Πρώτες ύλες: Eπαρκούν για το ηλεκτρικό μέλλον της αυτοκίνησης;


ΚΑΛΑ ΚΑΙ ΑΓΙΑ ΤΑ ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ. ΕΧΕΤΕ ΟΜΩΣ ΑΝΑΛΟΓΙΣΤΕΙ ΤΙ ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΟΠΩΣ ΝΙΚΕΛΙΟ ΚΑΙ ΚΟΒΑΛΤΙΟ ΧΡΕΙΑΖΕΤΑΙ ΕΝΑΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ; ΓΙΑ ΜΙΑ ΠΛΗΡΗ ΜΕΤΑΒΑΣΗ ΣΕ ΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΜΕΛΛΟΝ, ΟΛΟΚΛΗΡΗ Η ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ, ΑΠΛΑ, ΔΕΝ ΕΠΑΡΚΕΙ.

  • 24/4/2020

Ως είδος, η ανθρωπότητα τα τελευταία 70 χρόνια γνωρίζει μία πρωτοφανή, εκθετική ανάπτυξη. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι μέχρι το 1800 μ.Χ. δεν ξεπερνούσαμε συνολικά το ένα δις ανθρώπων επάνω στη γη. Τα δύο δις τα αγγίξαμε μόλις το 1930, τα τέσσερα δις το 1974, τα έξι δις το 1999 ενώ σήμερα ο πληθυσμός του πλανήτη υπολογίζεται γύρω στα 7,8 δις! Για όσους τώρα μπορούν να φέρουν στο μυαλό τους εκείνη τη δυστοπική συζήτηση της ταινίας Matrix, όπου o agent Smith εξηγούσε στο Μορφέα το πως πολλαπλασιαζόμαστε σαν μία αποικία ιών, θα προσθέσουμε ότι όχι μόνο πολλαπλασιαζόμαστε αλλά πολλαπλασιάζουμε και τις ανάγκες μας, ως είδος.

Το συγκεκριμένο, αναμφίβολα, αποτελεί ένα ενδιαφέρον θέμα για μία μακροσκελή συζήτηση. Στην περίπτωσή μας όμως θα εστιάσουμε στον τομέα του αυτοκινήτου και συγκεκριμένα στο ηλεκτρικό μέλλον αυτού. Γιατί είναι σίγουρα ωραίο να σκεφτόμαστε ότι μία ημέρα θα μπορούμε όλοι να φορτίζουμε τα αυτοκίνητά μας, αντί να καίμε βενζίνη, λίγοι όμως θέτουν ερωτήματα του τύπου «πως θα παράγεται τόση ενέργεια» και «που θα βρεθούν οι πρώτες ύλες για τόσους συσσωρευτές». Ειδικά, δε, για το δεύτερο, όπου στην ευρύτερη διάστασή του -για την αποθήκευση της ενέργειας- αποτελεί και ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα ολόκληρης της ανθρωπότητας.

Σήμερα, με την τεχνολογία που διαθέτουμε, μπορούμε να παράγουμε συσσωρευτές με αρκετά χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα (με λίγη, δηλαδή, αποθηκευμένη ενέργεια ανά μονάδα όγκου). Εξασφαλίζουμε μεν αυτονομίες της τάξης των 500 χιλιομέτρων, χάρη όμως σε μία τεράστια μπαταρία που εύκολα ξεπερνά σε βάρος τα 200 κιλά και καλύπτει όλο το δάπεδο ενός σύγχρονου ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Εδώ, προκύπτει το εξής ερώτημα, το οποίο έχει δύο σκέλη. Πόσο πολύ μπορεί να προχωρήσει η τεχνολογία των συσσωρευτών και πόσες πρώτες ύλες χρειάζονται για την κάλυψη της συγκεκριμένης ανάγκης.

Αυτή τη στιγμή όλοι οι μεγάλοι κατασκευαστές, καθώς και μία ατελείωτη λίστα εταιριών και πανεπιστημίων, δουλεύουν ακατάπαυστα για να βρουν ένα τρόπο να βελτιώσουν την ενεργειακή πυκνότητα που προαναφέραμε, μαζί με μερικές ακόμα ιδιότητες, όπως η γρήγορη φόρτιση. Κανείς όμως δεν περιμένει θαύματα μέσα στα επόμενα 10-20 χρόνια. Όλοι αναμένουν ότι θα υπάρξει εξέλιξη αλλά όχι επανάσταση σε αυτό τον τομέα.

Περνάμε λοιπόν στο δεύτερο σκέλος. Πόσα υλικά χρειάζονται για να κατασκευάσουμε ένα συσσωρευτή αυτοκινήτου; Ενδεικτικά θα πούμε ότι για ένα σχετικά μεγάλο συσσωρευτή, 75 kWh τεχνολογίας νικελίου-μαγνησίου-κοβαλτίου (ικανό να δώσει αυτονομία περίπου 400 χλμ. σε ένα μέσο μοντέλο) απαιτούνται χοντρικά 85 κιλά χαλκού, 56 κιλά νικελίου, 8 κιλά μαγνησίου και 7 κιλά κοβαλτίου. Τα νούμερα αυτά δεν ξέρουμε πως φαίνονται στα μάτια του μέσου αναγνώστη, σε καμία περίπτωση όμως δεν είναι λίγα. Και για να θέσουμε το πρόβλημα σε μία πιο ρεαλιστική βάση, σκεφτείτε το εξής. Όλα αυτά τα μέταλλα δεν φυτρώνουν στα δέντρα. Αποτελούν προϊόν μίας μεταλλουργικής διεργασίας. Ενδεικτικά, για να βγάλει ένα κιλό νικέλιο η ελληνική εταιρία Λάρκο, θα πρέπει να εξορύξει 100 κιλά μετάλλευμα. Για να βρεις, λοιπόν, εκείνα τα 56 κιλά για ένα συσσωρευτή και μετά να φτιάξεις αρκετά εκατομμύρια τέτοιους -σε ετήσια βάση- τι πρωτογενή παραγωγή θα πρέπει να έχεις;

