28/2/2023
Těžba lithia. | Foto: Presseportal, Tom Hegen
Elektromobily mají potenciál významně snížit emise skleníkových plynů. Objevují se ale také analýzy, že produkce akumulátorů pro tyto vozy může brzy čelit nedostatku kritických surovin. Jaký původ mají lithium, kobalt, nikl, mangan a další suroviny a co to pro výrobce baterií znamená? Obsáhlý text o tom napsal pro Český autoprůmysl Vladimír Rybecký.
Konec loňského a začátek letošního roku proběhly pro automobilový průmysl v Evropské unii ve znamení dvou přelomových rozhodnutí: byl navržen a letos v únoru schválen Evropským parlamentem zákaz prodeje automobilů s pohonem produkujícím emise CO2 od roku 2035 a byl zveřejněn návrh emisní normy Euro 7/VII. Poněkud stranou zájmu zůstal třetí předpis, který zásadním způsobem ovlivní další vývoj mobility v Evropě, a to nová pravidla EU pro udržitelnější a etické akumulátory.
Poslanci v Evropském parlamentu projednali průlomový zákon, který má řešit environmentální, etické i sociální problémy související s výrobou akumulátorů. Nově dohodnutá pravidla se týkají celého jejich životního cyklu – od těžby surovin přes průmyslovou výrobu až po likvidaci po skončení životnosti, přičemž se vyžaduje vysoká míra recyklace.
V úvodu návrhu se uvádí, že do roku 2030 bude na silnicích EU jezdit nejméně 30 milionů elektricky poháněných vozidel. EU předpokládá, že celosvětová poptávka po akumulátorech se do roku 2030 zvýší 14krát, přičemž Evropa bude představovat 17 procent této poptávky. Důvodem tak dramatického růstu budou nejen potřeby elektromobility, ale i rozvoj digitální ekonomiky a obnovitelných zdrojů energie.
Poslanci Evropského parlamentu vzhledem k jejich rostoucímu používání vyzvali i k zavedení nové kategorie akumulátorů pro takzvané lehké dopravní prostředky – LMT (Light Means of Transport), jako jsou elektrokola nebo elektroskútry. Nová kategorie se zařadí vedle stávajících tříd přenosných, automobilových a průmyslových akumulátorů.
Výroba článků akumulátorů v závodě Volkswagen Group v Salzgitteru. | Foto: Volkswagen
Akumulátory používané v EU budou muset být označeny štítkem, který bude odrážet jejich uhlíkovou stopu, aby byl jejich dopad na životní prostředí transparentnější. To bude povinné nejen pro akumulátory elektromobilů (BEV), ale i pro lehké dopravní prostředky (LMT) a dobíjecí průmyslová úložiště energie s kapacitou nad 2 kWh. Výrobci, kteří chtějí prodávat v Evropě, budou muset nahlásit celou uhlíkovou stopu produktu od těžby přes výrobu až po recyklaci již od července 2024. Tyto údaje se posléze použijí ke stanovení maximálního limitu CO2, který bude platit od července 2027. To má zajistit, že při výrobě se bude používat výhradně čistá energie namísto fosilních paliv.
Vlivné nevládní organizace jako Transport & Environment (Evropská federace pro dopravu a životní prostředí, která propaguje udržitelnou dopravu v Evropě) požadují, aby nová pravidla vyloučila greenwashing, kdy by výrobci pouze zveřejňovali formální doklady původu energie, ale aby jednoznačně prokázali, že veškerá jimi použitá energie je skutečně obnovitelná.
Poslanci Evropského parlamentu požadují zavedení povinnosti, aby se výrobci akumulátorů vypořádali s porušováním lidských práv a zajistili, že používané suroviny budou pocházet z eticky získávaných zdrojů. Musí splňovat požadavky, které se týkají sociálních a environmentálních rizik spojených s těžbou, zpracováním a obchodováním se surovinami a druhotnými zdroji. Zákon bude vyžadovat, aby výrobci identifikovali a řešili širokou škálu problémů od znečištění vody až po komunitní práva.
V současné době jsou největšími světovými výrobci akumulátorů pro elektrická vozidla Čína, Japonsko a Jižní Korea. Zákon má zajistit, že produkce z nově budovaných evropských výrobních závodů na články i celé akumulátory nebude moci být podhodnocena cenou dovážených akumulátorů vyráběných s využitím elektrické energie produkované s využitím uhlí a s malým ohledem na lidská práva a práva zaměstnanců.
V souvislosti s tím by se měly urychlit investice potřebné k vytvoření většího podílu recyklace. Podle nových pravidel musí být v nových akumulátorech znovu použito předepsané množství recyklovaných surovin. Od roku 2027 budou muset výrobci získat zpět 90 procent použitého niklu a kobaltu, což v roce 2031 vzroste na 95 procent. U lithia se požaduje zvýšení z 50 procent v roce 2027 na 80 procent v roce 2031.
