Kol kas neaišku, ar įmanoma tokių stočių pristatyti gana greitai, kad sektoriaus ambicijos plėstis nenueitų niekais.

Neaiškūs elektromobilių naudojimo augimo tempai – viena priežasčių, kodėl baterijų gamintojos stacionarias kaupimo sistemas laiko patrauklia alternatyvia rinka. Tokie objektai, kaip banaliame sklype prie San Diego, Kalifornijoje, bendrovės „San Diego Gas & Electric“ (SDGE) neseniai pastatyta sistema, neturi to spindesio kaip parodose demonstruojami nauji modeliai. Tai mobiliųjų namelių kompleksą primenanti automobilinė baterija iš 384 tūkst. elementų – visų laikų nuobodžiausias transformatorius. Bet žavi būtent jo kasdieniškumas, kaip teigia SDGE vykdomoji direktorė Caroline Winn. Paklausai pasiekus piką, iš jo sistema tinklui gali pasiūlyti elektros. Dėl modulinės konstrukcijos ši 120 MWh sistema, nedaug mažesnė už Pietų Australijai „Teslos“ pažadėtą variantą, pradėjus projektą darbui buvo paruošta vos per aštuonis mėnesius. Ji veikia taip tyliai, kad beveik nieko negirdėti. Statyti dujų turbiną būtų buvę pigiau, bet darbai būtų trukę ne vienus metus, jei vietos gyventojai apskritai būtų leidę jai iškilti. „Akumuliatorių sistema atrodo daug gražiau nei dujų turbina“, – kalbėjo C. Winn.

Galutinis energijos šaltinis

Bendrovei „Tesla“ ir kitoms stambioms baterijų gamintojoms tinklui skirtų kaupimo sistemų projektai – patraukliausia elektros rinkos dalis, nes galima gauti patraukliai stambių užsakymų, leidžiančių išnaudoti kitu atveju perteklinį pajėgumą. Bet yra ir „individualiems objektams“ skirtų baterijų paklausa. „Tesla“ šiai rinkai siūlo buitinę bateriją „Powerwall“ kaip priedą prie pačios siūlomų saulės modulių ir saulės čerpių. „Nissan“ taip pat dairosi į sprendimus individualiems objektams. Su amerikiečių elektros energijos valdymo įmone „Eaton“ ji siekia gaminti baterijas iš naujam gyvenimui prikeltų, kitaip sakant, iš dalies naudotų, „Leaf“ baterijų. Įmonės ir gamyklos jas gali rinktis kaip atsarginį energijos šaltinį, kad pakeistų taršius dyzelinius generatorius. Pirmas stambus klientas – stadionas „Amsterdam Arena“, futbolo klubo „AFC Ajax“ būstinė.

Tokios sistemos nebūtinai konkuruoja kaina, bet vyriausybės įvairiai skatina jų įsigyti. Gegužę energetikos bendrovė „Con Edison“ iš Niujorko valstijos reguliuotojo gavo teisę Brukline ir Kvinse verslo klientams leisti įsirengti baterijas, kad galėtų eksportuoti elektrą į tinklą. Palaikiam Niujorko elektros tinklui, menančiam George’o Westinghouse’o ir Nikolo Teslos laikus, daugiau kaip 100 metų, tad valstijai sunkiai sekasi į energijos paketą įtraukti daugiau atsinaujinančiųjų išteklių, o kaupimo sistemos siūlo naują variantą elektros paklausos pikui valdyti. Pasak valstijos pareigūno Jasono Dolingo, atsakingo už energetiką, programa turėtų idealiai tikti daugiaaukščiams – būtų nuostabu, jei ryte ir vakare, kai elektra brangiausia, liftai būtų maitinami iš baterijos.

Būtų nuostabu, jei ryte ir vakare, kai elektra brangiausia, liftai būtų maitinami iš baterijų.

Vis dėlto Niujorko priešgaisrinės apsaugos departamentas neatsikratė nerimo, kad ličio jonų baterijos pastatuose kelia gaisro pavojų. Jas įrengiant, budi departamento gaisrinės. Atvira liepsna pliūptelėjęs išmaniųjų „Samsung Galaxy Note 7“ fiasko pasauliui pernai priminė, kad netinkamai arba per daug ambicingai suprojektuotos ličio jonų baterijos gali užsitrumpinti ir užsidegti. Bet apskritai dėl naujų medžiagų ir keraminės elektrodų dangos automobilinių baterijų saugumas pasiekė aukštą lygį.

Atmetus užsiliepsnojimo baimę, atskiriems objektams – o ir elektros tinklui – skirtas baterijas įrengiančios įmonės teigia, kad trukdo pasenęs reguliavimas ir problemos dėl draudimo. Pasak šveicarų baterijų gamintojos „Leclanché“ vadovo Anilo Srivastavos, tai riboja įmonėms pasiekiamą finansavimą. Taip pat joms reikia sugalvoti, kaip užsidirbti iš stacionarių kaupimo sistemų. Kartais, kaip San Diege, tai iš esmės vienintelis variantas patenkinti reguliuotojo poreikius: Kalifornijos komunalinių paslaugų komisija nerimavo, kad 2015 m. Aliso kanjono saugyklai dėl nuotėkio praradus daug dujų Los Andžele galimi tiekimo sutrikimai. Kai kaina – svarbiau, reikia sugalvoti, kaip panaudoti baterijas keliems tikslams ir sukurti „pajamų krepšelį“. Pavyzdžiui, galima sukurti sistemą, kuri aprūpins tinklą elektra trumpuoju laikotarpiu dažniui sureguliuoti, taip pat leis spręsti paklausos piko problemą.

Skamba sudėtingai. Bet baterijų gamintojoms į kraują įaugę, kad reikia rasti ne vieną būdą parduoti tą patį daiktą, nes siūlomos prekės pritaikomos pagal rinką ir mastą. Ir nors šiandienis įkarštis gali bauginti, atrodo tikėtina, kad ilgalaikėje perspektyvoje šis gebėjimas užtikrins labai neprastus sektoriaus rezultatus.

Jūsų komentaras

Daugiau leidinio naujienų