Większość dzisiejszych baterii to baterie litowo-jonowe. Są one używane w pojazdach elektrycznych, centrach danych i stacjonarnych sieciach energetycznych dla paneli słonecznych i turbin wiatrowych, a także w codziennych przedmiotach, takich jak telefony, laptopy i skutery elektryczne.
Lit wymaga ogromnych ilości wody do ekstrakcji i rafinacji – około 2 miliony litrów wody na tonę litu, według Instytutu Badań nad Energią.
Na przykład w Chile, drugim co do wielkości na świecie producencie litu, przemysł wykorzystuje proces wydobycia solanki, który odwraca już i tak ograniczoną słodką wodę od lokalnych społeczności rdzennych i powoduje poważne szkody dla pobliskich, delikatnych ekosystemów podmokłych.
Co więcej, baterie litowo-jonowe wymagają metali ciężkich, takich jak kobalt, nikiel, mangan i miedź w swoich katodach, które pobierają jony z anody, gdy bateria się rozładowuje.
Większość światowych zasobów kobaltu znajduje się w Demokratycznej Republice Konga, gdzie kopalnie litu rutynowo wykorzystują pracowników, zanieczyszczają źródła wody i uwalniają toksyczny pył i cząstki do powietrza.
Oprócz względów etycznych, geopolityka stwarza własne wyzwania. Chiny dominują na rynku, z 68 procentami globalnej zdolności rafinacji kobaltu, 72 procentami zdolności rafinacji litu i 83 procentami zdolności produkcyjnej litowo-jonowej.
Te pułapki sprawiają, że naukowcy i firmy poszukują alternatywnych źródeł energii dla baterii.
Ale jest tani, obfity i łatwo dostępny materiał, który prowadzi wyścig o zastąpienie litu jako głównego składnika baterii.
Sól.
Wydobycie soli w jeziorze Sambhar Salt Lake, Radżastan, Indie. Zdjęcie za pośrednictwem envato
Wprowadzenie sodu
Jean-Marie Tarascon, profesor fizyki i chemii ciała stałego w Collège de France, wierzy w wyższość sodu od co najmniej 15 lat.
Jako założyciel i dyrektor sieci badawczej RS2E, prowadził zespół, który opracował baterię sodowo-jonową w Collège i na Uniwersytecie Pikardii Jules Verne – co jest dość odpowiednie, biorąc pod uwagę, że Verne po raz pierwszy wyobraził sobie fikcyjną baterię solną w swojej książce, Dwadzieścia tysięcy mil podmorskiej żeglugi.
„Głównym motorem w moim przypadku była zrównoważony rozwój”, mówi Tarascon. „W 2010 roku było oczywiste, że świat przyjmie baterie litowo-jonowe i zabraknie nam tego zasobu.”
„Decyzja polegała na znalezieniu alternatywy – dlatego przeszliśmy na sód.”
Baterie sodowo-jonowe mają podobne zachowanie chemiczne do baterii litowo-jonowych, choć bez negatywnego wpływu na środowisko, mówi Shan Zhang, badaczka z Chalmers University of Technology w Göteborgu w Szwecji.
„Proces produkcyjny jest również podobny, co oznacza, że tak naprawdę nie trzeba zbytnio testować linii produkcyjnej”, dodaje. „Można użyć istniejących linii produkcyjnych i wprowadzić pewne poprawki dla baterii solnej.”
Zhang mówi, że baterie sodowe są również bezpieczniejsze niż ich litowe odpowiedniki i lepiej działają w ekstremalnych temperaturach.
Baterie litowo-jonowe były odpowiedzialne za niezliczone pożary, w tym jeden w kalifornijskiej elektrowni magazynowania baterii na początku tego roku, który płonął przez wiele dni i spowodował ewakuację około 1200 mieszkańców.
W 2024 roku Zhang poprowadziła badanie, które zbadało przyszłe skutki klimatyczne różnych typów baterii solnych, koncentrując się na emisjach dwutlenku węgla.
Jej zespół stwierdził, że do 2050 roku wykorzystanie energii odnawialnej do produkcji baterii może potencjalnie zmniejszyć jej wpływ na klimat o 43 do 57 procent w porównaniu z poziomem z 2020 roku.
