Bateriový průmysl: Evropa vystrkuje růžky

31. 3. 2022 / Ve švédském městě Skellefteå sjely z výrobní linky první baterie s evropským rodokmenem. Do roku 2030 by chtěl jejich výrobce, firma Northvolt, pokrýt 25 procent evropského trhu. Sofistikovaná produkce si vyžádá pracovní sílu se specifickými kompetencemi. Podíl na identifikaci hlavních technologických trendů v oblasti baterií a s tím souvisejících potřeb školení a vzdělávání má evropský projekt ALBATTS, jehož členem je i AutoSAP.

Na přelomu roku sjely z výrobních linek švédské firmy Northvolt první baterie pro elektromobily. Na tom by ještě nebylo nic tak přelomového, vždyť baterie pro elektromobily se již roky v Evropě vyrábějí a pro příklad nemusíme chodit ani daleko za hranice – viz například „gigatovárna“ LG Energy Solution v Polsku. Průlomové je, že se jedná o první čistě evropský projekt a nikoliv o výrobu zaběhnutého hráče se sídlem v Číně či Jižní Koreji.

Střelba na pohyblivý terč

„Je to jako pokládat koleje těsně před jedoucím vlakem,” popisuje Peter Carlsson, zakladatel a CEO Northvolt, výzvy spojené s hektickou výstavbou gigatovárny uprostřed lesů subarktického Švédska, nedaleko městečka Skellefteå. Přeprava a instalace obřích zásobníků na míchání aktivních materiálů na výrobu elektrod, komplikace s dodávkami a instalací výrobního zařízení, šibeniční termíny a všudypřítomný mráz nebo naopak bláto…

Do toho je třeba držet krok s nejmodernějšími technologiemi týkajícími se baterií i jejich výroby, které se posouvají dopředu doslova každý den. Současně musí být produkce v souladu s místními i evropskými předpisy, které radikálně mění aktuálně projednávaný návrh nařízení EU o bateriích a odpadních bateriích. Je to jistě docela jiná zkušenost, než když Carlsson jako jeden z top manažerů majících na starost produkt a nákup pomáhal Elonu Muskovi, zakladateli Tesly, rozjet jeho první „gigatovárnu“ ve vyprahlé kamenité pustině v Nevadě.

První vyrobená baterie je prizmatického tvaru. Předpokládá se, že obsahu je lithium iontovou NMC technologii s vylepšenými parametry. Vyrábět se mají také cylindrické baterie, které využívá například Tesla. Foto: Northvolt

Za baterie zelenější

Výzvy před Carlssonem a jeho týmem jsou jasné: postavit továrnu, která bude schopna cenou a parametry konkurovat zaběhlým, zejména asijským výrobcům. Peter Carlsson si je vědom, že aby elektromobilita dávala smysl, musí být výroba i produkt výrazně „zelenější“. U baterií cílí na dosažení 97procentní recyklovatelnosti a o 80 procent nižší uhlíkové stopy baterií než jakou vykazuje konkurence.

Firma s parametry start‑upu, která na svých webových stránkách vítá návštěvníky hláškou „Make Oil History“, se chce právě vysokými standardy udržitelnosti a etiky odlišit od konkurence. Využívá energii z obnovitelných zdrojů z nedaleké hydroelektrárny, snaží se maximálně rekuperovat teplo a do roku 2030 chce polovinu baterií vyrábět ze surovin z recyklovaných článků. K tomu staví recyklační zařízení Revolt s cílovou roční kapacitou 4 GWh, které má být největší v Evropě a kde bude možné recyklovat také zmetky z výroby.

Dalším známým nešvarem výroby baterií je původ surovin, jako je kobalt. Často pocházejí z problémových zemí a jsou těženy za nepřijatelných podmínek, včetně dětské práce. I zde má Northvolt svoji cestu a veškeré suroviny plánuje nakupovat napřímo, bez prostředníků a za dodržování vysokých standardů etiky a udržitelnosti.

Northvolt číslo jedna

Northvolt Ett (tedy překladem ze švédštiny „Northvolt jedna“), je zatím největší projekt společnosti Northvolt, založené roku 2016, tedy rok po Carlssonově odchodu z Tesly. Společnost plánuje k roku 2024 rozjet dvě linky „Northvolt jedna“ s výrobní kapacitou 16 GWh. S pomocí dalších továren, které má v plánu vybudovat, chce Northvolt dosáhnout v roce 2030 výrobní kapacity 150 GWh a pokrývat 25 procent evropského trhu.

Výrobní haly „Northvolt jedna“ se skládají z takzvané „upstream“ výroby, která není nepodobná chemické nebo farmaceutické výrobě. Zde se, pod dohledem chemiků z kontrolní místnosti, míchají aktivní materiály na výrobu elektrod. Následuje „downstream“ výroba, kde dochází s pomocí vysoké automatizace a digitalizace ke kompletaci baterií. Některé výrobní fáze probíhají v „dry rooms“ nebo „clean rooms“ s bedlivě hlídanými a regulovanými hodnotami čistoty a vlhkosti vzduchu.


