Как страны переходят на электромобили
В первом квартале 2021 года мировые продажи электромобилей выросли на 140% по сравнению с тем же периодом 2020 года, в основном за счет спроса в ЕС, Китае и США. Переход на электромобили набирает обороты такими темпами, о которых их самые ярые сторонники не могли и мечтать еще пару лет назад. Даже без нового регулятивного стимула половина мировых продаж легковых автомобилей к 2030 году будет электрической, по данным консалтинговой компании Bloomberg NEF (BNEF). Согласно сценарию Международного энергетического агентства, к этому времени парк электромобилей достигнет 145 миллионов, что составит 7% от всех автомобилей.
Такое ускоренное развитие рынка электромобилей обусловлено тремя факторами. Во-первых, 15 стран уже объявили о постепенном прекращении продаж автомобилей с двигателем внутреннего сгорания ― в 2035 году ЕС полностью сведет их к нулю. Во-вторых, стоимость батарей снижается: с 2010 по 2020 год цены на литий-ионные батареи упали на 89%, а средняя цена составила $137 за кВт/ч. Наконец, расширяется ассортимент электромобилей. В 2020 году стало доступно около 370 моделей электромобилей, что на 40% больше, чем годом ранее. Автопроизводители объявили о планах выпустить еще 450 моделей к 2022 году. С 2035 года американский концерн General Motors будет выпускать только электромобили, Audi откажется от машин на горючем топливе уже в 2033 году. Другие производители объявили о подобных планах.
Такие амбициозные планы ставят перед человечеством новые проблемы. Во-первых, как уменьшить количество металлов в батареях, добыча которых имеет серьезные социальные и экологические последствия. Во-вторых, как улучшить переработку батарей, чтобы ценные металлы можно было эффективно использовать повторно.
Большая часть редкоземельных металлов в электромобилях содержится в электродвигателях и батареях. Двигатели в электромобилях делятся на два типа: синхронные с постоянными магнитами и асинхронные. На один двигатель с постоянными магнитами ― эта технология используется в более чем 90% продаваемых сегодня электромобилей ― требуется 0,25-0,5 кг редкоземельного металла неодима, 0,06-0,35 кг других редкоземельных элементов, 3-6 кг меди, 0,9-2 кг железа и 0,01-0,03 кг бора. В асинхронных двигателях редкоземельные металлы не используются, но для производства требуется 11-24 кг меди.
В среднем одна автомобильная литий-ионная батарея содержит до 8 кг лития, 35 кг никеля, 20 кг марганца и 14 кг кобальта. По прогнозам BNEF, к 2023 году стоимость батарей для электромобилей составит менее $100 за киловатт-час (по сравнению со $137 сегодня), а к середине 2020-х годов электромобили будут стоить столько же, сколько и автомобили с ДВС. Но достаточно ли для этого ресурсов?
Экологически чистый электромобиль, неэкологичный аккумулятор
Литий не является дефицитным металлом, но резкое увеличение спроса может привести к скачку цен на него. Его запасы на сегодняшний день, по данным BNEF, составляют 21 миллион тонн, что достаточно для перехода на электромобили к середине 21 века. Крупнейшие месторождения лития находятся в Чили, Боливии, США, Аргентине, Конго, Китае, Бразилии, Сербии, Австралии и других странах. Но добыча лития наносит значительный вред окружающей среде. Чтобы получить тонну лития, необходимо переработать 250 тонн руды. Чтобы извлечь литий из породы для производства батареи для одного электромобиля, расходуется до 80 000 литров дефицитного ресурса ― воды.
Добыча кобальта, также необходимого для производства литий-ионных батарей, связана с использованием детского труда, нарушением экологии и коррупцией. По данным Геологической службы США, мировые запасы кобальта во всех его разновидностях (кроме морского) составляют около 25,5 млн тонн. Две трети мировых запасов добывается в Демократической Республике Конго, включая мелкое кустарное производство. Из 255 000 конголезских добытчиков кобальта 40 000 ― дети, среди них есть даже шестилетние. Добыча ведется вручную, и за день работы рабочие получают два доллара. Кроме того, добыча кобальта приводит к невероятно высоким выбросам углекислого газа, диоксида азота и значительному потреблению электроэнергии.