„Wpływ na klimat spada im dalej w przyszłość idziemy, od procesów produkcyjnych, wydobycia, jak również procesów wstępnych”, mówi. „Dzieje się to wzdłuż całego łańcucha produkcyjnego.”
Ale chemikalia używane w katodzie nadal budzą obawy, mówi, i będą wymagały większych inwestycji w badania nad bateriami sodowo-jonowymi.
Baterie litowo-jonowe, takie jak ta zainstalowana w MacBooku, są znacznie lżejsze niż baterie sodowe, co utrudnia ich wymianę w urządzeniach elektronicznych. Zdjęcie: Mika Baumeister, Unsplash
Znalezienie niszy
Co więc powstrzymuje większe wykorzystanie baterii sodowo-jonowych? To głównie niska cena litu, utrzymująca go w konkurencyjności w stosunku do sodu.
Po gwałtownym wzroście do rekordowych 83 000 USD za tonę w listopadzie 2022 r., cena litu od tego czasu spada, osiągając w zeszłym miesiącu najniższy poziom zaledwie 8 400 USD za tonę, ponieważ sprzedaż pojazdów elektrycznych (EV) przebiegała wolniej niż oczekiwano.
Kolejną przeszkodą jest to, że sód jest mniej gęsty niż lit, co oznacza, że potrzeba więcej miejsca i energii, aby utrzymać ten sam ładunek.
Powoduje to większą, cięższą baterię, co jest mniej niż idealne w samochodzie lub na przykład w telefonie.
Zamiast całkowicie zastępować lit, sód „musi znaleźć swoje niszowe zastosowania”, gdzie objętość i waga nie stanowią problemu, mówi Zhang.
Ponieważ naukowcy wciąż pracują nad poprawą gęstości energii, jednym z odpowiednich miejsc dla baterii sodowo-jonowych są stacjonarne systemy magazynowania energii, w których energia może być przechowywana i rozładowywana w razie potrzeby, aby zrównoważyć sieć elektryczną.
W rzeczywistości Bloomberg New Energy Finance (BNEF) prognozuje 15-procentowy udział w rynku baterii sodowo-jonowych w magazynowaniu energii do 2035 roku, w porównaniu z 1 procentem dzisiaj.
W Stanach Zjednoczonych, z siedzibą w Dolinie Krzemowej, Natron Energy produkuje baterie sodowo-jonowe do instalacji w centrach danych i firmach zajmujących się przetwarzaniem w chmurze, a także w szybkich ładowarkach EV.
Tymczasem w Wielkiej Brytanii Faradion, spółka zależna indyjskiej Reliance New Energy Ltd., produkuje baterie sodowo-jonowe do transportu, magazynowania i zasilania awaryjnego.
A we Francji TIAMAT, firma, w której Tarascon pełni funkcję doradcy naukowego, wynalazła pierwszą baterię sodowo-jonową przeznaczoną do użytku w produkcie komercyjnym: bezprzewodową wiertarkę.
Chiński producent Yadea zaczyna sprzedawać skutery elektryczne zasilane sodem. Zdjęcie autorstwa Yadea, za pośrednictwem Electrive
Jazda na soli
Największym użytkownikiem baterii sodowo-jonowych są jednak Chiny. Kraj ten już dominuje na rynku baterii litowo-jonowych, co jest jednym z powodów, dla których z łatwością dokonał zmiany, mówi Zhang.
Chińskie firmy zainwestowały już ponad 7,6 miliarda USD w technologię sodowo-jonową, a w samym 2024 roku ogłoszono 27 nowych zakładów produkcyjnych.
Firmy takie jak Yadea, HiNa i Contemporary Amperex Technology (CATL) budują obecnie przewagę konkurencyjną na globalnym rynku baterii sodowo-jonowych, robiąc kolejny duży krok w przemyśle czystych technologii w kraju.
I w przeciwieństwie do swoich zachodnich odpowiedników, już wprowadzają pojazdy zasilane sodem na drogi.
Podczas gdy te dwukołowce mają zasięg zaledwie około 70 kilometrów, producent zbudował stacje wymiany baterii, w których właściciele mogą wymieniać rozładowane baterie w mniej niż minutę, zamiast czekać godzinami na ich naładowanie.
