Raport „Bateryjny efekt domina” został przygotowany przez zespół ekspertów z RMI (Rocky Mountain Institute), niezależnej organizacji non-profit działającej na rzecz transformacji globalnego sektora energetycznego. Autorzy raportu to specjaliści w dziedzinie energii, transportu, klimatu i innych dziedzin powiązanych z rozwojem i wykorzystaniem baterii.
Celem raportu jest analiza gwałtownego wzrostu popytu na baterie i jego wpływu na różne sektory i kraje. Autorzy zwracają uwagę na ogromny potencjał baterii w transformacji sektora energetycznego i osiągnięciu celów klimatycznych. Raport ma również na celu identyfikację wyzwań i barier w rozwoju rynku baterii, aby ułatwić ich pokonanie i zapewnić zrównoważony rozwój tej technologii.
Autorzy raportu są zdania, że baterie mogą odegrać kluczową rolę w budowie czystej, prosperującej i zeroemisyjnej przyszłości dla wszystkich. Sam raport może być przyczynkiem do zainicjowania dyskusji i do mobilizacji działań na rzecz dalszego rozwoju i upowszechniania baterii trakcyjnych. Należy podkreślić, że opracowanie zostało napisane we współpracy z Bezos Earth Fund i Systems Change Lab. Wkład tych organizacji pozwolił na poszerzenie zakresu analizy i uwzględnienie różnych perspektyw w kwestii rozwoju i zastosowania baterii.
Wyzwania i bariery w rozwoju baterii
Popyt na baterie rośnie wykładniczo, napędzany efektem domina, obejmującym kraje i sektory. Baterie mogą zastąpić połowę globalnego zapotrzebowania na paliwa kopalne i ograniczyć emisje w transporcie i energetyce, prowadząc do bezemisyjnego systemu energetycznego.
Sprzedaż baterii podwaja się co 2-3 lata, zmierzając do sześcio- lub ośmiokrotnego wzrostu do 2030 r. – do 5,5-8 TWh rocznie. Wzrost ten napędza pętla sprzężenia zwrotnego, obniżając koszty i zwiększając jakość baterii. Przy każdym podwojeniu produkcji, koszty spadają o 19-29%, a gęstość energii w baterii rośnie o 7-18%. Do 2030 r. koszty ogniw mogą spaść do 32-54 USD/kWh, a gęstość energii wiodących baterii wzrosnąć do 600-800 Wh/kg.
Efekt domina obejmuje również sektory. Baterie, stosowane początkowo w elektronice użytkowej, motocyklach i autobusach, wkroczyły do samochodów, a teraz obejmują magazynowanie energii i transport ciężarowy. Ocenia się, że do 2030 r. znajdą zastosowanie w statkach i samolotach krótkodystansowych.
Nowe technologie bateryjne rozprzestrzeniają się również geograficznie. Chiny stały się branżowym liderem, a transformacja obejmuje Europę, USA, Azję Południowo-Wschodnią i Indie. Przewidywania wskazują, że budowa 400 gigafabryk na całym świecie zapewni produkcję 9 TWh baterii rocznie do 2030 r. – ponad 1 kWh na osobę. Już teraz wydatki na fabryki baterii przewyższyły te na fabryki słoneczne i wiatrowe, a do końca dekady rynek baterii będzie większy od obu z nich.
Szacuje się, że baterie mogą zastąpić 175 EJ w sektorze energii elektrycznej i 86 EJ w transporcie drogowym, zagrażając 23 EJ w żegludze i lotnictwie. Mogą obniżyć też globalne emisje o 22 GtCO2 rocznie, co stanowi ponad 60% emisji związanych z energią.
Co ważne, dostępne są wystarczające surowce do zrównoważonego pozyskania ich komponentów, a infrastruktura ładowania może zostać zbudowana wystarczająco szybko. Baterie rozwijają się dzięki firmom, rządom, naukowcom i obrońcom klimatu. Dalszy postęp wymaga kontynuacji wysiłków, niemniej tempo zmian zaskakuje samych ekspertów, gdyż baterie odgrywają kluczową rolę w transformacji energetycznej, a ich dalszy rozwój zapowiada fundamentalne zmiany w systemie energetycznym.
Gwałtowny wzrost baterii: gęstość energii, spadek kosztów i rosnący popyt
Baterie jako takie, istnieją od ponad 200 lat, ale dopiero niedawno stały się kluczową technologią w globalnym systemie energetycznym. Przez większość swojej historii były zbyt ciężkie, aby konkurować z silnikami spalinowymi. Dopiero w latach 70. XX wieku nastąpił znaczący wzrost gęstości energii skumulowanej w baterii.