„Vysokými standardy udržitelnosti se chce Northvolt odlišit od konkurence.“

Závěrečnou fází výroby je takzvané formátování baterií, kde jsou baterie poprvé přivedeny k životu a ověřují se jejich kvalitativní parametry. Zmetky jdou do recyklace a kvalitní kusy zamíří k zákazníkům, jakou jsou značky BMW, Volkswagen, Volvo nebo Polestar, se kterými Northvolt podepsal kontrakty v hodnotě 30 miliard dolarů. K sestavování bateriových článků do takzvaných „battery packů“ včetně instalace BMS (Battery Management System), tedy elektroniky, která hlídá hlavní parametry nabíjení či vybíjení baterie včetně zajišťování správné teploty, dojde až přímo u automobilových výrobců.

Budoucí podoba „Northvolt jedna“ v blízkosti města Skellefteå na severu Švédska. Dále bylo oznámeno, že další obří továrna Northvolt, s výrobou baterií 50 GWh pro půl milionu vozů ročně, má do roku 2025 vyrůst na jihu Švédska poblíž Göteborgu, v přímém sousedství a ve spolupráci s firmou Volvo. Dalších až 60 GWh baterií má vyrábět nová gigatovárna Northvolt v severoněmeckém městě Heide. Vizualizace: Northvolt

 Ze zapadlého městečka pupkem světa

Město Skellefteå se nachází v severní, subarktické části Švédska, několik hodin jízdy autem z hlavního města Stockholmu. V současnosti má asi 35 tisíc obyvatel. Důvody, které vedly investory, mezi něž patří například Volkswagen, BMW, Goldman Sachs, držitel akcií Tesly Baillie Gifford či CEO Spotify Daniel Ek, jsou podobné jako při výběru jiných „gigatováren“ – maximální vstřícnost státu, regionu a místní radnice nebo kvalitní dopravní infrastruktura.

„Northvolt jedna“ leží 11 kilometrů od přístavu, z něhož se budou baterie rozvážet k zákazníkům po celém světě. Původně měla vést do přístavu železnice, tu ale možná v budoucnu nahradí projekt zásobování pomocí autonomních elektrických kamionů na oddělené silnici. Přepravované objemy skutečně nebudou zanedbatelné – při ročním objemu výroby 16 GWh na prvních dvou výrobních linkách se očekává roční produkce 85 tisíc tun lithium‑iontových baterií. Při dosažení plných výrobních kapacit v roce 2025 by mělo u závodu naložit či vyložit materiál a zboží asi 900 kamionů denně, tedy jeden každé čtyři minuty.

Dalšími parametry pro výběr lokality byly dostatečná rozloha parcely pro výstavbu továrny (s předpokladem jejího dalšího rozšiřování), existence obnovitelných zdrojů energie a v neposlední řadě také kvalifikovaná pracovní síla.

Předpokládané objemy potřebných surovin - Northvolt
(2 výrobní linky, 16 GWh)

Surovina

Denní potřeba (tuny)

Roční potřeba (tuny)

Kobalt

8

2 920

Monohydrát hydroxidu lithného

51

18 615

Grafit

83

30 295

Nikl (elementární)

64

23 360

Poniklovaná ocel

40

14 600

Hliníková fólie

11

4 015

Měděná fólie

24

8 760

Kyselina sírová

107

39 055

N2 (bidusík)

67

24 455

O2

160

58 400

NaOH (Hydroxid sodný) nebo obdoba

219

79 935

Zdroj: Zpráva o posuzování dopadu na životní prostředí (EIA) / Northvolt

Je to všechno o lidech

„Northvolt jedna“ má zatím 500 zaměstnanců 56 národností, při dosažení plné kapacity by tady měly pracovat tři tisícovky lidí. Northvolt dále provozuje výzkumné a vývojové centrum ve Västerås ve středním Švédsku nedaleko Stockholmu, kde probíhá i pilotní výroba v malém měřítku. Výrobu a kompletaci baterií pro stacionární využití v průmyslu a domácnostech, a to i s vlastním centrem výzkumu a vývoje, má společnost v polském Gdaňsku.

Northvolt vede masivní náborovou kampaň, kterou získává manažery, inženýry, vědce, kvalitáře i pracovníky do výroby z celého světa. Cení se zkušenosti například z chemického nebo farmaceutického průmyslu pro „upstream“ a ze zpracovatelského průmyslu včetně papírenského nebo automobilového pro „downstream“ výrobu. Ve spolupráci s místními a národními autoritami přeškoluje zaměstnance, spolupracuje s místními vzdělávacími institucemi a univerzitami. Mezi nedostatkové kompetence patří například elektrochemie, elektronika, mechanika, procesní inženýrství a technologie výroby.


