Alternative energetice - problema bateriilor

Episodul zece al seriei alternativelor energetice inceputa aici. Explicam in episoadele trecute conceptul de EROEI, de bani ca simpla eticheta a produselor obtinute cu ajutorul energiei, ca si de relatia dintre randament si cost. Am trecut apoi la variantele oficiale incercand sa atrag atentia asupra capcanelor subventiei, plimbatul costului energetic si furatul propriei caciuli. Am continuat cu alte aspecte ale problemelor energetice ce apar dupa momentul producerii acesteia, anume transportul si stocarea. Dupa nitzica teorie, trecem azi sa detaliem problema stocarii in cazul bateriilor din autoturismele electrice.

S-ar putea spune ca bateriile sunt calcaiul lui Ahile cand vine vorba de autoturismele electrice. Toate par bune si frumoase, avem din ce in ce mai multe companii care se intrec in lasarea de noi concepte electrice sau hibride. Cu motoare mai silentioase decat cele clasice, intretinere mai usoara si promovate peste tot drept "verzi" sau "ecologice". Ar fi ele saracele ceva mai verzi decat autoturismele clasice, daca am ignora insa partea cu fabricarea bateriilor. Si cum tot am facut in articolul anterior din aceasta serie putina teorie vom face azi si cateva calcule pentru a vedea mai bine cum stau lucrurile.

Din primele estimari ale constructorilor, capacitatea unei baterii necesare pentru ca masina sa aibe o autonomie de 100 km ar fi undeva pe la 15 Kwh. Explicam data trecuta ca asta ar fi cam echivalentul cantitatii de energie consumate de 7 calorifere electrice de 2000W ce merg la maxim timp de o ora. Pentru a creste autonomia masinii, trebuie sa crestem marimea bateriei, e logic. De exemplu pentru o autonomie de vreo 500km cam cat are o masina obisnuita in ziua de azi, avem nevoie de baterii de vreo 75 Kwh.

Aceasta cifra variaza bineinteles in functie de greutatea masinii, conditiile de trafic, utilizarea caldurii sau aerului conditionat si temperatura exterioara. Astfel o masina usoara, precum Tesla Roadster se lauda ca obtine autonomie de 400km cu o baterie de 53 Kwh. Asta in conditii ideale. Pentru ca un BYD F3DM incarcat cu 4 persoane si bagaje care pleaca in concediu la ski, iarna si cu caldura la maxim, sigur nu atinge aceasta cifra. Ar avea nevoie probabil de o baterie de peste 100 Kwh pentru cei 500 km. Sau ar face probabil doar vreo 60 km cu bateria standard de 13 Kwh.

Cum spuneam, daca in privinta greutatii din masina sau utilizarea aerului conditionat mai putem face ceva, cu vremea e mai greu. Din graficul acesta se poate observa cam care e comportamentul unei baterii pe litiu la frig si caldura. La 30 de grade avem o tensiune utila de 3.1V combinata cu o capacitate de 3,3 Ah deci cam 10Wh energie utila pana cand curba voltajului incepe sa pice brusc. La 0 grade avem 3V x 2Ah deci aprox 6Wh util. La -10 grade avem 2.9V x 1,6Ah deci 4.6Wh. La -20 grade avem 2.8V x 1,2Ah deci 3.3Wh. Deci la frig energia disponibila scade in unele cazuri de pana la trei ori. Si uite asa ne lamurim cum e cu marketingul. Sau voi chiar credeti ca in orice conditii 300mile se pot face cu 70KWh ca in reclama Tesla pentru noul lor sedan ? Mda, marmota de la Nokia scrie mereu pe cutie ca telefoanele au stand-by de 2 saptamani. Si aici nu trebuie sa va mai spun eu cat tin de fapt.