W latach 90. na rynek weszły baterie litowo-jonowe, co wywołało rewolucję w elektronice użytkowej. Wraz ze wzrostem gęstości energii baterie stały się przydatne w transporcie, napędzając motocykle elektryczne, samochody osobowe i lekkie ciężarówki. Oczekuje się, że w przyszłości znajdą zastosowanie w ciężkich samochodach ciężarowych, a nawet w lotnictwie.
Spadek kosztów baterii był równie imponujący. Od 1991 roku ceny spadły o 19% przy każdym podwojeniu produkcji. To nie tylko poprawiło ekonomikę istniejących zastosowań, ale także umożliwiło wejście na rynek nowym sektorom.
Popyt na baterie rósł w średnim rocznym tempie 33% przez prawie trzy dekady. W 2010 roku baterie stały się opłacalną technologią na rynku transportowym, co doprowadziło do ponownego wzrostu rynku. Od 2014 roku popyt rośnie średnio o 41% rocznie, podwajając się co dwa lata.
Podaż baterii zareagowała na ten gwałtowny wzrost. Moce produkcyjne wzrosły 42-krotnie w ciągu ostatniej dekady, a roczne zamówienia na nowe fabryki są 18 razy większe niż pięć lat temu. Inwestycje w fabryki baterii są dziś znacznie wyższe niż w fabryki energii słonecznej i wiatrowej łącznie.
Wyzwaniem jest budowa wystarczającej liczby fabryk baterii, aby zaspokoić rosnący popyt. Firmy stają się coraz bardziej biegłe w ich budowaniu, a ich liczba ma wzrosnąć z 240 do ponad 400 do 2030 roku.
Gwałtowny wzrost baterii: wydobycie minerałów, innowacje i efekt domina
Baterie stały się kluczowym czynnikiem napędzającym popyt na minerały takie jak lit, kobalt i nikiel. Wydobycie tych pierwiastków gwałtownie rośnie, a nowe technologie (np. bezpośrednie wydobycie litu) przyciągają znaczne fundusze. Należy podkreślić, że baterie do pojazdów elektrycznych odpowiadają już za znaczną część globalnego zapotrzebowania na te minerały.
Co więcej, wzrost rynku baterii napędza również innowacje. Wydatki na badania i rozwój gęstości energii i kosztów baterii rosną, a liczba publikacji naukowych na ten temat wzrosła pięciokrotnie w ciągu ostatniej dekady. Tempo przełomowych odkryć technologicznych przyspiesza, a roczna liczba zgłoszeń patentowych dotyczących baterii rośnie o 15%.
Akumulator wysokonapięciowy dla platformy PPE. Fot. Audi
Efekt domina w dziedzinie baterii rozpoczął się od wspomnianej elektroniki, a następnie przeniósł się na pojazdy dwu- i trzykołowe, autobusy i samochody. Obecnie technologia akumulatorowa stanowi 50% sprzedaży pojazdów dwu- i trzykołowych oraz 40% sprzedaży autobusów. Samochody elektryczne osiągnęły punkt krytyczny i w przyszłości mają całkowicie zdominować ten obszar. Większość elektrycznych samochodów osobowych jest już na równi kosztowej z samochodami spalinowymi pod względem całkowitego kosztu posiadania, a parytet cenowy również jest zbliżony. Trzeba odnotować, że w 2023 roku prawie 20% globalnej sprzedaży samochodów to pojazdy elektryczne.
Wyzwania
Wzrost wydobycia minerałów niezbędnych do produkcji baterii rodzi szereg wyzwań, które należy pilnie rozwiązać. Mowa m.in. o:
- Prawa pracownicze: W niektórych krajach, gdzie wydobywa się te minerały, np. kobalt w Demokratycznej Republice Konga, panują niebezpieczne warunki pracy, a praca dzieci jest powszechna. Konieczne jest wprowadzenie i egzekwowanie surowych standardów pracy, aby chronić pracowników i zapewnić im godziwe warunki pracy.
- Wpływ na środowisko: Wydobycie minerałów może negatywnie oddziaływać na środowisko naturalne, powodując zanieczyszczenie wody i gleby, a także utratę bioróżnorodności. Należy opracować i wdrożyć technologie wydobywcze o mniejszym wpływie na środowisko, aby zminimalizować te negatywne skutki.
