Zöldebb elektromos járműveket ígér a szilárdtest-technológia

A Transport and Environment (T&E) éghajlatvédelmi csoport legfrissebb tanulmánya szerint a feltörekvő szilárdtest-akkumulátor technológia a mai folyékony elektrolitot is tartalmazó lítium-ion akkumulátorokhoz képest 39%-kal csökkenthetné az elektromos járművek energiatárolóinak szén-dioxid-kibocsátását.

Napjainkban az elektromos járművekkel szembeni egyik legnagyobb kritika az, hogy a lítium-ion akkumulátoraik CO₂-kibocsátása miatt valójában nem is olyan zöldek, mint ahogyan azt a döntéshozók és a gyártók beállítják. Az akkumulátorok olyan ritkaföldfémekből készülnek, mint a lítium, a nikkel, a kobalt vagy a mangán, amelyek az elektródaként használt természetes grafithoz hasonlóan csak a Föld felszíne alatt találhatók meg. Ezeket ki kell bányászni, ami viszont egy rendkívül magas környezeti költségekkel járó folyamat. Jelenleg az elektromos járművek lítium-ion akkumulátorainak előállítása még jóval energiaigényesebb, mint a hagyományos belső égésű motorok legyártása: a lítium nagy részét kőzetbányákból vagy földalatti sósvíz-tározókból nyerik ki, a kinyeréséhez, valamint a feldolgozásához felhasznált energia nagy része pedig CO₂-kibocsátó fosszilis tüzelőanyagokból származik. A kemény kőzetből való kibányászás során, minden tonna kinyert lítium után 15 tonna CO₂ kerül a levegőbe. A lítium, valamint a kobalt és a nikkel bányászata elég munkaigényes, továbbá vegyszereket és hatalmas mennyiségű vizet igénylő folyamat, ráadásul a kitermelés melléktermékeként szennyező- és mérgező hulladékok is keletkeznek. Emellett a gyártás is növeli az akkumulátorok ökolábnyomát; a termeléshez szükséges anyagok szintetizálásához 800 és 1000 °C közötti hőre van szükség – ez a hőmérséklet csak fosszilis tüzelőanyagok elégetésével érhető el költséghatékonyan, ami tovább növeli a CO₂ kibocsátást. Szemléltetésképpen, egy 100 kWh-ás lítium-ion akkumulátor legyártásának CO₂-kibocsátása 2,4 tonna (Európában és az USA-ban) és 16 tonna (Kínában) között van.

A Transport and Environment jelentése szerint a szilárdtest-akkumulátor technológia megjelenése, melyet az évtized második felére jósolnak, jelentősen csökkentheti az akkumulátoros elektromos járművek (BEV) energiatárolók gyártásából származó szénlábnyomát.

A T&E elemzése az egyik legígéretesebb fejlesztés alatt álló kémiát, az alacsony mangán- és kobalt-tartalmú NMC-811 szilárdtest-akkumulátort hasonlítja össze a jelenlegi lítium-vasfoszfát (LFP) és lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (NMC) technológiákkal. A szilárdtest-technológia toxikus folyékony elektrolitok helyett szilárd, oxid-alapú kerámia elektrolitot használ az elektromos áram továbbítására, ezáltal az akkumulátorok könnyebbek, gyorsabban tölthetők és végül olcsóbbak is lesznek. Emellett ez a technológia nagyobb energiasűrűséget, hosszabb élettartamot és rövidebb töltési időt ígér a felhasználók számára, ráadásul mindezt jóval kevesebb nyersanyag felhasználásával. A szilárdtest technológia a nagyobb energiasűrűség miatt már önmagában 24%-kal csökkentheti az energiatárolók szénlábnyomát, ami fenntartható forrásból származó anyagok alkalmazásával akár 39%-ra is növelhető. Az új bányászati ​​módszerek alkalmazása, beleértve a lítium minimális környezeti lábnyommal járó geotermikus kutakból történő kitermelését, lényegesen kisebb hatást gyakorolnának az éghajlatra, mint például a víz szennyezésével járó, energiaigényes, kemény kőzetből kinyert lítium.

A szilárdtest-akkumulátorok széleskörű gyakorlati alkalmazásához ugyanakkor mindenek előtt le kell győzni az ilyen energiatárolók jelenlegi első számú problémáját, az ún. dendritképződést. A töltés-kisütési ciklusok során ugyanis a tömör lítium anódból kiindulva tüskék (dendritek) képződnek, amelyek idővel átütik az anód és a katód közötti szeparátor réteget, cellazárlatot okozva. Ezen a téren már több gyártó is jelezte, hogy számottevő haladást ért el, ám az igazi áttörés egyelőre még várat magára.

A címlapkép illusztráció.