CATL, największy na świecie producent baterii do pojazdów elektrycznych i magazynowania energii, ogłosił na początku tego roku plan masowej produkcji baterii sodowo-jonowych do ciężkich ciężarówek i samochodów pod nową marką o nazwie Naxtra.
Motocykle i skutery elektryczne są już wszechobecne w Chinach, a w samym 2023 roku sprzedano ich około 55 milionów.
Teraz, wyprawy kraju w pojazdy zasilane bateriami sodowymi mogą stworzyć ogromny potencjał ekspansji w krajach Globalnego Południa, szczególnie w Azji i Afryce, mówi Kate Logan, dyrektor China Climate Hub i dyplomacji klimatycznej w amerykańskim Asia Society Policy Institute.
„Ponieważ wykorzystanie dwu- i trójkołowców jest skoncentrowane w krajach Globalnego Południa, rynki te będą jeszcze ważniejsze dla ogólnych strategii chińskich firm od samego początku, a nie napędzane czynnikami takimi jak napięcia handlowe i brak dostępu do rynków Globalnej Północy”, wyjaśnia.
Przekształcenie tych rowerów i trójkołowców w hurtowniach na energię elektryczną na rynkach Globalnego Południa będzie miało znaczący wpływ zarówno na emisje, jak i na zużycie paliw kopalnych, dodaje.
Ze swojej strony Tarascon widzi również duże zmiany w rozmiarze samochodów w ciągu następnej dekady na Globalnej Północy.
„Będziemy mieli mniejsze samochody w miastach, więcej taksówek i więcej pojazdów krótkiego zasięgu, więc automatycznie bateria sodowo-jonowa będzie miała do odegrania dużą rolę”, mówi.
„Jeśli spojrzę w przyszłość, ta technologia z pewnością zostanie ulepszona i myślę, że zdobędzie dużą część rynku, ponieważ istnieje ogromne zapotrzebowanie na energię z baterii, a litowo-jonowa nie może tego wszystkiego zapewnić.”
Większość dzisiejszych baterii to baterie litowo-jonowe. Są one używane w pojazdach elektrycznych, centrach danych i stacjonarnych sieciach energetycznych dla paneli słonecznych i turbin wiatrowych, a także w codziennych przedmiotach, takich jak telefony, laptopy i skutery elektryczne.
Lit wymaga ogromnych ilości wody do ekstrakcji i rafinacji – około 2 miliony litrów wody na tonę litu, według Instytutu Badań nad Energią.
Na przykład w Chile, drugim co do wielkości na świecie producencie litu, przemysł wykorzystuje proces wydobycia solanki, który odwraca już i tak ograniczoną słodką wodę od lokalnych społeczności rdzennych i powoduje poważne szkody dla pobliskich, delikatnych ekosystemów podmokłych.
Co więcej, baterie litowo-jonowe wymagają metali ciężkich, takich jak kobalt, nikiel, mangan i miedź w swoich katodach, które pobierają jony z anody, gdy bateria się rozładowuje.
Większość światowych zasobów kobaltu znajduje się w Demokratycznej Republice Konga, gdzie kopalnie litu rutynowo wykorzystują pracowników, zanieczyszczają źródła wody i uwalniają toksyczny pył i cząstki do powietrza.
Oprócz względów etycznych, geopolityka stwarza własne wyzwania. Chiny dominują na rynku, z 68 procentami globalnej zdolności rafinacji kobaltu, 72 procentami zdolności rafinacji litu i 83 procentami zdolności produkcyjnej litowo-jonowej.
Te pułapki sprawiają, że naukowcy i firmy poszukują alternatywnych źródeł energii dla baterii.
Ale jest tani, obfity i łatwo dostępny materiał, który prowadzi wyścig o zastąpienie litu jako głównego składnika baterii.
Sól.
Wydobycie soli w jeziorze Sambhar Salt Lake, Radżastan, Indie. Zdjęcie za pośrednictwem envato
Wprowadzenie sodu
Jean-Marie Tarascon, profesor fizyki i chemii ciała stałego w Collège de France, wierzy w wyższość sodu od co najmniej 15 lat.