- Skutki społeczno-ekonomiczne: Rozwój wydobycia minerałów może mieć również znaczące skutki społeczno-ekonomiczne dla lokalnych społeczności. Nagły wzrost migracji do regionów wydobywczych może prowadzić do problemów z dostępem do infrastruktury i usług socjalnych. Należy opracować plany zrównoważonego rozwoju, które uwzględniają potrzeby lokalnych społeczności i zapewniają im dostęp do korzyści płynących z wydobycia.
Krajowy efekt domina i dominacja Chin w technologiach bateryjnych
Rozwój technologii akumulatorowych nie jest równomierny we wszystkich krajach. Chiny są zdecydowanym liderem, posiadając około 77% globalnej produkcji baterii i dominując pod względem wykorzystania baterii we wszystkich kluczowych sektorach. Jednak kraje zachodnie, takie jak Stany Zjednoczone i Unia Europejska, nadrabiają zaległości. Wzrost popularności baterii skłonił rządy do zwiększania ich znaczenia dla przyszłości energetycznej. Sprawia to, że geopolityczna rywalizacja o baterie przyspiesza innowacje i ich rozwój.
Wiadomo już, że Chiny dominują pod względem wykorzystania baterii, wyprzedzając UE i USA we wszystkich kluczowych sektorach. Dzieje się tak m.in. dlatego, że Kraj Środka wcześnie wkroczył na rynek elektromobilności. Już w 2015 r. sprzedaż pojazdów elektrycznych (dwukołowych) w Chinach przekroczyła 50%, podczas gdy w UE i USA wynosiła 0-1%. Podobnie, sprzedaż pojazdów elektrycznych i autobusów wyniosła ponad 50% w Chinach w 2020 r., w porównaniu do około 10% w UE i USA.
Kraje zachodnie starają się nadrobić zaległości. Wprowadzają nowe polityki promujące wykorzystanie baterii w transportu. W UE zachęty obejmują ulgi podatkowe i rabaty zakupowe, brak opłat za parkowanie w strefach płatnego parkowania, a także dostęp dla EV (z ang. electric vehicle) dla autobusów w miastach. W USA ustawa o redukcji inflacji z 2022 r. (Inflation Reduction Act – IRA) oferuje ulgi podatkowe dla pojazdów elektrycznych i domowych systemów magazynowania baterii. Dotychczas dotacje koncentrowały się na lżejszych pojazdach, ale w ubiegłym roku podobna polityka nabrała kształtu również w odniesieniu do ciężkich samochodów ciężarowych. Na przykład amerykańska ustawa o redukcji inflacji ma zapewnić zachęty dla ciężkich samochodów ciężarowych z napędem elektrycznym w wysokości do 40 000 USD na pojazd, dzięki czemu koszt przejechania jednej mili będzie zbliżony do tradycyjnej ciężarówki z silnikiem Diesla. Inne kraje również próbują dołączyć do tego wyścigu. Indie aktywnie promują wdrażanie technologii akumulatorowej poprzez wdrażanie zachęt, takich jak program FAME-II, program PLI dla magazynowania baterii, polityka wymiany baterii, obniżki ceł na materiały akumulatorowe i tworzenie specjalnych stref e-mobilności.
Początki baterii litowo-jonowych sięgają innowacji wprowadzonych przez amerykańskie firmy naftowe w latach 70-tych. Początkowy postęp został porzucony w latach 80-tych, gdy firmy naftowe i gazowe podwoiły wysiłki na rzecz paliw kopalnych. Dopiero w latach 90. akumulatory litowo-jonowe odniosły komercyjny sukces w elektronice, dzięki japońskim firmom takim jak Sony i popytowi ze strony bogatych krajów OECD. Dopiero pod koniec XXI wieku Chiny stały się głównym konsumentem, innowatorem i producentem baterii.
Należy zauważyć, że Chiny dominują również w podaży baterii. Około 77% baterii jest produkowanych w Chinach. Kraj ten jest liderem w dziedzinie innowacji i posiada najwięcej patentów na baterie. Dominacja Chin w technologii akumulatorów jest stosunkowo nowym zjawiskiem, to doskonałym przykładem pionierskich wysiłków jest niedawne zaprezentowanie przez CATL najnowocześniejszego ogniwa akumulatorowego o pojemności 500 Wh/kg.
Zachodnie kraje starają się przenieść produkcję baterii na rodzimy grunt. Inwestują w badania i rozwój oraz budowę fabryk. Przykładem może być, wcześniej wspomniana, ustawa o redukcji inflacji z 2022 r. w USA, która przewiduje budżet 500 miliardów dolarów na czystą energię, w tym znaczące zachęty dla krajowej produkcji baterii. W Europie Komisja Europejska ogłosiła plan budowy 30 gigafabryk baterii do 2030 roku.
