Jaki jest ślad emisyjny przy produkcji ogniw Li-ion? Ile powstaje CO2 przy produkcji 1 kWh baterii? [opracowanie]

Na portalu ScienceDirect pojawiło się ciekawe opracowanie dotyczące emisji dwutlenku węgla przy produkcji baterii. Rozrzut danych zebrany z różnych LCA (ang. life-cycle assessment, środowiskowa ocena cyklu życia) jest na tyle duży, że wyniki można dobierać pod każdą tezę, zarówno taką, że samochody elektryczne nie są ekologiczne, jak też taką, że jednak są. Ale uważna analiza liczb jednoznacznie wskazuje, że ogniwa litowo-jonowe wytwarzane są w coraz czystszych procesach, a auta elektryczne SĄ ekologiczne.

Raport, o którym wspomnieliśmy we wprowadzeniu dostępny jest tutaj, wspomniał je Auke Hoekstra, holenderski naukowiec.

Emisja CO2 podczas produkcji ogniw litowo-jonowych

Pod lupę wzięto ogniwa z katodami niklowo-manganowo-kobaltowymi (NMC), ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP), z katodami z tlenku manganu zwane spinelowymi (LMO) oraz z katodami z niklu-kobaltu-glinu (NCA). NMC są najpopularniejsze wśród zachodnich producentów aut elektrycznych, LFP stosowane są głównie w Chinach, przez Teslę i w niektórych hybrydach, LMO bywają łączone z NMC, ale nie znamy żadnego producenta, który by się chwalił ich wykorzystaniem (są droższe od NMC i mają niższe gęstości energii), NCA wreszcie używa tylko Tesla.

Własności różnych rodzajów ogniw określają te diagramy łączące w jednym miejscu gęstość energii (Energy), moc (Power), koszty produkcji, czas życia i bezpieczeństwo (źródło, strona 23):

Wspomniany we wstępie rozrzut danych widoczny jest na wykresie poniżej. Właściwie dla każdej chemii ogniw istnieją zarówno dane mówiące o kilkudziesięciu kilogramach ekwiwalentu CO₂ dla 1 kWh baterii, jak też o ponad 250 kg CO_2eq wyemitowanych na potrzeby wydobycia i obróbki minerałów oraz produkcji zaledwie 1 kWh ogniw:

Ta ostatnia liczba wyjątkowo niepokoi wszystkich obrońców silników spalinowych. W końcu 300 kg CO_2eq na 1 kWh ogniw przy samochodzie z baterią o pojemności 60 kWh oznacza 18 ton CO_2eq, odpowiednik 7 660 litrów benzyny! Jeśli dla uproszczenia rachunków przyjmiemy, że samochód pali 7,66 l/100 km, wyjdzie nam, że samo tylko wyprodukowanie baterii emituje do atmosfery tyle [ekwiwalentu] dwutlenku węgla, ile przejechanie 100 000 kilometrów samochodem spalinowym! A elektryk jeszcze nawet nie ruszył z miejsca, ba, nawet nie powstał, bo mamy tylko ogniwa do niego!

Wystarczy jednak spojrzeć na wykres, żeby dostrzec pewną prawidłowość. Powszechnie wiadomo, że producenci dążą do zwiększania gęstość energii. Im zatem przesuwamy się bardziej w prawo dla wybranego rodzaju chemii, tym patrzymy na nowocześniejsze ogniwa. Jednocześnie każda generacja podlega stopniowej optymalizacji, która z reguły polega na obniżaniu kosztów produkcji, co bezpośrednio przekłada się na zapotrzebowanie na zużywaną energię, a to z kolei oznacza zmniejszające się emisje CO₂:

Producenci rzadko kiedy chwalą się emisją dwutlenku węgla podczas produkcji ogniw, z których korzystają, ale jeśli spojrzymy na wykres, zauważymy, że ostatnia wyspa NCA/NCM nieźle pasuje do gęstości energii stosowanych w Tesli Model 3 (czerwone) oraz autach koncernu Volkswagena [dane szacunkowe]. To oznacza średnią emisję CO_2eq na poziomie zaledwie 20-45 kg/kWh, nawet dziesięć razy mniej niż ledwie dziesięć lat temu!

Dzisiejsza typowa bateria = emisja odpowiadająca przebiegowi 6 700-15 000 km

Wyprodukowanie uśrednionej baterii o pojemności 60 kWh wymaga zatem emisji 1,2-2,7 tony ekwiwalentu dwutlenku węgla. Tyle samo zostanie wyemitowane do atmosfery, gdy spalimy 510-1 150 litrów benzyny. Na tej ilości paliwa samochód z przykładu z artykułu (7,66 l/100 km) przejedzie między 6 700 a 15 000 kilometrów. To mniej więcej 6-13 miesięcy typowej eksploatacji. Nawet po maksymalnym naciągnięciu wskaźników (niższe spalanie, rzadsza eksploatacja) nie przebijemy nawet 2 lat.

Reasumując: wyprodukowanie ogniw do baterii Li-ion typowego elektryka to emisyjny odpowiednik maksymalnie 1-1,5 roku eksploatacji samochodu spalinowego. Nie „5, 8 czy 15 lat jazdy starym dieslem”, jak się niektórym wydaje. A warto dodać, że rosnący nacisk na ograniczanie emisji CO₂ oraz zwiększający się udział fotowoltaiki i wiatru w miksie energetycznym oznacza, że z każdym rokiem baterie wytwarzane są w coraz czystszych procesach.

Nota od redakcji www.elektrowoz.pl: „ekwiwalentu dwutlenku węgla”, ponieważ pod uwagę bierze się wszystkie emisje gazów cieplarnianych i przelicza je na kilogramy CO₂.

Nota 2: oceniając po wykresie, nikt jeszcze nie badał ogniw LFP z najnowszych baterii Tesli Model 3 SR+/RWD.