5 spôsobov, ako vedci z EÚ vyrábajú batérie lepšie, bezpečnejšie a ekologickejšie

5 ways to make better, safer, and greener batteries — Špičkový výskum batérií v JRC. Zdroj: JRC

Vedci v Spoločnom výskumnom centre (JRC) Európskej komisie vykonávajú špičkový výskum s cieľom nájsť spôsoby výroby lepších batérií a ich recyklácie.

Batérie sú ústredným prvkom zeleného aj digitálneho prechodu.

Uložením väčšieho množstva energie v batériách, keď fúka vietor a svieti slnko, by sme mohli zabezpečiť, aby dodávka pokryla dopyt po energii bez toho, aby sme sa spoliehali na neobnoviteľné zdroje energie, ako je plyn alebo ropa.

Naše telefóny a notebooky, rovnako ako mnohé iné mobilné digitálne zariadenia, sa spoliehajú na batérie, vďaka čomu sú nevyhnutné pre digitálny prechod.

Európski spotrebitelia očakávajú, že všetky batérie predávané v EÚ budú bezpečné, udržateľné a budú fungovať v súlade so špecifikáciou produktu. Nechcete, aby sa vám po 100 km vznietila batéria alebo aby sa vám vybila elektrina, ak má byť dojazd 500.

Cieľom návrhu Európskej komisie na Nové nariadenie o batériách je zabezpečiť, aby batérie mali dlhú životnosť a boli bezpečné. Toto nariadenie sa bude vzťahovať na všetky batérie okrem batérií, ktoré súvisia so základnými bezpečnostnými záujmami krajín EÚ alebo batérií používaných v zariadeniach určených na vyslanie do vesmíru.

Špecifikuje, že potrebné suroviny je potrebné získavať pri plnom rešpektovaní ľudských práv a že batérie sa musia vyrábať s čo najnižším vplyvom na životné prostredie. Na konci ich spotrebiteľskej životnosti je potrebné batérie zhromaždiť, aby sa mohli znovu použiť, prerobiť alebo recyklovať, čím sa cenné komponenty a materiály vrátia späť do ekonomiky.

V nariadení sa tiež navrhuje „pas batérie“, ktorý by sa vzťahoval na všetky priemyselné a elektrické vozidlá s kapacitou vyššou ako 2 kWh. Cestovný pas, ktorý je dostupný online, bude elektronickým záznamom pre každú batériu, ktorý obsahuje informácie o základných charakteristikách typu a modelu batérie. Uloží informácie týkajúce sa parametrov výkonu a životnosti a zaznamená všetky zmeny stavu batérie.

Navrhované nariadenie je úzko prepojené so širším úsilím Komisie o rámec udržateľných výrobkov, najmä s Nariadením o ekodizajne udržateľných výrobkov. Cieľom je zaviesť pravidlá týkajúce sa výkonu a požiadaviek na informácie pre ekologickejšie produkty, predchádzanie vzniku odpadu a jeho znižovanie, ničenie nepredaného tovaru, zelené verejné obstarávanie a digitálny produktový pas.

Vedci zo Spoločného výskumného centra (JRC) Európskej komisie podporujú túto politiku výskumom s cieľom zabezpečiť monitorovanie a zníženie environmentálnej stopy batérií, urobiť ich bezpečnejšími, výkonnejšími a odolnejšími, ako aj vymeniteľnými a široko recyklovateľnými. Poďme sa pozrieť na každý z týchto aspektov.

Ekologickejšie batérie

Očakávané masívne používanie batérií by malo znížiť emisie uhlíka, ale na maximalizáciu tohto potenciálu musí mať ich celkový životný cyklus nízku uhlíkovú stopu.

Životný cyklus batérie je v súčasnosti energeticky a materiálovo náročný, a preto je spojený s významnými vplyvmi na životné prostredie, najmä v dôsledku emisií skleníkových plynov zo zdrojov surovín a ich rafinácie.

Aby sa to vyriešilo, Návrh nariadenia o batériách okrem iných opatrení predpokladá povinné deklarovanie uhlíkovej stopy batérií uvádzaných na trh EÚ; vytvorenie tried uhlíkovej stopy (podobne ako v schéme používanej na energetické označovanie spotrebičov); a neskôr o stanovení maximálnych prahových hodnôt uhlíkovej stopy pre batérie vstupujúce na trh EÚ.

Uhlíková stopa batérií sa musí vypočítať na základe Environmentálnej stopy produktu (PEF), metódy založenej na životnom cykle, ktorú JRC vyvíja od roku 2010 a nedávno ju prijalo v odporúčaniach Európskej komisie. V súčasnosti JRC prispôsobuje pravidlá kategórie PEF vyvinuté priemyselnými odvetviami, ktoré sa prispôsobujú ambíciám nariadenia o batériách.