Obawy o bezpieczeństwo energetyczne zwiększają popyt na baterie. Inwazja Rosji na Ukrainę skłoniła UE i USA do podjęcia działań legislacyjnych promujących krajową produkcję baterii i rozwój czystych technologii energetycznych. W UE ustawodawstwo RePowerEU ma na celu zmniejszenie zależności od importowanych paliw kopalnych, zwłaszcza z Rosji. Odbywa się to poprzez ukierunkowane programy, które obejmują promowanie pojazdów elektrycznych w celu ograniczenia popytu na ropę naftową oraz stacjonarnych akumulatorów w celu zastąpienia gazowych elektrowni szczytowych.
Efekty tej polityki są już widoczne. W ciągu ostatniego roku inwestycje w baterie znacznie wzrosły w USA i UE w celu przeniesienia dostaw na rynki zagraniczne. W Stanach Zjednoczonych ogłoszono powstanie 14 nowych gigafabryk baterii o łącznej mocy ponad 400 GWh/rok od czasu przyjęcia IRA (skok o prawie 60% w porównaniu z rokiem poprzednim). Oczekuje się, że UE przedstawi odpowiedź na IRA, która będzie miała na celu zbudowanie takiej samej ilości mocy w Europie. Chińskie plany rozwoju gigafabryk pozostały niezmienione od czasu przyjęcia polityki UE i USA – dodatkowe moce produkcyjne pojawiają się obok – a nie zamiast – chińskiej produkcji.
Niedoszacowanie gęstości energii
Prognozowanie postępu technologicznego jest niezwykle trudne, a większość ekspertów starała się nie przyjmować wyraźnych założeń dotyczących przyszłej gęstości energii. Niemniej, ukryte założenia dotyczące gęstości energii nie są obce obecnym „trendsetterom energetycznym”. Nowe zastosowania akumulatorów zostały odrzucone na podstawie niskiego poziomu gotowości technologicznej lub braku modeli na rynku – wszystkie te założenia domyślnie zakładały, że gęstość energii w czasie analizy nie ulegnie poprawie.
Trend ten miał już miejsce w elektronice (laptopy kontra komputery stacjonarne), w pojazdach dwu- i trzykołowych (pojazdy elektryczne kontra skutery spalinowe), a dziś rozwija dynamicznie w samochodach. Nawet jeśli akumulatory są początkowo postrzegane jako nieodpowiednie dla danego sektora, zwykle znajdują zastosowanie w niszowych obszarach – tak na przykład było pierwotnie z pojazdami hybrydowymi. Wiele wczesnych udanych modeli pojazdów elektrycznych to mniejsze samochody miejskie lub samochody hybrydowe z akumulatorem elektrycznym. Gdy wczesne modele odnoszą sukces i napędzają dalszą skalę, zwiększona gęstość energii i koszty umożliwiają dalsze zdobywanie rynku.
Przeszacowanie kosztów i przyszłość baterii
Przez lata obserwujemy wyraźną tendencję do przeszacowywania kosztów baterii. Prognozy sprzed zaledwie pięciu lat były dwukrotnie wyższe od dzisiejszych cen. W 2023 roku ceny ogniw spadły do rekordowo niskiego poziomu 107 USD/kWh (w 2023 r.), zgodnie z corocznym badaniem cen baterii litowo-jonowych przez BNEF. Miesięczne ceny spadły nawet poniżej 100 USD/kWh w sierpniu tego roku, co oznacza, że koszty baterii są znacznie poniżej wcześniejszych prognoz.
Czynniki napędzające spadek kosztów
Istnieje wiele czynników, które napędzają spadek kosztów baterii, to:
• Działania polityczne i inwestycje sektora prywatnego: Rządy na całym świecie prowadzą ukierunkowaną politykę mającą na celu przyspieszenie rozwoju branży akumulatorów. Inwestycje sektora prywatnego również rosną, napędzane przez popularność pojazdów elektrycznych i innych zastosowań baterii.
• Wzrost gęstości energii: Baterie stają się coraz bardziej wydajne, co oznacza, że mogą magazynować więcej energii w tej samej objętości. Pozwala to na produkcję mniejszych i lżejszych baterii, co obniża koszty.
• Powstawanie nowych rynków: Rośnie liczba zastosowań baterii, co otwiera nowe rynki dla producentów baterii. Pojazdy elektryczne to tylko jeden z wielu przykładów zastosowań baterii, które napędzają ich rozwój.
• Dojrzewanie łańcuchów dostaw: Łańcuchy dostaw baterii stają się coraz bardziej dojrzałe, co prowadzi do spadku kosztów i zwiększenia wydajności.