С 2010-х годов производители ищут способы уменьшить количество «токсичного» металла в батареях из-за резкого роста цен на кобальт и этических проблем, связанных с его добычей. Полный отказ от кобальта часто снижает удельную энергию батареи или влечет за собой увеличение спроса на никель. Последний добывается в Австралии, Канаде, Индонезии, России и на Филиппинах, что наносит вред окружающей среде и здоровью людей. Основным отходом производства никеля является опасное вещество ― диоксид серы, который попадает в атмосферу и превращается в серную кислоту. Никель можно заменить марганцем, цена которого ниже, а запасы больше ― 1,3 млрд тонн на 2020 год. Но изменение химического состава влияет на производительность батареи в долгосрочной перспективе.
Почему так мало аккумуляторов перерабатывается
«Переход на электромобили считается одной из мер, которая поможет предотвратить негативные последствия изменения климата и улучшить качество воздуха в городах», - отметил Андрей Заруев, эксперт по корпоративным стандартам ESG.
В то же время ученые предупреждают, что рост числа электромобилей может привести к образованию свалок старых батарей. Исследователи подсчитали, что один миллион электромобилей за время своей жизни произведет 250 000 тонн токсичных отходов от батарей. Этого можно избежать, если перерабатывать батареи. Это также снизит необходимость добычи ценных металлов.
По данным Европейского парламента, эффективность переработки батарей составляет около 95% для кобальта и никеля и 80% для меди.
Сегодня перерабатывается небольшое количество батарей. В Австралии собирают и отправляют на переработку всего 2-3% литий-ионных батарей, не более 5% ― в США и Евросоюзе. Технологии переработки аккумуляторов наиболее активно развиваются в Китае, Японии и Южной Корее, то есть в тех странах, где они производятся. Например, дочернее предприятие крупнейшего в мире производителя литий-ионных элементов, компании CATL, может перерабатывать 120 000 тонн батарей в год. Таких объемов хватит для производства 200 тысяч автомобилей.
Ранее производители аккумуляторов не уделяли должного внимания возможностям переработки. Вместо этого они стремились снизить затраты и увеличить срок службы батарей и емкость заряда. Кроме того, технологии переработки все еще несовершенны и энергоемки. На типичном перерабатывающем заводе батареи сначала дробят, элементы превращаются в порошкообразную смесь всех использованных материалов. Затем эта смесь разделяется на элементарные составляющие либо путем расплавления (пирометаллургия), либо путем растворения в кислоте (гидрометаллургия).
Как организовать переработку
Эффективной переработке аккумуляторов сегодня мешает отсутствие маркировки. Литий-ионные батареи бывают разных химикатов и форм. Без маркировки специалисты по переработке не могут определить структуру устройства, а значит, и метод утилизации.
Пока в мире не накоплено достаточного количества батарей, чтобы сделать переработку более эффективной. Для этого потребуется, чтобы миллионы литий-ионных батарей выработали свой ресурс. Но на это потребуется время: батареи стали долговечными и могут служить до 20 лет. Заруев отмечает, что использованную батарею можно реанимировать и впоследствии превратить в стационарный привод. «У возобновляемых источников энергии, ветра и солнца, есть пики генерации. Чтобы их сгладить, можно использовать по назначению батареи от электромобилей. Их емкость упала, но если для автомобиля это критично, то для привода - нет», - комментирует эксперт.
«В России уже есть два завода по переработке литий-ионных аккумуляторов, пока ― в основном от мобильных телефонов. Кроме того, в планах госкорпорации «Росатом» ― построить в России семь экотехнопарков к 2024 году. Согласно национальному проекту «Экология», с 1 марта 2022 года Росатом выступает в качестве федерального экологического оператора, который создает систему обращения с отходами 1-2 классов опасности. Литий-ионные аккумуляторы ― это отходы только второго класса», - добавляет Андрей Заруев.
Эксперт считает, что больше внимания нужно уделить логистике, то есть процессу сбора использованных батарей. Стимулировать переработку может принцип расширенной ответственности производителя, который обяжет производителей аккумуляторов принимать отработанные устройства и утилизировать их.
