CENY LITHIOVÝCH BATERIÍ MAJÍ KLESAT I PŘES ROSTOUCÍ CENU MATERIÁLU
Že budoucnost je v bateriích, slýcháváme dnes často. Je pravdou, že dnes se bez nich už neobejdeme a výhledy tohoto způsobu skladování elektřiny jsou růžové. Postaral by se o to sám o sobě rozmach spotřební elektroniky, zvláště té, kterou můžeme nosit s sebou. Ovšem v posledních několika letech také sílí hlasy, že baterie přinesou změnu i do velké energetiky a dopravy. Skeptici ovšem říkají, že ceny jsou stále příliš vysoké. Tak jak to s nimi dnes vypadá?
Agentura Bloomberg vydala na přelomu roku výsledky dotazníkového průzkumu mezi 50 největšími výrobci (tedy ne zrovna exaktní metody, protože ne všichni výrobci jsou sdílní, ale lepší nemáme) a dospěla k závěru, že cena Li-Ion baterií pro elektromobily během roku 2017 klesla zhruba o čtvrtinu. Jejich cena se nyní pohybuje zhruba na 210 dolarech za kilowatthodinu (kWh), tedy zhruba 4 500 Kč/kWh. V roce 2016 byla v průzkumu podle stejné metodiky průměrná cena zhruba 270 dolarů za kWh (tedy zhruba 5 600 Kč). Během této dekády se tedy cena baterií pro elektrické vozy snížila zhruba pětinásobně. Dodejme ihned, že to není úplně férové srovnání, protože v té době trh s automobilovými bateriemi prakticky neexistoval. Ceny tedy měly opravdu odkud klesat a nabídka byla neobyčejně omezená a ceny velmi nadsazené.
Prakticky analogický příklad můžeme dnes vidět v oblasti stavby stacionárních úložišť, tedy jednoduše řečeno baterií pro použití v rozvodné síti, podnicích a domácnostech. Ty používají téměř stejnou technologii jako baterie pro elektromobily, ale podle stejného průzkumu si zájemci o taková úložiště musí připlatit za stejnou kapacitu zhruba o 50 % více než zákazníci kupující automobilové články. Dá se očekávat, že v tomto segmentu půjdou ceny poměrně výrazně dolů s tím, jak se bude navyšovat nabídka ze strany výrobců v souvislosti s nárůstem výrobních kapacit.
V oboru stacionárních úložišť tedy lze očekávat rychlejší pokles cen než u automobilových baterií. Zmíněný Bloomberg na základě svých údajů odhaduje, že v letošním roce bude cena baterií klesat i nadále, ale zhruba o pouhých 10–15 %. Cenu bude zřejmě tlačit dolů jak další nárůst výrobních kapacit (s velkým otazníkem nad tím, jak moc se „rozjede“ Gigafactory Panasonicu a Tesly), což byla v posledních letech hlavní příčina rychlého pádu cen. Obecně se sice očekává, že nabídka bude i nadále převyšovat nad poptávkou, ale situace už není tak nevyvážená a konkurence tedy snad bude přispívat k dalšímu poklesu cen.
Příznivý vliv na cenu za 1 kWh bude mít nárůst kapacity, který se v posledních letech pohyboval zhruba kolem 5 % ročně. To hrálo podstatně menší roli než nárůst výrobních kapacit, ale z dlouhodobého hlediska je to stále velmi významný trend.
O CO PODRAŽÍ? O STRACH
Na druhou stranu zřejmě budou působit ceny nerostných surovin. O nárůstu ceny lithia, respektive uhličitanu lithného, na světových trzích se hojně mluvilo v souvislosti s „kauzou“ možné těžby v Krušných horách. Ceny vyrostla zhruba o čtvrtinu a podle některých odhadů poroste i nadále, byť situace rozhodně není zcela jasná a vývoj nejistý.
Ještě větší pozornost na sebe strhl nárůst cen kobaltu, jehož cena se meziročně zvýšila podle průzkumů trhu zhruba o 130 %. Kobalt se používá v katodě baterií, obvykle v kombinaci s niklem a manganem (běžně se označuje jako NMC). Jeho použití a postupné vylepšování jsou jedním z důvodů, proč kapacita baterií v posledních letech roste.