Scenariusze na przyszłość
Istnieje wiele różnych scenariuszy dotyczących przyszłości baterii. Dwa główne scenariusze to:
• Szybki: Ten scenariusz zakłada bardziej konserwatywny wzrost gęstości energii i spadek kosztów.
• Szybszy: Ten scenariusz zakłada bardziej agresywny wzrost gęstości energii i spadek kosztów.
Oczekiwania
Oczekuje się, że w nadchodzącej dekadzie nastąpi dalszy spadek kosztów baterii. Według analizy BNEF, ceny ogniw akumulatorowych mogą spaść do 32-54 USD/kWh do 2030 roku. Oczekuje się również, że Chiny będą nadal liderem w produkcji baterii, a inne kraje, takie jak Stany Zjednoczone i Europa, będą nadrabiać zaległości. Baterie mają zatem potencjał do transformacji wielu sektorów gospodarki. Tempo zmian w branży baterii będzie przyspieszać, a przyszłość baterii jest obiecująca.
Gęstość energii będzie nadal rosnąć
Ocenia się, że wraz z rozwojem rynku akumulatorów i pracą badawczo-rozwojową, gęstość energii będzie nadal rosła. Ocenia się, że ten parametr będzie już na bardzo wysokim poziomie pod koniec bieżącej dekady – trend poprawy gęstości ma wynieść o 7%-18%, przekładając się na stopy wzrostu sprzedaży baterii na poziomie 29%-35%. Prognozowana gęstość energii ogniw akumulatorowych w 2030 r. ma wynieść ~ 600 do 800 Wh/kg.
Wraz ze wzrostem gęstości energii, odblokowane zostaną nowe zastosowania akumulatorów. Przy około 400 Wh/kg transport długodystansowy staje się ekonomicznie atrakcyjny. Przy 500-650 Wh/kg lotnictwo elektryczne na krótkich dystansach staje się wykonalne. Obie te wartości są w zasięgu ręki po ogłoszeniu przez CATL produkcji ogniw akumulatorowych o pojemności 500 Wh/kg. Gdy w nadchodzącej dekadzie na rynku pojawi się więcej akumulatorów o tej pojemności, długodystansowe samochody ciężarowe zdecydowanie zyskają na popularności, a lotnictwo elektryczne może zacząć się rozwijać. Oprócz odblokowania nowych zastosowań, wyższa gęstość energii zwiększy również atrakcyjność istniejących technologii akumulatorowych. Nowa generacja (pół)półprzewodnikowych ogniw akumulatorowych o pojemności 500+ Wh/kg ma podwoić zasięg samochodów elektrycznych w porównaniu do stanu obecnego. To położyłoby kres wszelkim obawom o ich zasięg.
Inne, oddolne oceny ekspertów dotyczące przyszłej gęstości energii akumulatorów wydają się potwierdzać wykonalność tej prognozy. Już dziś istnieją laboratoryjne ogniwa akumulatorowe o gęstości energii przekraczającej 700 Wh/kg. Technologie te są na dobrej drodze do komercjalizacji. Argonne National Labs podaje nawet potencjał na poziomie 1200 Wh/kg, jeśli pewne przełomowe odkrycia zostaną dokonane wcześniej niż oczekiwano. Akumulatory te wciąż mają przed sobą długą drogę by trafić na rynek, ale wyniki badań laboratoryjnych pokazują, że istnieją wystarczające powody, by sądzić, że gęstość ogniw może wzrosnąć znacznie powyżej 600 i osiągnąć 800 Wh/kg do 2030 roku.
Przewróci się nowe domino: Stacjonarne magazynowanie energii
Baterie stają się idealnym uzupełnieniem odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i słońce. Brać stabilności tych źródeł wymaga ich wsparcia w postaci akumulatorów, aby zapewnić stałe dostawy energii. Według IEA, ponad jedna trzecia „elastyczności” energetycznej potrzebnej w sieci w 2050 roku będzie pochodzić z baterii. Wraz z wykładniczym wzrostem energii wiatrowej i słonecznej, rynek stacjonarnego magazynowania energii będzie rósł o 45% rocznie, osiągając 99 GWh/rok w 2023 roku.
Główne czynniki napędzające ten wzrost to:
• Ekonomiczność: Energia słoneczna z magazynowaniem bateryjnym jest najtańszym źródłem energii elektrycznej. W 2022 roku ponad 40% planowanych projektów solarnych na całym świecie obejmowało magazynowanie energii w akumulatorach.