Jako założyciel i dyrektor sieci badawczej RS2E, prowadził zespół, który opracował baterię sodowo-jonową w Collège i na Uniwersytecie Pikardii Jules Verne – co jest dość odpowiednie, biorąc pod uwagę, że Verne po raz pierwszy wyobraził sobie fikcyjną baterię solną w swojej książce, Dwadzieścia tysięcy mil podmorskiej żeglugi.
„Głównym motorem w moim przypadku była zrównoważony rozwój”, mówi Tarascon. „W 2010 roku było oczywiste, że świat przyjmie baterie litowo-jonowe i zabraknie nam tego zasobu.”
„Decyzja polegała na znalezieniu alternatywy – dlatego przeszliśmy na sód.”
Baterie sodowo-jonowe mają podobne zachowanie chemiczne do baterii litowo-jonowych, choć bez negatywnego wpływu na środowisko, mówi Shan Zhang, badaczka z Chalmers University of Technology w Göteborgu w Szwecji.
„Proces produkcyjny jest również podobny, co oznacza, że tak naprawdę nie trzeba zbytnio testować linii produkcyjnej”, dodaje. „Można użyć istniejących linii produkcyjnych i wprowadzić pewne poprawki dla baterii solnej.”
Zhang mówi, że baterie sodowe są również bezpieczniejsze niż ich litowe odpowiedniki i lepiej działają w ekstremalnych temperaturach.
Baterie litowo-jonowe były odpowiedzialne za niezliczone pożary, w tym jeden w kalifornijskiej elektrowni magazynowania baterii na początku tego roku, który płonął przez wiele dni i spowodował ewakuację około 1200 mieszkańców.
W 2024 roku Zhang poprowadziła badanie, które zbadało przyszłe skutki klimatyczne różnych typów baterii solnych, koncentrując się na emisjach dwutlenku węgla.
Jej zespół stwierdził, że do 2050 roku wykorzystanie energii odnawialnej do produkcji baterii może potencjalnie zmniejszyć jej wpływ na klimat o 43 do 57 procent w porównaniu z poziomem z 2020 roku.
„Wpływ na klimat spada im dalej w przyszłość idziemy, od procesów produkcyjnych, wydobycia, jak również procesów wstępnych”, mówi. „Dzieje się to wzdłuż całego łańcucha produkcyjnego.”
Ale chemikalia używane w katodzie nadal budzą obawy, mówi, i będą wymagały większych inwestycji w badania nad bateriami sodowo-jonowymi.
Baterie litowo-jonowe, takie jak ta zainstalowana w MacBooku, są znacznie lżejsze niż baterie sodowe, co utrudnia ich wymianę w urządzeniach elektronicznych. Zdjęcie: Mika Baumeister, Unsplash
Znalezienie niszy
Co więc powstrzymuje większe wykorzystanie baterii sodowo-jonowych? To głównie niska cena litu, utrzymująca go w konkurencyjności w stosunku do sodu.
Po gwałtownym wzroście do rekordowych 83 000 USD za tonę w listopadzie 2022 r., cena litu od tego czasu spada, osiągając w zeszłym miesiącu najniższy poziom zaledwie 8 400 USD za tonę, ponieważ sprzedaż pojazdów elektrycznych (EV) przebiegała wolniej niż oczekiwano.
Kolejną przeszkodą jest to, że sód jest mniej gęsty niż lit, co oznacza, że potrzeba więcej miejsca i energii, aby utrzymać ten sam ładunek.
Powoduje to większą, cięższą baterię, co jest mniej niż idealne w samochodzie lub na przykład w telefonie.
Zamiast całkowicie zastępować lit, sód „musi znaleźć swoje niszowe zastosowania”, gdzie objętość i waga nie stanowią problemu, mówi Zhang.
Ponieważ naukowcy wciąż pracują nad poprawą gęstości energii, jednym z odpowiednich miejsc dla baterii sodowo-jonowych są stacjonarne systemy magazynowania energii, w których energia może być przechowywana i rozładowywana w razie potrzeby, aby zrównoważyć sieć elektryczną.