To vše dohromady má pomoci vytvořit víc nových pracovních příležitostí v Evropě. „Regulaci akumulátorů jsme nastavili tak, abychom zajistili rovné podmínky, takže všechny akumulátory, uváděné na trh EU bez ohledu na jejich původ, splní stejné přísné požadavky na udržitelnost a životnost,“ vysvětlil místopředseda Evropské komise Maroš Šefčovič, který je dlouhodobě hlavním iniciátorem předpisů o akumulátorech, ale i podpory jejich produkce v EU.
Realizaci zákona EU o akumulátorech je samozřejmě třeba uvítat. Těžba surovin nemůže být nikdy zcela udržitelná, takže rizika s ní spojená se dají jen minimalizovat. Jak uvádí analýza německé Společnosti pro udržitelnou mobilitu a zdroje energií NOW s odvoláním na práce L. J. Sontera, Öko-Institutu nebo ELAW, těžba0 surovin má dopad globální – prostřednictvím emisí skleníkových plynů, i lokální – prostřednictvím emisí jiných látek.
Kromě ekologických dopadů a jejich negativních důsledků na lidský život se objevují i politické problémy. Obyvatelé těžebních oblastí jsou často konfrontováni s vysídlením (mnohdy pod nátlakem) a omezováním kulturních i tradičních hodnot. U zaměstnanců se mnohde nedodržují věkové limity, výše minimální mzdy, pracovní doba ani zásady bezpečnosti a ochrany zdraví při práci.
Odstrašujícím příkladem je těžba kobaltu v Demokratické republice Kongo. Organizace na ochranu lidských práv, jako je Amnesty International, zde dlouhodobě upozorňují na humanitární problémy, využívání práce dětí, porušování lidských práv a znečištění životního prostředí. Přitom odtud pochází více než 60 procent kobaltu používaného v akumulátorech nejen pro elektromobily a LMT, ale i pro malé spotřebiče, výpočetní techniku, telefony a další přístroje a zařízení.
Těžba mědi v Uzbekistánu. | Foto: PR newswire
Elektromobily mohou používat různé typy akumulátorů. V současné době jsou převažujícím typem lithium-iontové. Materiály potřebné pro jejich výrobu se mohou lišit v závislosti na chemickém složení katody, přičemž klíčovými materiály jsou lithium, kobalt, nikl a mangan. Jako anoda se široce používá grafit.
Hodnocení zranitelnosti dodavatelského řetězce akumulátorů elektromobilů s využitím metodiky vyvinuté společností Energy Monitor GlobalData ukazuje, že země s největším prodejem elektromobilů jsou zároveň zeměmi s největší zranitelností dodavatelského řetězce, přičemž výjimkou je Čína. Podle analýzy GlobalData disponovala Čína v roce 2021 více než 70 procenty celosvětové výrobní kapacity akumulátorů pro elektromobily. Podle této analýzy mají Německo a Spojené státy druhý a třetí největší prodej elektromobilů, ale jsou silně závislé na dovozu surovin pro akumulátory.
„Dnešní údaje ukazují hrozící nesoulad mezi posílením světových klimatických ambicí a dostupností kritických nerostných surovin, které jsou pro realizaci těchto ambicí nezbytné. Pokud by se tyto potenciální zranitelnosti urychleně neřešily, mohly by celosvětový pokrok na cestě k čisté energetické budoucnosti zpomalit a prodražit, a tím i ztížit mezinárodní úsilí o řešení změny klimatu,“ varoval výkonný ředitel Mezinárodní agentury pro energii IEA (International Energy Agency) Fatih Birol ve zvláštní zprávě o úloze kritických nerostných surovin při přechodu na čistou energii.
Celková poptávka po kritických nerostných surovinách pro elektromobily v roce 2020 činila 0,4 milionu tun. Na základě svého scénáře udržitelného rozvoje IEA předpovídá, že tato poptávka vzroste téměř 30krát na 11,8 milionu tun v roce 2050. Ve zvláštní zprávě IEA uvádí, že na základě dnešních nabídek a investičních plánů je nepravděpodobné, že tato poptávka po nerostných surovinách bude uspokojena. IEA předpovídá, že ve střednědobém až dlouhodobém horizontu poptávka převýší nabídku ze stávajících těžebních projektů.
K uspokojení růstu poptávky proto budou nutné investice do nových projektů. To ovšem vyžaduje otevření nových dolů, které by produkovaly využitelné nerosty. Podle IEA trvá přechod těžebního projektu z fáze objevu do zahájení provozu v průměru 16,5 roku. Přitom rostoucí obavy o životní prostředí a nedostatek místní podpory mohou takový projekt zpozdit nebo zastavit, což se také v mnoha případech především v Evropě děje.