• Rozwój sieci energetycznych: Baterie mogą stabilizować sieci energetyczne i integrować większe ilości odnawialnych źródeł energii.
• Awarie i bezpieczeństwo energetyczne: Baterie zapewniają awaryjne zasilanie podczas przerw w dostawie prądu.
• Rosnąca popularność domowych magazynów energii: Coraz więcej konsumentów kupuje baterie do zasilania awaryjnego na miejscu.
Prognozy przewidują, że sprzedaż domowych magazynów energii będzie rosła o 20-30% rocznie w nadchodzącej dekadzie. Długoterminowa wielkość rynku stacjonarnego magazynowania energii w akumulatorach wynosi ~ 1 TWh/rok, ale rzeczywista wielkość zależy od wielu zmiennych, takich jak koszt innych technologii magazynowania i możliwość włączenia akumulatorów pojazdów do magazynowania energii elektrycznej.
Prognozuje się, że w 2050 roku całkowite wykorzystanie baterii magazynujących wyniesie 22 TWh, przy wsparciu 14 TWh magazynów transportowych z 10% floty transportowej. Stacjonarne magazynowanie energii to kluczowy element transformacji energetycznej. Rynek będzie rósł w imponującym tempie w nadchodzącej dekadzie, a technologie magazynowania energii będą się rozwijać i stawać coraz bardziej dostępne.
Rewolucja pojazdów elektrycznych dociera do ciężarówek
Rynek ciężarówek elektrycznych gwałtownie rośnie, a modele z napędem elektrycznym stanowią już 6-7% zakupów lżejszych pojazdów ciężarowych. Ich oferta rynkowa rośnie, a zasięg szybko się poprawia. Nowa generacja akumulatorów o wysokiej gęstości prawdopodobnie trafi na rynek do połowy dekady, co jeszcze bardziej przyspieszy adopcję.
Analiza BNEF przewiduje parytet kosztów pojazdów elektrycznych we wszystkich sektorach transportu ciężarowego na długo przed 2030 r.
- Kolej na horyzoncie
Nowe zamówienia na pociągi w Europie sygnalizują przejście z pociągów spalinowych na pociągi zasilane akumulatorami. Pociągi akumulatorowe mogą być konkurencyjne w stosunku do pociągów spalinowych przy cenie akumulatorów 100 USD/kWh, do której szybko się zbliżamy.
- Statki
Statki z akumulatorami mogą stać się konkurencyjne na trasach krótszych niż 1500 km przed 2030 r. Przy dalszym spadku kosztów, trasy do 3000 km mogą stać się ekonomiczne, co otwiera możliwość zelektryfikowania około 40% ruchu kontenerowców.
- Lotnictwo
Zastosowania w lotnictwie stają się możliwe przy gęstości baterii 500-650 Wh/kg, a CATL planuje uruchomienie pierwszego samolotu z akumulatorem 500 Wh/kg w 2027 roku. Przy gęstości 1000 Wh/kg, większość lotnictwa regionalnego może stać się w pełni elektryczna.
Rewolucja baterii: Nadchodzące zmiany w transporcie i energetyce
Baterie stają się kluczowym elementem transformacji energetycznej i transportu. Ich gwałtowny rozwój otwiera nowe możliwości i niesie ze sobą szereg wyzwań.
Zapotrzebowanie na minerały:
Wzrost produkcji baterii wymaga zwiększonego wydobycia minerałów takich jak lit, kobalt i nikiel. W krótkiej perspektywie może to prowadzić do wyzwań z dostępnością tych pierwiastków, ale długoterminowe prognozy wskazują na wystarczające zasoby. Innowacje w technologiach baterii i recyklingu mogą dodatkowo zmniejszyć zapotrzebowanie na minerały.
Zrównoważony rozwój i sprawiedliwość łańcucha dostaw:
Istnieje potrzeba zapewnienia zrównoważonego wydobycia minerałów i sprawiedliwego podziału korzyści w łańcuchu dostaw baterii. Konieczne jest wdrożenie odpowiednich regulacji i standardów, aby chronić środowisko i społeczności lokalne.
Infrastruktura ładowania:
Rozwój elektromobilności wymaga rozbudowy infrastruktury ładowania. Rządy i sektor prywatny inwestują w programy budowy stacji ładowania, aby zapewnić łatwy dostęp do punktów zasilania dla rosnącej floty pojazdów elektrycznych.
Implikacje dla transportu i energetyki:
Baterie zrewolucjonizują transport drogowy, umożliwiając masową adopcję pojazdów elektrycznych. Zwiększą również elastyczność sieci energetycznej, integrując odnawialne źródła energii i zapewniając magazynowanie energii.
