Ученые из немецкого Университета Мюнстера подсчитали, что к 2040 году для покрытия спроса на различные элементы питания (батареи и аккумуляторы) потребуются затраты энергии в 130 000 гигаватт-часов, что равно годовому потреблению Норвегии или Швеции. С результатами исследования делится портал Heise.
В своей опубликованной работе специалистам пришлось иметь дело с несколькими постоянно меняющимися переменными, включая эволюцию спроса, тенденции в области аккумуляторных технологий и достижения в производственных процессах. Прогноз усложнило появление на рынке альтернативных аккумуляторов помимо популярных литий-ионных батарей (LIB). Ученые обобщили их в один сегмент — пост-литий-ионные батареи (PLIB).
Кроме констатации надвигающейся проблемы исследователи предложили ее решение. Они видят его в улучшении энергетического баланса в плотности энергии аккумуляторных ячеек. Например, твердотельные элементы требуют относительно большого количества энергии во время производства по отношению к площади электрода. Из-за высокой плотности энергии их производство по-прежнему более энергоэффективно, чем обычные литий-ионные батареи. Чем выше их будущая доля рынка, тем лучше энергетический баланс всей отрасли. Однако для элементов с относительно низкой плотностью энергии, таких как фосфат лития-железа или ионы натрия, ситуация обратная.
Впрочем, сами ученые предупреждают, что их исследование не идеально: там не учтена энергия, которая необходима для добычи, транспортировки и переработки сырья для производства батарей, а эти данные трудно подсчитать — нужны дополнительные исследования. Впрочем, можно сделать своеобразные предположения в зависимости от используемого в батареи материала, ведь, например, натрий (как компонент поваренной соли) получить гораздо легче, чем литий.
Каким бы ни был энергетический баланс и рыночная доля различных типов батарей в будущем, согласно исследованию, все они получат значительную выгоду от достижений в производственных технологиях. Наибольшее влияние имеют общие технические усовершенствования, такие как альтернативные процессы сушки или новые концепции сушильных камер (экономия энергии от 31 до 52 %%). Далее следует использование тепловых насосов для выработки технологического тепла (от 11 до 20 %%), общий эффект обучения (от 14 до 26 %%) и эффект масштабирования (от 8 до 16 %%).
Это может изменить энергетический баланс следующим образом:
Если объединить более эффективное производство и более высокую долю рынка энергоемких пост-литий-ионных аккумуляторов, абсолютная потребность в энергии для производства элементов может снизиться на 62–70 %%, несмотря на увеличение производства, говорится в исследовании ученых.