Cieľom JRC je vypracovať jasné pravidlá a vysokokvalitné údaje, ktoré by umožnili dôkladné posúdenie a porovnateľnosť uhlíkovej stopy batérií. Nižšia uhlíková stopa sa stane konkurenčnou výhodou pre výrobcov batérií a zároveň podporí celkové zníženie emisií skleníkových plynov.

Vyhlásenie o uhlíkovej stope batérií je prvým prístupom svojho druhu v európskych a celosvetových produktových politikách. Očakáva sa, že v budúcnosti budú nasledovať podobné aplikácie ako pri iných kľúčových a uhlíkovo náročných produktoch.

Bezpečnejšie batérie

Tím JRC analyzoval existujúce zákony o bezpečnosti batérií a testovacie postupy, aby mohli riešiť medzery v predpisoch. Jedna z týchto medzier sa týka šírenia tepla. Vážne zlyhanie jedného komponentu batérie sa môže rozšíriť na susedné komponenty a nakoniec spotrebovať celú batériu. To spôsobuje uvoľňovanie toxických plynov a často aj požiar.

Tím vyvíja nový test založený na výskume JRC o mnohých spôsoboch, ako by sa takáto reakcia mohla spustiť. Test zohľadňuje mnohé reálne scenáre a riziká na testovanie postupu v batériách a vozidlách v reálnych podmienkach. Po overení procesu v experimentoch JRC navrhne, aby sa stal súčasťou legislatívy.

Už v roku 2018 viedla práca výskumníkov JRC na hodnotení toxicity elektrolytov batérií k novej globálnej právnej požiadavke na bezpečnosť elektrických vozidiel.

Batérie, ktoré vydržia dlhšie

V rádiových hodinách vedľa postele alebo v detektore dymu vo vašej obývačke chcete batériu, ktorá dokáže nepretržite dodávať nízku energiu potrebnú na chod zariadenia, takže môže fungovať celé mesiace bez potreby výmeny alebo dobíjania batérie. V mobilnom telefóne alebo elektrickom vozidle naopak chcete batériu, ktorá v prípade potreby dokáže poskytnúť vyšší výkon a ktorá sa dá rýchlo dobiť. Pre rôzne aplikácie môže „vysoký výkon“ znamenať niečo veľmi odlišné.

Pokiaľ ide o odolnosť, životnosť tri roky môže byť v poriadku pre batériu používanú na prevádzku mobilného telefónu, ale kto by si kupoval elektrické auto, v ktorom je potrebné batériu vymeniť už po niekoľkých rokoch?

Cieľom Nového nariadenia o batériách je odstrániť batérie s nízkou výkonnosťou z trhu EÚ. Na identifikáciu týchto batérií je potrebné starostlivo zvoliť parametre charakterizujúce výkon a životnosť batérií a stanoviť minimálne požiadavky.

V úzkej spolupráci s európskymi normalizačnými organizáciami CEN a CENELEC JRC podporuje identifikáciu takýchto parametrov. V druhom kroku JRC podporí ostatné útvary Komisie stanovením minimálnych požiadaviek.

Obnova a opätovné použitie cenných materiálov

Medzi kritické materiály a komponenty potrebné pre batérie patria primárne suroviny ako kobalt, prírodný grafit, lítium, mangán a nikel.

Podľa údajov JRC sa očakáva, že celosvetový dopyt po surovinách pre batérie porastie bezprecedentným tempom: napríklad nikel, grafit a lítium sa v roku 2040 podľa predpokladov zvýši v porovnaní s rokom 2020 20, 19 a 14-krát.

EÚ bude naďalej silne závislá od dovozu kľúčových primárnych a rafinovaných materiálov, a to aj z krajín so zlou správou vecí verejných a/alebo s preukázaným porušovaním ľudských práv. Pre strategickú autonómiu EÚ je potrebné znížiť jej závislosť od dovozu materiálov, a to najmä podporou prijatia obehových batérií, ktoré budú efektívnejšie využívať zdroje.

EÚ má dlhodobé skúsenosti so zberom a spracovaním odpadu a jej infraštruktúry zberu a recyklácie sú obzvlášť dobre rozvinuté. Zlepšenie stratégií obehového hospodárstva (opätovné použitie, prepracovanie, prerobenie, recyklácia) tak môže prispieť k zníženiu závislosti EÚ na surovinách (pozri obrázok s potenciálnym prínosom recyklácie).