„V EU vzniknou miliony nových pracovních pozic.“

V souvislosti s rozvojem elektromobility se v Evropské unii v rámci celého hodnotového řetězce baterií předpokládá vznik několika milionů pracovních pozic. Stovky tisíc pracovníků z jiných odvětví bude třeba přeškolit. Northvolt je stejně jako Sdružení automobilového průmyslu členem evropského projektu ALBATTS (viz box), v jehož rámci probíhá identifikace trendů v celém hodnotovém řetězci baterií a budoucích potřebných kompetencí. Aby získal představu, jaké pracovní pozice a kompetence budou potřeba, provedl Northvolt analýzu pracovních inzerátů, kterou před lety v souvislosti s výstavbou „gigatovárny jedna“ v Nevadě publikovala Tesla.

Bateriové technologie budoucnosti
TechnologiePopisVýzvy, které je třeba překonat
Lithium-ionV současnosti dominantní
Katoda: nejčastější oxidy NMC (nikl, mangan, kobalt, oxidy hliníku) nebo LFP (lithium, železo, fosfát)
Anoda: grafit, příp. silikon
Omezená kapacita a životnost
Bezpečnost - elektrolyt je hořlavý (možné řešení: pevný elektrolyt - ve vývoji)
Váha a objem
Lithium-síraMožná větší kapacita baterií, možnost 100% vybití bez negativních následků
Neobsahují tolik těžkých kovů, síru lze použít i z recyklovaných materiálů
Vydrží déle bez potřeby nabití
Omezená životnost
Nižší vodivost elektrod, nižší stabilita při vyšších teplotách
Sodík-ionNižší cena než u lithium-iontových - sodík je čtvrtý nejvíce zastoupený prvek na planetě
Jinak fungují podobně jako lithium-iontové
Omezená životnost
Sodík má větší částice než lithium, z toho vyplývají nekteré horší parametry
Nižší kapacita než dnešní lithium-iontové baterie
Kov-vzduchRůzné varianty, apř. lithium-vzduch, hliník-vzduch, zinek-vzduch, magnesium-vzduch, sodík-vzduchVysoký vnitřní odpor baterií, omezená životnost
Strukturální baterieBaterie jako součást konstrukce auta či budovy
Výhodou jsou úspory na prostoru a hmotnosti
Vysoké náklady
Potřeba použít pevný elektrolyt
Omezená životnost
Složitě realizovatelný BMS (Battery Management System)
Superkondenzátory a ultrakondenzátoryFungují na odlišném principu než baterie
Umožňují pojmout a vydat značné množství energie v krátkém čase
Problémy technického charakteru
Palivové článkyPomocí hydrolýzy "naruby" mění chemickou energii na elektrickou
Vysoká energetický hustota
Možnost využití např. v nákladní či autobusové dopravě
Vysoké náklady, bezpečnost
Zdroj: Report R&D and Technological Perspectives for the Battery Sector / ALBATTS
Jako sněhová koule

Northvolt se o kvalifikované pracovníky bude muset přetahovat s řadou dodavatelů, které gigatovárna do regionu přiláká. Velikost továrny umožňuje Northvoltu diktovat si podmínky, včetně lokalizace dodavatelů v blízkosti výroby. V oblasti vyrostou výrobní závody firem jako jihokorejský Donjin Sweden (anody), čínský Kedali Sweden (bateriová pouzdra) nebo australský Ecograf (grafit). Ve středním Švédsku bude továrna čínské firmy Senior Technology Material (sepáratory). V regionu Vaasa v sousedním Finsku, naproti Skellefteå přes Botnický záliv, mají vyrůst výrobní kapacity finské společnosti Grafintec (grafit) a indické společnosti Epsilon Advanced Materials (anody). Pokud vše půjde podle plánů, přidá se brzy region k rostoucím evropským bateriovým hubům, jako jsou Maďarsko nebo v Německu oblasti Berlín‑Brandenburg, Wolfsburg‑Hannover a Kaiserslautern/ Stuttgart.


O projektu ALBATTS

Do projektu ALBATTS (The Alliance for Batteries Technology, Training and Skills) je zapojeno 20 partnerů z 10 evropských zemí. Projekt analyzuje celý hodnotový řetězec baterií od těžby a zpracování nerostných surovin přes výrobu baterií a bateriových packů, aplikace baterií v mobilních zařízeních (silniční vozidla, lodě, vlaky, letadla, drony, kola, koloběžky apod.) i stacionárních zařízeních (úložiště energie) až po druhý život baterií a jejich recyklaci. Pomocí analýz, webinářů a dotazníkových šetření identifikuje hlavní technologické trendy v oblasti baterií, potřeby průmyslu a existující nabídku vzdělávaní a navrhuje úpravy vzdělávacích systémů s cílem zajistit budoucí konkurenceschopnost EU, zejména s ohledem na nástup e‑mobility. AutoSAP v rámci projektu ALBATTS vede pracovní skupinu WP5 zabývající se použitím baterií v mobilních aplikacích.

Více informací na www.project‑albatts.eu

Program je spolufinancován z programu Evropské unie Erasmus+


Lukáš Folbrecht

článek byl publikován v časopisu Český autoprůmysl