Kobalt zřejmě není nenahraditelný a navíc se v bateriích používá v poměrně malých množstvích. Něco podobného platí i o lithiu – tento kov tvoří zhruba sedminu hmotnosti celé výsledné baterie pro elektromobil (údaj se může o nějaké procento lišit podle typu a výrobce). Na výslednou cenu mají tedy výraznější dopad jiné faktory, třeba právě zvyšující se objem výroby. Odhady analytiků říkají, že zhruba zdvojnásobení ceny kobaltu a lithia by ceny baterií zvýšilo zhruba o 10, respektive 8 %. Jinými slovy řečeno, zdražení surovin by snad nemuselo vést k zastavení trendu poklesu ceny celých baterií, ale rozhodně z něj může ukrojit.
Snad by se ale mohlo jednat o krátkodobý výkyv. O nové těžbě lithia se při dnešních cenách a předpokládané vysoké poptávce v budoucnosti samozřejmě uvažuje na celé řadě lokalit, nejen v Krušných horách. Jeho geologické zásoby jsou značné, navíc šlo o kov zatím využívaný jen málo, takže ložiska se dají najít i v tradičních těžařských lokalitách (např. i v Austrálii, která je těžařskou velmocí a těžařská lobby je tam velmi silná).
| V posledních několika letech také sílí hlasy, že baterie přinesou změnu i do velké energetiky a dopravy. |
Kobalt se většinou získává jako vedlejší produkt těžby mědi a niklu, a příliš velká poptávka po něm nikdy nebyla. V roce 2015 například byl na trhu přebytek, který vedl k rychlému poklesu cen, nyní je to naopak. Navíc má tu „smůlu“, že velká část dodávek – zhruba polovina celosvětové produkce – pochází z Demokratické republiky Kongo, kterou všichni právem považují za velmi nestabilní, a dodávky tedy za nejisté. Africká země v roce 2016 vyprodukovala 66 tisíc t, druhá Čína 7 700 t.
Nejistota kolem hlavního producenta se samozřejmě promítá do ceny a nahrává spekulacím. Ale s růstem ceny už se uvažuje o produkci i na jiných místech, především v lomech, kde představuje malou příměs v těženém materiálu, a zatím se ho tedy nevyplácelo z rudy oddělovat, například právě v Číně. Průzkum se provádí například i v Chile a dalších zemích. Do cen by mohlo promluvit i rozšíření recyklace, ale ta se zatím z technologických důvodů příliš nedaří. Stejně jako v případě lithia tedy rozhodně v dohledné době nehrozí, že by nám kobalt (či lépe řečeno jeho snadno dostupné zásoby) došel.
KDY ELEKTROMOBILY DOŽENOU KLASICKÉ AUTOMOBILY?
Pokud by pokračoval současný trend, zhruba do deseti let a možná o nějaký ten rok dříve by se baterie pro elektromobily snad mohly dostat na ceny kolem 100 dolarů za kWh, tedy zhruba 2 100 korun za kWh. To je dnes nová meta, která má symbolicky určovat okamžik, kdy se elektromobily stanou zhruba konkurenceschopnými s běžnými vozy na rozvinutých trzích. Není to zcela rovná soutěž, protože ceny klasických automobilů tlačí vzhůru požadavky na snižování emisí, ale to nechejme stranou.
Při této ceně baterií (je to cena za hotový „pack“, ne samotné články) by „nádrž“ pro elektromobil s dojezdem kolem 500 km, se kterým by už řidiči nemuseli mít obavy, že nedojedou, mohla stát zhruba 10 tisíc dolarů, tedy něco přes 200 tisíc korun. Vzhledem k úsporám na jiných systémech by tak měly být k dispozici automobily, které v ceně za 1 km během životnosti nabídnou uživatelům s velkým nájezdem výraznou úsporu. Minimálně do té doby budou elektromobily téměř určitě pouze okrajovým zbožím a už jen kvůli ceně baterií (a řadě jiných faktorů jako charakteru rozvodné sítě, slábnutí střední třídy atd.) ještě dlouho nebudou na silnicích převládat.