Problémem pro budoucí dodavatelský řetězec je skutečnost, že klíčové nerosty nezbytné pro elektromobily se těží pouze v několika málo zemích. Více než polovina dodávek pochází od tří největších producentů – v roce 2020 se Austrálie podílela 48 procenty na celosvětové produkci lithia, v případě grafitu je hlavním světovým dodavatelem Čína, z níž pochází téměř 79 procent celosvětové produkce, a Demokratická republika Kongo dodávala 69 procent celosvětové produkce kobaltu.
Na konci roku 2020 EU zařadila lithium na seznam kritických surovin a totéž učinily i Spojené státy. Místopředseda Evropské komise Maroš Šefčovič tehdy uvedl, že Evropa bude do roku 2030 pro akumulátory elektromobilů a energetická úložiště potřebovat až 18krát víc lithia, do roku 2050 dokonce až 60krát víc. V současné době ovšem EU uspokojuje pouze jedno procento poptávky. „Nemůžeme připustit, abychom současnou závislost na fosilních palivech nahradili závislostí na kritických surovinách. Vytvoříme proto silnou alianci, abychom společně přešli od vysoké závislosti k diverzifikovanému, udržitelnému a sociálně odpovědnému zásobování, cirkulaci a inovacím,“ řekl Šefčovič.
Klíčový kov dneška: lithium. | Foto: Presseportal/Bokelao
Jessica Dunnová v analýze pro Union of Concerned Scientists (Unie znepokojených vědců, nezisková organizace založená před více než 50 lety vědci a studenty z Massachusetts Institute of Technology) tvrdí, že dostupnost nejdůležitějších surovin nemůže být zásadní překážkou pro progresivní rozvoj elektromobility. Nedostatek surovin na trhu ale může vést k dramatickému nárůstu cen jednotlivých materiálů – očekává jej zejména u lithia a kobaltu, ale i u grafitu. Varuje také před problémy s využíváním některých ložisek v souvislosti se složitou politickou situací v různých regionech světa.
Podle prognózy organizace Transport & Environment může do roku 2030 více než 50 procent evropské poptávky po lithiu pocházet z evropských projektů. Spoléhá přitom na bezemisní těžbu lithia ve spojení s využitím geotermální energie. Několik takovýchto projektů, především Vulcan Energy Resources v Německu, vypadá velmi nadějně, nicméně na jejich praktickou realizaci zatím čekáme.
K výše uvedeným kritickým materiálům potřebným pro elektromobilitu je třeba připočítat ještě měď, která je nenahraditelná nejen pro vodiče ve vozidlech, ale také pro nezbytnou infrastrukturu. Kromě toho ji vyžadují i jiné elektrifikované způsoby dopravy, především železniční. Zde jsou zdroje rozděleny mezi vícero zemí, ovšem víc než polovina rud se těží v Chile, Peru a Číně, přičemž podle IEA se 56 procent tohoto kovu zpracovává v Číně.
Jessica Dunnová v analýze pro Union of Concerned Scientists uvádí, že recyklace může významnou měrou snížit potřebu nové těžby, a proto je základní strategií pro udržitelnou, bezpečnou a cenově dostupnou elektrifikaci dopravy. Dopady na životní prostředí jsou při použití recyklovaných surovin mnohem menší než u nově vytěžených materiálů. Recyklace také může snížit náklady. Dunnová uvádí, že v roce 2050 může recyklace pokrýt přibližně 45–52 procent potřeb kobaltu, 40–46 procent niklu a 22–27 procent poptávky po lithiu pro elektromobilitu.
V současné době ovšem recyklační technologie nejsou rentabilní vzhledem k malému objemu produkce. I v krátkodobém horizontu budou recyklované materiály představovat malé množství, ale to se bude měnit s tím, jak budou přibývat vyřazované akumulátory. Příjmy z recyklace pak významně porostou s růstem tržní hodnoty materiálů a recyklace se může stát velmi výnosným předmětem podnikání. Navíc rovněž přispěje k domácí produkci v Evropě.