Prognozy do 2030 roku:
Oczekuje się, że popyt na baterie wzrośnie o rząd wielkości w nadchodzącej dekadzie. Baterie będą miały kluczowy wpływ na dekarbonizację transportu i sektora energetycznego, pomagając w walce ze zmianami klimatu.
Dodatkowe czynniki:
• Rozwój technologii baterii, takich jak baterie litowo-siarkowe i ogniwa stałe.
• Integracja baterii z innymi systemami energetycznymi, np. inteligentnymi sieciami.
• Wpływ baterii na modele biznesowe i rynek energetyczny.
Popyt na baterie wzrośnie o rząd wielkości
Do 2030 roku popyt na baterie wzrośnie o 5,5-8 razy. Głównymi czynnikami napędzającymi ten wzrost będą:
- Samochody elektryczne: zapotrzebowanie wzrośnie o 3600 GWh/rok.
- Lekkie ciężarówki: zapotrzebowanie wzrośnie o 500 GWh/rok.
- Ciężkie ciężarówki: zapotrzebowanie wzrośnie o 600 GWh/rok.
- Stacjonarne magazynowanie energii: zapotrzebowanie wzrośnie o 500 GWh/rok.
- Inne: zapotrzebowanie wzrośnie o 400 GWh/rok.
Łącznie zapotrzebowanie na baterie może osiągnąć 5 500-8 000 GWh/rok do 2030 roku.
Baterie staną się największym rynkiem czystych technologii:
- Całkowita wartość globalnego rynku ogniw akumulatorowych wyniesie około 300 miliardów dolarów rocznie do 2030 roku.
- Baterie prześcigną rynki turbin wiatrowych i paneli słonecznych.
Akumulatorowy efekt domina obejmie cały transport drogowy:
• W 2030 roku sprzedaż pojazdów elektrycznych może wynieść:
o 60% w samochodach osobowych.
o 40% w lekkich ciężarówkach.
o 20% w ciężkich ciężarówkach.
- W szybszym scenariuszu sprzedaż pojazdów elektrycznych może osiągnąć:
o 90% w samochodach osobowych.
o 60% w lekkich ciężarówkach.
o 50% w ciężkich ciężarówkach.
Istnieje wiele powodów, by sądzić, że sprzedaż pojazdów użytkowych może rosnąć szybciej niż sprzedaż samochodów osobowych:
- Gracze komercyjni są bardziej zorientowani na koszty.
- Planują bardziej długoterminowo.
- Po osiągnięciu parytetu kosztowego można spodziewać się szybszej zmiany w segmencie komercyjnym.
Rewolucja baterii jest w toku i będzie miała głęboki wpływ na wiele aspektów naszego życia. Ważne jest, aby odpowiednio przygotować się na te zmiany i wykorzystać potencjał baterii do budowania bardziej zrównoważonego i niskoemisyjnego świata.
Baterie zagrażają ponad połowie globalnego zapotrzebowania na paliwa kopalne
Technologia baterii ma potencjał przejęcia całego transportu drogowego, umożliwić odnawialnym źródłom energii wyparcie energii elektrycznej wytwarzanej z paliw kopalnych oraz odegrać bezpośrednią lub wspomagającą rolę w dekarbonizacji lotnictwa i żeglugi. Oznacza to, że baterie mogą zagrozić ponad połowie globalnego zapotrzebowania na paliwa kopalne: 18% z transportu drogowego, 35% z energii elektrycznej i kolejne 4% z innych rodzajów transportu.
Tzw. efekt domina baterii obejmie cały transport drogowy, co oznacza, że do 2040 roku sprzedaż nowych pojazdów ICE będzie rzadkością. Do 2050 roku znikną praktycznie wszystkie pojazdy spalinowe z dróg. Zapotrzebowanie na ropę naftową w transporcie drogowym spadnie o 65%-85% do 2040 roku i niemal całkowicie zniknie do 2050 roku.
Oszczędności paliw kopalnych
Każda kWh baterii (ważącej około 3-4 kg) w całym okresie eksploatacji pozwoli zaoszczędzić około 300 kg ropy naftowej. Na przykład, samochód spalinowy zużywa około 1 tony ropy rocznie. Jeśli zostanie on zastąpiony samochodem elektrycznym z akumulatorem o pojemności 50 kWh, akumulator pozwoli zaoszczędzić 20 kg ropy na kWh rocznie. W ciągu 15 lat eksploatacji oznacza to zmniejszenie zapotrzebowania na ropę o 15 ton, czyli 300 kg na kWh z akumulatora.