Εξετάζοντας το ζήτημα από μία άλλη σκοπιά, αυτή τη στιγμή υπολογίζεται ότι κυκλοφορούν στον πλανήτη περίπου 1,3 δισεκατομμύρια οχήματα. Εάν όλα πάνε καλά τις επόμενες δεκαετίες και αναπτυχθούν σε μεγάλο βαθμό οι ride-hailing υπηρεσίες -ώστε να μην χρειάζεται ο κάθε άνθρωπος το δικό του ξεχωριστό αυτοκίνητο- τότε ίσως καταφέρουμε να διατηρήσουμε το συνολικό στόλο περίπου στο ένα δις, παρά την αύξηση των ανθρώπων στη γη. Για να καταργήσουμε τους κινητήρες εσωτερικής καύσης και να κάνουμε τα πάντα ηλεκτροκίνητα, θα χρειαστούμε χοντρικά 85 εκ. τόνους χαλκού, 56 εκ. τόνους νικελίου, 7 εκ. τόνους μαγνησίου και άλλο τόσο κοβάλτιο.

Τι παράγουμε ως πλανήτης; Το 2019, από όλες τις μεταλλουργίες της γης, βγάλαμε 21 εκ. τόνους χαλκό, 2,3 εκ τόνους νικέλιο (εκ των οποίων μόλις το 50% μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην τεχνολογία μπαταριών, λόγω προσμίξεων), 18 εκ. τόνους μαγνήσιο και 0,14 τόνους κοβάλτιο. Τα νούμερα αυτά είναι ενδεικτικά για να πάρουμε μία γεύση της ουτοπίας για την οποία συζητάμε. Ναι μεν μπορεί να υπάρξει μία δεύτερη πηγή πρώτων υλών, μέσω της ανακύκλωσης, οι ανάγκες όμως δεν θα καλυφθούν, όπως και να έχει.

Μέχρι το 2025 ο κόσμος μας θα συναντήσει ελλείψεις σε βασικά μέταλλα όπως ο χαλκός και το νικέλιο. Μέχρι το 2050 (σε 30 χρόνια από σήμερα) θα υπάρξουν μέταλλα που για να καλυφθεί η ζήτηση θα πρέπει να αυξηθεί η παραγωγή τους κατά 11 φορές, σε σχέση με σήμερα! Οπότε; Μπορούμε τελικά να ελπίζουμε σε ένα ηλεκτρικό μέλλον του αυτοκινήτου;

Μία λύση είναι να αναπτύξουμε τεχνολογίες που δεν χρησιμοποιούν αυτά τα μέταλλα - τουλάχιστον όχι σε τέτοιες ποσότητες. Πολλοί κοιτάζουν προς τα εκεί, χωρίς όμως να υπάρχει προς στιγμή κάτι ουσιαστικό, στο ορατό μέλλον. Μια άλλη λύση είναι να στραφούμε σε άλλες πηγές πρώτων υλών. Στο διάστημα υπάρχουν άφθονες τέτοιες πηγές αλλά ο πολιτισμός μας δεν είναι τόσο ανεπτυγμένος στην κλίμακα του Kardashev, ώστε να ελπίζουμε εκεί. Οπότε, το μόνο που μας μένει είναι οι ωκεανοί.

Μία νέα μελέτη, που εκδόθηκε τον Απρίλιο του 2020, έδειξε πως υπάρχουν περιοχές πολύ πλούσιες σε μέταλλα, με τη μορφή πολυμεταλλικών οζιδίων. Μικρών κομματιών που αποτελούνται αποκλειστικά από μέταλλα, χωρίς αδρανή υλικά και άλλες δηλητηριώδεις προσμίξεις. Η συγκεκριμένη εστιάζει στο βυθό μίας περιοχής του νότιου ειρηνικού ωκεανού, στη ζώνη Clarion-Clipperton. Προφανώς, η «εξόρυξη» μετάλλων από μερικά χιλιόμετρα βάθος δεν είναι τόσο εύκολη, όσο πιθανά είναι αυτή του πετρελαίου.

Μιλάμε όμως για πολύ μεγάλες ποσότητες πρώτων υλών, με υψηλότατες συγκεντρώσεις στα μέταλλα που χρειαζόμαστε. Μιλάμε και για μία σειρά άλλων πλεονεκτημάτων, όπως μηδενικά στερεά απόβλητα, κατά 94% μείωση του αποθηκευμένου άνθρακα και κατά 90% μείωση των εκπομπών NOx και SOx, οπότε το όλο θέμα αρχίζει να αποκτά ενδιαφέρον. Η όλη μελέτη καταλήγει στο ότι θα πρέπει να πραγματοποιηθούν περαιτέρω αναλύσεις για το τι επίδραση στον πλανήτη θα έχει μία εκτεταμένη εκμετάλλευση του βυθού. Σίγουρα όμως δείχνει το δρόμο για μία εναλλακτική λύση, εάν επιμένουμε να συζητάμε για τη μετάβαση στην ηλεκτρική εποχή του αυτοκινήτου.