Studie projektu Locomotion, Skupiny pro energetiku, ekonomiku a systémovou dynamiku Univerzity ve Valladolidu (GEEDS-UVa) ovšem poukazuje na limity recyklace s tím, že dosažení její vysoké cílové úrovně na konci životnosti akumulátorů nemusí nutně znamenat, že z recyklovaných zdrojů bude pocházet vysoké procento použitých materiálů. Důvodem je neustálý růst poptávky po nových materiálech, přičemž vždy dochází ke zpoždění ve využívání recyklovaných surovin vzhledem k velkému množství surovin, které se budou stále používat v provozu. „Recyklace je užitečný způsob, jak snížit množství odpadu a další negativní dopady na životní prostředí, ale není tak účinná, jak by mohla být, protože materiály jsou často používány po dlouhou dobu, než se recyklují. Situaci ještě zhoršuje skutečnost, že současný ekonomický systém je zaměřen spíš na růst než na udržitelnost,“ varuje výzkumný pracovník projektu Locomotion Iñigo Capellán-Pérez.
Doprava akumulátorů k recyklaci ve zkušebním provozu v Salzgitteru. | Foto: Volkswagen
Zmíněná nová studie, zveřejněná v rámci projektu Locomotion, porovnala účinnost různých strategií pro dekarbonizaci globálního sektoru dopravy do roku 2050. Na základě otestování různých scénářů – tedy očekávaných trendů v oblasti elektromobility s různou rychlostí jejího rozšiřování, využití lehkých dopravních prostředků LMT a strategie degrese – zjistila, že vzhledem k dostupným materiálovým zdrojům by byl proveditelný pouze scénář degrese, tedy zastavení růstu, které by znamenalo omezení potřeb dopravy a mobility obecně.
Degresivní růst je scénář, který představuje nejmenší tlak na zdroje, nicméně by vyžadoval zavedení politických, ekonomických a kulturních změn na celém světě. Ze všech simulovaných scénářů je nicméně jediný, který je v souladu se snížením emisí skleníkových plynů, požadovaným globálními mezinárodními cíli, a přitom přináší menší tlak na potřebu surovin.
Šest materiálů (měď, kobalt, lithium, mangan, nikl a grafit) ze sedmi (vyjma hliníku), které byly ve studii Locomotion analyzovány, překračuje alespoň v jednom ze scénářů úroveň současných zásob s výjimkou scénáře degrese. Naopak vysoká míra rozvoje elektromobility vytvoří větší tlak na materiální zdroje, přičemž také poptávka ze strany ostatních odvětví ekonomiky se bude vyvíjet podobně.
„Scénář degrese je jediný, který zároveň naplňuje cíl dekarbonizace, vyžadovaný globálními mezinárodními cíli snižování emisí skleníkových plynů, a je v zásadě slučitelný se současnými materiálovými možnostmi. Nicméně i v tomto případě by byly současné zásoby mědi, kobaltu, manganu a niklu do roku 2050 vyčerpány. Je proto zapotřebí další výzkum, který by prozkoumal vývoj scénáře degresivního růstu v globální dopravě a dalších relevantních materiálově náročných odvětvích, který by byl plně v souladu s dostupnými materiálovými zdroji,“ uvedl výzkumný pracovník skupiny GEEDS-UVa Iñigo Capellán-Pérez.
Z hlediska energetické analýzy studie Locomotion doporučuje upřednostnit způsoby dopravy využívající elektromobily s vyšší energetickou návratností, jako jsou sdílená a veřejná doprava.
Nejvyšší představitel skupiny Renault Luca de Meo při setkání s novináři organizace AutoBest nedávno řekl: „Skutečným problémem elektromobility se během následujících 10 až 15 let stane nedostatek surovin. Proto namísto výroby aut s obrovským dojezdem na jedno nabití bude důležitější nalezení správné rovnováhy mezi potřebami zákazníků a velikostí akumulátorů. Nikdo, kromě řidičů kamionů, normálně nejezdí víc než 300 až 350 kilometrů bez zastávky. Proto je i z hlediska ochrany životního prostředí správné používat v elektromobilech co možná nejmenší akumulátory. A čím lepší bude infrastruktura, tím menší akumulátory budeme potřebovat, a čím menší akumulátory budeme používat, tím budou elektromobily levnější i dostupnější a budou se snáz recyklovat. U Renaultu intenzivně pracujeme na renovaci akumulátorů a recyklaci materiálů. S výjimkou Tesly jsme totiž první výrobce, k němuž se začaly akumulátory vracet zpět, protože jsme s výrobou elektromobilů začali dřív než ostatní.“
Snahu Evropské unie o zajištění nejekologičtějších a nejetičtějších akumulátorů pro elektromobily lze jen vítat. Otázkou ovšem je, zda je reálné všechny uvedené požadavky splnit, aby se v roce 2027 mimo hru nedostala nejen auta se spalovacími motory v důsledku emisního standardu Euro 7/VII, ale také elektromobily, protože pro ně nebudou k dispozici akumulátory plnící legislativu EU. Přitom vytvoření potřebných podmínek není v rukou automobilového průmyslu.
Autoweek.cz/AutoTablet.cz
článek napsal pro magazín Český autoprůmysl
