Производство литий-ионных аккумуляторов: климатическая катастрофа?

Синоним понятия «электромобиль» — чистый транспорт. Мы сегодня рассуждаем о декарбонизации транспортного сектора, подразумевая, что распространение электромобилей очистит наши города (да и сельские районы, разумеется) от вредных выбросов. Однако, как говорится, есть нюанс.

Шведский институт исследований в области окружающей среды (Swedish Environmental Research Institute) опубликовал мета-исследование, проведенное по заказу Шведского энергетического агентства и Шведского управления транспортом. Доклад «Потребление энергии и выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла литий-ионных батарей» (Life Cycle energy consumption and greenhouse gas emissions from lithium-ion batteries) обобщает существующие в мире научные исследования, посвященные анализу энергопотребления и выбросов при производстве аккумуляторов для электромобилей на основе существующих сегодня технологий.

В докладе уделяется внимание выбросам в течение каждого этапа производства батарей, в том числе: добыча полезных ископаемых, переработка материалов, сборка компонентов и аккумулятора и т.д.

Отчет структурирован по следующим основным вопросам.

a) Насколько велики энергопотребление и выбросы парниковых газов, связанные с производством литий-ионных батарей?

Авторы отмечают, что результаты оценок варьируются в зависимости от множества факторов. На основе анализа опубликованных работ они выводят объем выбросов в СО2 эквиваленте примерно равный 150-200 кг на киловатт-час емкости аккумулятора. Энергопотребление для производства аккумуляторов оценивается в 350-650 МДж/кВт*ч.

b) Насколько велики выбросы парниковых газов, связанные с различными этапами производства, включая добычу, переработку и сборку / производство?

Добыча и переработка материалов вносят сравнительно небольшой вклад в жизненный цикл батареи. Также он почти не зависит от химического состава аккумуляторов (NMC, LFP или LMO). Наибольшая часть выбросов — около 50% — возникает в процессе производства батареи (в том числе элементов). Исследователи указывают на значительные расхождения данных в разных исследованиях, когда речь идет об оценке того или иного этапа производства и отсутствие прозрачности. Если говорить о компонентах аккумулятора, электроды, по-видимому, вносят основной вклад в энергопотребление. Оценка влияния большинства других компонентов различается в зависимости от того или иного исследования, но электроника, похоже, вносит основной вклад.

c) Какие существуют различия в выбросах парниковых газов между различными производственными площадками?

Структура генерации электроэнергии в регионе, где расположено предприятие, очень сильно влияет на общий результат. Это связано с тем, что производство является значительной частью жизненного цикла, а большая часть энергии, затрачиваемой в производстве — это электричество.

В Исследовании также содержится вывод, что объем выбросов (вероятно) растет «почти линейно» с ростом размера литий-ионного аккумулятора. То есть практически нет удельного снижения выбросов при росте размеров.

Кроме того, в Докладе значительное место уделено вопросам повторного использования батарей и их переработке.

Итак, цифры выбросов парниковых газов в производстве литий-ионных аккумуляторов, приведенные шведскими специалистами, действительно очень велики. Это дало возможность некоторым журналистам говорить о том, что еще до выхода с конвейера электромобиль Тесла эмитирует столько парниковых газов, сколько автомобиль с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) выбросит за 8 лет эксплуатации.

Я не зря выделил в начале: данный доклад шведских исследователей — это мета-исследование, а не аналитика. То есть здесь собраны и статистически обобщены данные по выбросам из разных исследований, но каких-либо сравнений с выбросами в других отраслях (в том числе секторах автомобилестроения) здесь не приводятся.

Приведенное журналистское сравнение, как бы дополняющее выводы доклада, совсем неудачно, поскольку сопоставляет выбросы не в течение всего жизненного цикла разных типов транспортных средств, а одну часть жизненного цикла электромобилей (производство литий-ионных аккумуляторов) с другой частью жизненного цикла автомобилей ДВС (эксплуатация).

Однако, производство автомобилей с ДВС также связано с выбросами. В автомобиле ДВС в три раза больше компонентов, чем в электромобиле. Их также надо произвести, затратив энергию.

Да, хорошо известно, что на сегодняшний день выбросы в процессе производства электромобилей выше, чем в традиционном автомобилестроении — именно в связи с высоким объемом эмиссии парниковых газов при производстве аккумуляторов. Например, в работе американского Союза обеспокоенных ученых (Union of Concerned Scientists — UCS) «Чистые автомобили от колыбели до могилы» сравнивается как раз полный жизненный цикл машин. По оценке UCS, выбросы при производстве малого электромобиля с 84-мильным пробегом на 15% выше, чем при создании «эквивалентного» автомобиля с ДВС. Если брать крупный электромобиль с большим блоком аккумуляторов и пробегом на одной зарядке в 250 миль, разница составит уже 68%. При этом, как отмечает UCS, в процессе эксплуатации эта разница быстро компенсируется. Для малого электромобиля чуть ли не за шесть месяцев.

Более того, исследование UCS текущего года, основанное на обновленных официальных данных о выбросах в энергетике США, показывает, что электромобиль стал (с точки зрения его жизненного цикла) еще чище.

Здесь мы подошли к развязке, к ключевому моменту. Посмотрите на следующую таблицу.

В Швеции (а мы начали разговор со шведского исследования, из которого взята это таблица) удельные выбросы парниковых газов при производстве аккумуляторов практически отсутствуют. Здесь почти вся электроэнергия производится ГЭС и АЭС. В странах же, которые опираются на угольную энергетику – Китае, Индии, Польше — удельные выбросы в десятки раз выше.

Поскольку значительная часть литий-ионных батарей производится в Юго-восточной Азии, среднемировая картина может выглядеть, действительно, хуже, чем в США, на чьих данных строит свои исследования UCS.

Также хотелось бы обратить внимание на необходимость учета каждой производственной площадки в отдельности, поскольку средняя по той или иной стране структура генерации может дать лишь грубо-предварительную оценку выбросов. Например, если гигафабрика Тесла будет действительно работать исключительно на солнечной энергии, как обещалось, то и удельные выбросы при производстве аккумуляторов будут крайне низки.

Вывод из всего этого хорошо известен и даже банален. Развитие электротранспорта должно идти рука об руку с развитием возобновляемой энергетики, что, собственно, сегодня и происходит. Очищение структуры генерации неизбежно ведет к снижению углеродного следа производства чего бы то ни было, в том числе и литий-ионных аккумуляторов.