Ekonomika baterií

Ceny za kWh různých bateriových technologií, hustotu energie a ceny za kWh na počet cyklů jsme čerpali z bakalářské práce “Základní technologie baterií a jejich technologické zhodnocení”.Pro tuto metodu sbírání dat jsme se rozhodli z důvodu složitého, místy i nemožného získávání relevantních informací o jednotlivých bateriových technologiích. V práci bylo hodnocení jednotlivých technologií řešeno proporčně, kdy nejlepší technologie pro danou hodnocenou oblast byla hodnocena 5 body a zbylé technologie byly hodnoceny proporčně vůči nejlepší technologii. 

Olověné baterie

Jedná se o nejstarší posuzovaný technologický proud. Uplatnění zejména v autobateriích a UPS. Hlavní výhodou jsou nízké bezpečnostní nároky a relativně nízké samovybíjení. Nevýhodami jsou vysoké nároky na údržbu a pomalé nabíjení. 

Niklové baterie

Předchůdce lithiových baterií. Z počátku silně toxické články, později došlo k výraznému zlepšení díky použití vhodnějších materiálů. Využití v armádě pro svoji robustnost. 

Lithiové baterie

V dnešní době nejdominantnější technologický proud. Hlavní oblast působnosti je zejména v mobilních aplikacích. Oproti niklovým bateriím mají články vyšší nominální napětí a nižší hmotnost, tudíž mají vyšší energetickou hustotu na 1 kg. 

VRB

VRB (Vanadium redox battery) jsou průtokové bateriové články, které jsou specifické vysokou cyklovatelností za cenu nízké energetické hustoty na 1 kg. Využití nacházejí zejména ve velkých stacionárních úložištích. 

Hustota energie

Na druhém místě byly niklové technologie, u kterých docházelo k hodnocení na intervalu mezi 1,5 a 2,3 následované olověnou technologií s hodnocením 1,0 a technologií VRB s hodnocením 0,4. 

Cena za kWh

Cena za kWh v podstatě korelovala s hustotou energie jednotlivých bateriových technologií. Bylo zjištěno, že v průměru nejlépe dopadly opět lithiové baterie s hodnocením 4,8, avšak nejlepšího výsledku dosáhla nikl-kadmiová baterie s hodnocením 5,0. Olověné baterie s technologií VRB dopadly opět v porovnáních nejhůře s hodnocením 3,2 pro olověné baterie a s hodnocením 2,9 pro VRB. 

Cena za kWh a počet cyklů

Oproti kategorii “Ceny za kWh” došlo při uvažování počtu cyklů k diametrálně odlišným výsledkům. Bylo zjištěno, že v tomto hodnocení dopadla nejlépe bateriová technologie VRB, která měla hodnocení 5,0 a oproti ostatním technologiím dopadla o tolik lépe, že lithiové technologie měly hodnocení pouze 0,4 až 1,5, niklové technologie 0,1 až 0,4 a olověná technologie pouze 0,1. 

 Při posouzení těchto parametrů jsme došli k závěru, že pro aplikace, ve kterých je potřeba co největší hustota energie (např. Elektromobilní aplikace), je nejlepší variantou lithiová technologie i za cenu vyšší ceny vůči počtu cyklů. Naopak pro aplikace, ve kterých si investor může dovolit “plýtvat” prostorem (např. Stacionární úložiště), je nejlepší variantou technologie VRB. 

Trh s recyklací baterií

Ačkoliv se to na první pohled nemusí jevit, recyklační trh v odvětví akumulátorů a baterií poměrně rychle roste. Tím se z recyklování stává poměrně výnosné podnikání, do kterého vstupuje velké množství firem. 

Důvod neustálého nárůstu recyklačního trhu je velmi jednoduchý a intuitivní. Neustále totiž přibývá zařízení, které v sobě obsahují baterie, ať už to jsou telefony, nositelná elektronika nebo akumulátorové nářadí. V poslední době nejvíce hýbe trhem trend spojený s elektromobilitou. Baterie ve všech zařízeních však časem ztrácí nějaké procento ze své původní kapacity (pro představu výrobci baterií do elektromobilů uvádějí, že každý rok poklesne kapacita baterie o cca 2-3 %). Většina spotřebitelů řeší problém s poklesem kapacity tím, že baterii nahradí za novou, čímž dávají příležitost pro rozvoj recyklačního trhu. 