Baterie umożliwiają odnawialnym źródłom energii wypieranie źródeł kopalnych
Baterie umożliwiają dalszy rozwój energii wiatrowej i słonecznej. Odnawialne źródła energii wyprą 175 EJ zapotrzebowania na paliwa kopalne do wytwarzania energii, co stanowi 35% globalnego zapotrzebowania na paliwa kopalne. Odnawialne źródła energii prawdopodobnie zmniejszą produkcję energii z paliw kopalnych o ponad 20% do 2030 r. i całkowicie wyprą paliwa kopalne do 2050 r. Baterie są tylko jednym z kilku czynników wspomagających, ale ich rola jest kluczowa. IEA twierdzi, że jedną trzecią elastyczności w 2050 r. prawdopodobnie zapewnią akumulatory.
Upadnie więcej kostek domina: pociągi, statki i samoloty
Efekt domina baterii zaczyna przybierać na sile w sektorze transportu szynowego, morskiego i lotniczego, co zagraża kolejnym 13 baryłek popytu na ropę naftową, czyli około 4% globalnego zapotrzebowania na paliwa kopalne (ekwiwalent zużycia). Baterie będą albo służyć jako jedyny zamiennik dla technologii paliw kopalnych, albo pomogą ułatwić absorpcję paliw biologicznych i syntetycznych, zwiększając wydajność samolotów i statków napędzanych paliwami kopalnymi dzięki hybrydowym modelom, czyli hybrydowym wersjom napędowym. Ostatecznie baterie będą miały do odegrania rolę w wycofywaniu paliw kopalnych w tych sektorach – czy to jako bezpośredni zamiennik, czy jako (hybrydowy) czynnik umożliwiający inne ekologiczne rozwiązanie.
Baterie kluczem do redukcji emisji CO2
Baterie mają ogromny potencjał w redukcji emisji CO2. Mogą one pomóc zredukować ponad połowę globalnej emisji CO2 związanej z energią. Szacuje się, że baterie mogą zastąpić paliwa kopalne w transporcie drogowym, co pozwoli na redukcję emisji o 5,9 GtCO2. W energetyce baterie mogą umożliwić wykorzystanie odnawialnych źródeł energii i zredukować emisje o 14,6 GtCO2. W innych gałęziach transportu baterie mogą zastąpić paliwa kopalne i obniżyć emisje o 1,6 GtCO2. Łącznie daje to ponad 60% globalnej emisji CO2, co stanowi znaczący krok w kierunku systemu energetycznego o zerowej emisji netto.
Jednakże, aby baterie mogły w pełni wykorzystać swój potencjał, konieczny jest skoordynowany wysiłek ze strony rządów, firm, naukowców i ekologów. Konieczne jest skupienie się na zrównoważonym i sprawiedliwym rozwoju branży akumulatorów, a także na innowacyjnych badaniach i rozwoju. Ważne jest również, aby stosować zrównoważone technologie i elastyczne rozwiązania, a także budować uczciwe łańcuchy dostaw i zwiększać ich przejrzystość. Znormalizowane przepisy są niezbędne, aby zapewnić bezpieczeństwo, jakość i integralność środowiskową.
Gospodarka o obiegu zamkniętym jest kluczowym elementem zrównoważonego rozwoju branży akumulatorów. Oznacza to projektowanie baterii pod kątem łatwiejszego recyklingu i dłuższej żywotności, promowanie ponownego wykorzystania materiałów oraz wspieranie infrastruktury dla wydajnych procesów recyklingu. Naukowcy i firmy mogą odegrać kluczową rolę w rozwoju tych technologii, podczas gdy rządy mogą pomóc poprzez wdrażanie wspierających polityk i przepisów.
Ważne jest również, aby zapewnić sprawiedliwy rozwój branży akumulatorów. Polityka musi sprawiedliwie rozdzielać koszty i korzyści, zwłaszcza w regionach górniczych. Potrzebne są znaczne inwestycje w lokalne społeczności i tworzenie trwałych miejsc pracy. Konieczne jest również szersze zrozumienie wpływu sprawiedliwości środowiskowej, wykraczające poza tradycyjne analizy emisji gazów cieplarnianych i kosztów z tym związanych.
Baterie to ogromny potencjał w walce ze zmianami klimatycznymi. Choć wymagają wieloletniej pracy i hojnego wsparcia, przy stale rosnącym zainteresowaniu bateriami ze strony badaczy, firm i decydentów, jest to jak najbardziej możliwe.
Autor: Oskar Włostowski