Ještě pozvolnější bude patrně vývoj v prodeji velkých bateriových úložišť. První velká úložiště se zatím stavějí a zkušenosti se sbírají. Některé zprávy jsou pozitivní: například na přelomu roku dokončený projekt 100MW stacionární baterie firmy Tesla u větrného parku Hornsdale v Austrálii funguje podle slibů výrobce s celkovou efektivitou cyklu kolem 80 % a dostatečně rychlou odezvou.
Letos se očekává prodej stacionárních úložišť s celkovou kapacitou zhruba jednotek GWh. Velká část by se měla prodat v Jižní Koreji, kde v současnosti platí státní pobídka na konstrukci velkých obnovitelných zdrojů svázaných s bateriemi. Všude jinde bude nástup jen pomalý a postupný – pokud k němu vůbec dojde.
Využití baterií v síti rozřeší politická rozhodnutí, a v tuto chvíli vlastně není jasné, jaké politické klima je a bude. Nezdá se ovšem, že by si veřejnost a politici uvědomovali, či spíše, že by chtěli veřejně mluvit o tom, jak gigantický úkol by přechod na obnovitelné zdroje zálohované bateriemi představoval. Ceny baterií jsou pro masové síťové využití stále ještě příliš vysoké, a byť evidentně mají kam padat, očekávat v tomto segmentu rychlý rozvoj, a s ním i nějaký velmi rychlý pád cen, je asi příliš optimistické.
PEVNÉ ELEKTROLYTY ŘEŠENÍM?
Pokud se elektromobily jednou skutečně stanou nejrozšířenějším typem automobilů na silnicích, bude to nejspíše v řádu několika desetiletí a dost možná s poněkud jiným typem baterií, než jaké se používají dnes.
Lithium je z hlediska svých vlastností nepochybně velmi vhodný základ, ale není dokonalé. A změnit by se – a to možná rychleji – mohl i elektrolyt, tedy materiál přenášející náboj mezi elektrodami.
V dnes prakticky nasazených a také připravených lithiových bateriích se používají především baterie s tekutými elektrolyty. Mají své jasné nevýhody, například mnohokrát zmiňovanou bezpečnost (tedy sklon hořet). Výrobci se s tímto problémem potýkají a některé společnosti, například česká HE3DA, se pokoušejí prorazit především s bezpečnějšími (či alespoň údajně bezpečnějšími) bateriemi.
Celá řada odborníků ovšem sází na to, že problém by mohl vyřešit přechod k pevným elektrolytům, které neobsahují žádné hořlavé látky. Pevné elektrolyty totiž tvoří například různá skla či krystalické látky. Existuje jich celá řada typů a v některých typech baterií se používají, ale pro ty nejvýkonnější – tedy Li-Ion baterie – nejsou vhodné pevné elektrolyty vůbec k dispozici. Základní potíž tkví v tom, že ionty mřížkou pevných materiálů putují příliš pomalu a elektrolyt tedy trpí nízkou vodivostí. A pokud ne, jde o materiály tak exotické a drahé, že v praxi si jejich využití nikdo nedokáže představit.
Teoreticky je to přitom velmi slibná možnost. Správné pevné elektrolyty by mohly umožnit zvýšit kapacitu a snížit hmotnost na hodnoty nižší, než si dokážeme dnes představit u lithiových baterií s tekutými elektrolyty. Navíc by se daly pevné elektrolyty kombinovat s použitím hořčíku v bateriích místo lithia; a hořčík je pro baterie ještě vhodnější materiál než lithium.
Vědecká pozornost se k tomuto oboru tedy upíná stále intenzivněji a dnes v oboru základního výzkumu kolem baterií pevné elektrolyty představují jeden z „nejmódnějších“ oborů. Přispívá k tomu i skutečnost, že dokážeme stále lépe modelovat chování pevných látek a možné vhodné elektrolyty zkoušet a obměňovat alespoň v první fázi virtuálně – a tedy podstatně levněji – na počítači.