Sa revenim insa la buba noastra. Costul energetic de productie al bateriilor si cat de verzi sunt acestea. Sa luam cateva exemple. Tesla Roadster are baterie de 53Kwh LiIon Cobalt Oxide care costa 36.000 USD. Adica 680 USD pentru 1Kwh si tine cam 7 ani pana la inlocuire. In cazul Altairnano avem bateria de 35Kwh LiIon Titanate care costa cam 70.000 USD. Adica 2000 USD pentru 1Kwh si tine vreo 15 ani. Si sa nu uitam nici de Prius, ca ea a fost cea mai promovata hibrida "verde" din ultimii ani. Va spuneam in episodul anterior ca o baterie de masina normala are cam 600 Wh. Iar pasionatii de sisteme audio o adauga de obicei si pe a doua, pentru un plus de putere si rezerva, adica au vreo 1,2 Kwh in total. Ei bine, cam atat are si Priusul cu bateria ei de 1,3 Kwh NiMH. Care costa cam 3.000USD si e folosita doar din cand in cand, motiv pentru care nu merita nici macar deranjul de a fi numita masina electrica.

La o durata de vreo 15 ani utilizare a autoturismului inaintea "reciclarii" acestuia, calculul e astfel. Pentru o masina cu autonomie 500km si baterii de vreo 50kwh avem deja calculat la tesla 36.000 x 2 pachete adica vreo 70.000USD pentru 15 ani de utilizare. Asta vine cam 4600USD pe an ca "intretinere" a masinii. La bateriile cu lithium titanate stam si mai prost. Desi aparent un singur pachet e suficient pentru cei 15 ani, costul va fi de 100.000USD pentru acelasi pachet de 50kwh. Asta inseamna 7000USD pe an la costurile masinii. La hibride e si mai trist. Ce se economiseste prin ultilizarea de baterii mici se pierde prin costurile de fabricatie si intretinere pentru o masina cu doua motoare. Iar economia de combustibil e discutabila si apare doar in anumite conditii.

Pentru o comparatie a costurilor totale avem in vedere ca la un autoturism actual intretinerea este vreo 300USD pe an in medie pentru motor (initial mai putin, ulterior mai mult). Iar cu un rulaj mediu de 15.000km, benzina 1USD litrul si consum sub 10 la suta, se ajunge la un aproximativ 1500USD costuri totale pe an. Fata de 4600USD sau 7000USD la suratele cu baterii. In calculul acesta am lasat deoparte incarcarea bateriilor care deja devine cost neglijabil la asemenea valori. De asemenea, am lasat deoparte in toate cazurile costurile necesare cu reparatiile necesare la trenul de rulare sau alte chestii care nu sunt legate de motor, ca si costul serviceului de schimbare si testare periodica a bateriilor pentru cele electrice.

Chiar si asa, pretul bateriilor ar trebui sa scada de vreo 3 ori la cele LiIon Cobalt si de vreo 5 ori la cele LiIon Titanate pentru ca sa ne apropiem macar de valorile actuale de cost si poluare. Pentru a avea un EROEI macar apropiat de cel actual si a polua la fel. Iar ideal ar fi sa avem o scadere de vreo 10 ori a costului bateriilor pentru a obtine o masina sensibil mai "verde" decat una clasica. Zic poluare pentru ca pretul mare al bateriilor reflecta de fapt si energia consumata pentru fabricarea lor. Pretul reflecta hidrocarburile arse pentru a le aduce de la un praf de sare de litiu pe un desert bolivian pana la un pachet de baterii intr-un autoturism cool. Iar ca sa crestem de 3-5 ori eficienta producerii acestor baterii, in conditiile in care si productia de litiu vom vedea cum este, va fi cel putin o provocare serioasa.

Avertizez asadar pe cei care sunt mai noi pe aici sa nu vina iar cu marmota clasica despre faptul ca bateriile vor deveni rentabile cand se va scumpi petrolul. In momentul in care picatura de petrol ar ajunge cat uncia de argint, extragerea unui gram de litiu ar deveni la randul ei de n ori mai scumpa. Pentru ca energia necesara e cam aceeasi, doar etichetele in dolari se schimba. Astfel ca si valoarea unei baterii produse in acel moment in aceleasi conditii ar deveni probabil egala cu greutatea ei in aur. Grija la falsele solutii, ca sa nu ne invartim in cerc degeaba. Alternativa reala e inovarea, nu ascunderea sub pres a unui EROEI mult subunitar cu subventii sau alte marmote.

P.S. Rog luati in considerare ceea ce spuneam AICI inainte de adaugarea unor eventuale comentarii. Va multumesc.