W rzeczywistości Bloomberg New Energy Finance (BNEF) prognozuje 15-procentowy udział w rynku baterii sodowo-jonowych w magazynowaniu energii do 2035 roku, w porównaniu z 1 procentem dzisiaj.
W Stanach Zjednoczonych, z siedzibą w Dolinie Krzemowej, Natron Energy produkuje baterie sodowo-jonowe do instalacji w centrach danych i firmach zajmujących się przetwarzaniem w chmurze, a także w szybkich ładowarkach EV.
Tymczasem w Wielkiej Brytanii Faradion, spółka zależna indyjskiej Reliance New Energy Ltd., produkuje baterie sodowo-jonowe do transportu, magazynowania i zasilania awaryjnego.
A we Francji TIAMAT, firma, w której Tarascon pełni funkcję doradcy naukowego, wynalazła pierwszą baterię sodowo-jonową przeznaczoną do użytku w produkcie komercyjnym: bezprzewodową wiertarkę.
Chiński producent Yadea zaczyna sprzedawać skutery elektryczne zasilane sodem. Zdjęcie autorstwa Yadea, za pośrednictwem Electrive
Jazda na soli
Największym użytkownikiem baterii sodowo-jonowych są jednak Chiny. Kraj ten już dominuje na rynku baterii litowo-jonowych, co jest jednym z powodów, dla których z łatwością dokonał zmiany, mówi Zhang.
Chińskie firmy zainwestowały już ponad 7,6 miliarda USD w technologię sodowo-jonową, a w samym 2024 roku ogłoszono 27 nowych zakładów produkcyjnych.
Firmy takie jak Yadea, HiNa i Contemporary Amperex Technology (CATL) budują obecnie przewagę konkurencyjną na globalnym rynku baterii sodowo-jonowych, robiąc kolejny duży krok w przemyśle czystych technologii w kraju.
I w przeciwieństwie do swoich zachodnich odpowiedników, już wprowadzają pojazdy zasilane sodem na drogi.
Podczas gdy te dwukołowce mają zasięg zaledwie około 70 kilometrów, producent zbudował stacje wymiany baterii, w których właściciele mogą wymieniać rozładowane baterie w mniej niż minutę, zamiast czekać godzinami na ich naładowanie.
CATL, największy na świecie producent baterii do pojazdów elektrycznych i magazynowania energii, ogłosił na początku tego roku plan masowej produkcji baterii sodowo-jonowych do ciężkich ciężarówek i samochodów pod nową marką o nazwie Naxtra.
Motocykle i skutery elektryczne są już wszechobecne w Chinach, a w samym 2023 roku sprzedano ich około 55 milionów.
Teraz, wyprawy kraju w pojazdy zasilane bateriami sodowymi mogą stworzyć ogromny potencjał ekspansji w krajach Globalnego Południa, szczególnie w Azji i Afryce, mówi Kate Logan, dyrektor China Climate Hub i dyplomacji klimatycznej w amerykańskim Asia Society Policy Institute.
„Ponieważ wykorzystanie dwu- i trójkołowców jest skoncentrowane w krajach Globalnego Południa, rynki te będą jeszcze ważniejsze dla ogólnych strategii chińskich firm od samego początku, a nie napędzane czynnikami takimi jak napięcia handlowe i brak dostępu do rynków Globalnej Północy”, wyjaśnia.
Przekształcenie tych rowerów i trójkołowców w hurtowniach na energię elektryczną na rynkach Globalnego Południa będzie miało znaczący wpływ zarówno na emisje, jak i na zużycie paliw kopalnych, dodaje.
Ze swojej strony Tarascon widzi również duże zmiany w rozmiarze samochodów w ciągu następnej dekady na Globalnej Północy.
„Będziemy mieli mniejsze samochody w miastach, więcej taksówek i więcej pojazdów krótkiego zasięgu, więc automatycznie bateria sodowo-jonowa będzie miała do odegrania dużą rolę”, mówi.
„Jeśli spojrzę w przyszłość, ta technologia z pewnością zostanie ulepszona i myślę, że zdobędzie dużą część rynku, ponieważ istnieje ogromne zapotrzebowanie na energię z baterii, a litowo-jonowa nie może tego wszystkiego zapewnić.”
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