Co se obecných dat o trhu s recyklací baterií, tak v roce 2019 bylo k recyklaci určeno asi 450 000 tun použitých baterií. V témž roce byla hodnota tohoto trhu odhadnuta na 1,5 miliardy USD (asi 35 miliard CZK). Vzhledem k tomu, že nic nenaznačuje, že by se rozvoj elektromobility měl zpomalovat, odhady počítají s tím, že hodnota tohoto trhu vzroste do roku 2025 až na 12,2 miliardy USD (cca 280 miliard CZK). Poté se růst trochu ustálí na stabilní růst 8 % za rok. Trh s Li-Ion bateriemi však ještě dlouho nebude v rovnováze. Životnost baterií v elektromobilech je poměrně dlouhá, a tak se stále více baterií vyrábí, než je nutné recyklovat. Kromě toho je trh s bateriemi přímo závislý na trhu s elektrickými zařízeními a elektromobily, takže nejprve se musí ustálit tyto trhy a až potom může dojít k ustálení recyklačního trhu. 

Kromě recyklace baterií je ještě možné jim poskytnout tzv. druhý život. Ten spočívá v tom, že použité baterie z elektromobilů se nijak zásadněji neupravují a opět se vrátí do oběhu například jako bateriový systém pro domácnosti. Některé firmy (mezi nimiž se nachází například Tesla) tento směr poměrně silně razí, ale obecně je toto řešení spíše kritizováno. Problém vidí odborníci hlavně v tom, že baterie do elektromobilů musejí být velice malé a mít vysokou energetickou hustotu. Proto v nich je využito velké množství drahého kobaltu. Naopak baterie v domácnostech nemusejí být ani zdaleka tak malé, a tak se ve své podstatě jedná o plýtvání materiálem. Proto se obecně více preferuje recyklování baterií. 

V souvislosti s bateriemi se mohou recyklovat v zásadě 3 různé materiály: 

Prvním z těchto materiálů je nevyužitý katodový materiál. Na výrobu tohoto materiálu se používá nikl, mangan a kobalt. Tyto materiály jsou velice drahé. Výrobci baterií se tak snaží, aby o katodový materiál nepřicházeli, recyklují ho a opět ho využívají.  

Druhou možností je recyklace nevyužitých Li-Ion baterií. Jedná se o takové baterie, které byli vyrobeny, ale již delší dobu nebyly implementovány do žádného elektrického zařízení, a tak už přišli o část své kapacity. Většina výrobců tyto baterie pošle k recyklaci a požádá recyklátora o vrácení katodového materiálu.  

Posledním typem je recyklování již použité baterie. Tato možnost se pomalu rozšiřuje, ale v poměru k vyprodukovanému množství baterií se jich recykluje jen zanedbatelné množství. 

Na trhu můžeme najít dva druhy firem zaměřujících se na recyklaci. Prvním jsou společnosti, které recyklují i jiné materiály než baterie – mezi tyto společnosti řadíme například Belgickou Umicore Corp. nebo Švýcarskou Glencore. Jiné společnosti se zaměřují pouze na recyklaci Li-Ion baterií. Tato skupina se může ještě dál větvit například na takové, kteří recyklují jenom baterie pro elektromobily, apod… 

Logickou podmínkou pro fungování recyklační společnosti je získání materiálu k recyklaci. Na tomto trhu je tak velice důležité získat kontrakt s nějakým velkým producentem baterií, která bude dodávat recyklátorovi materiál a poté ho nejlépe i zpátky odkupovat. 

Náklady na rozklad baterií se hodně podobají nákladům na rozklad kyselin, protože využívají téměř stejná zařízení a téměř stejné postupy. Pokud bychom náklady vyčíslili, tak se pohybujeme v rozmezí 100–200 USD na metrickou tunu. Nejdůležitějšími součástmi baterií jsou pro recyklátora tzv. černá hmota (pod názvem černá hmota rozumíme směs oxidů niklu, manganu a kobaltu s uhlíkem), měď a hliník. Dle odborných odhadů lze tedy očekávat, že z jedné metrické tuny baterií se získá černou hmotu cca v hodnotě 300 USD a cenné kovy v hodnotě 500 USD. Z toho je tak možné alespoň přibližně odhadnout, jaký může mít recyklační společnost zisk z jedné metrické tuny baterií. 

Zdroje

MATOUŠ, Vojtěch, Základní technologie baterií a jejich ekonomické zhodnocení, Praha, ČVUT [2017] 
 
Anderson, D. L.: An evaluation of current and future costs for lithium ion batteries for use in electric vehicle powertrains. http://dukespace.lib.duke.edu/dspace/bitstream/handle/ 10161/1007/Li-Ion%20Battery%20Costs%20-%20Anderson%20-% 20MP%20Final.pdf;sequence=1, 5 2009