Современные технологии позволяют использовать при производстве катодов литий-ионных аккумуляторов столько вторичного литий-, никель- и кобальтсодержащего сырья, что выбросы на всем жизненном цикле аккумуляторов можно снизить на 36 процентов. Если страны, которые производят и покупают литий-ионные аккумуляторы, договорятся о технологическом и торговом сотрудничестве, а также введут углеродный налог на продукцию, то сокращения выбросов получится достичь уже к 2060 году. Дорожная карта стратегии опубликована в журнале Nature.
Литий-ионные аккумуляторы стали важнейшим элементом декарбонизации мировой экономики за счет электрификации транспорта. Однако их производство оставляет существенный углеродный след, а еще существует стереотип, согласно которому переработка литий-ионных аккумуляторов невозможна, и поэтому они наносят столь заметный ущерб окружающей среде, что он может превышать предполагаемую пользу. На самом деле их переработка существует — например, ей занимаются в крупной китайской компании Changzhou Houfeng New Energy Co.
Сейчас развиты три основных метода переработки: прямой, гидрометаллургический и пирометаллургический. Прямой метод состоит в в механическом отделении катода и его регенерации, гидрометаллургический метод сводится к химическому растворению катода и последующему извлечению лития, кобальта, и никеля из водного раствора, а пирометаллургический — к их извлечению из расплавленных катодов. При этом добыча минералов сосредоточена в основном в районе Литиевого треугольника и в Австралии, переработка — в Китае и Южной Корее, а импорт готовой продукции — в Европейском союзе и США. Удаленность конечных потребителей от мест, где происходят основные углеродные выбросы и загрязнение окружающей среды, затрудняет переход отрасли к экономике замкнутого цикла.
Ученые под руководством Чжай Мэнъюй (Mengyu Zhai) из Пекинского политехнического университета разработали модель LCCGE (Lithium Cycle Computable General Equilibrium), с помощью которой смогли определить оптимальную стратегию для снижения углеродных выбросов в течение полного жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов. Они включили в нее данные из экономической базы GTAP (Global Trade Analysis Project) о добыче минералов, их очистке, производстве катодов, а также их переработке в разных регионах мира.
Наиболее углеродоемким этапом производства оказалась добыча минералов: она составляет не более 19 процентов стоимости аккумуляторов, но производит при этом почти 40 процентов выбросов. Углеродный след на этом этапе можно снизить, если отказаться на местах добычи от дизельных генераторов, развить инфраструктуру для возобновляемой энергии и электрифицировать горнодобывающее оборудование. Но, как отметили авторы, важнее не улучшать этап добычи, а в принципе сокращать ее объемы. Это станет возможным, если государства-потребители конечной продукции (преимущественно Евросоюз и США) введут углеродный налог на аккумуляторы и требования к обязательному присутствию переработанного сырья в составе катодов.
Если получится совместить технологическое и торговое сотрудничество с региональной политикой, направленной на достижение экономики замкнутого цикла, то выбросы от полного жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов в мире к 2060 году станут ниже на 35,87 процента. Для этого нужно не только ввести специальные налоги и квоты, но также финансировать исследования и разработки, стимулировать переработку с помощью субсидий и ограничивать добычу минералов. И хотя от этого однозначно выиграют климатическая регуляция и состояние окружающей среды, распределение экономических выгод будет неравномерным. Китай получит рост доходов как одновременно крупнейший производитель, переработчик и потребитель аккумуляторов, а страны литиевого треугольника, напротив, доходов лишатся, поскольку в отрасли они фигурируют лишь как добытчики первичного сырья.
Даже если оставить все как есть и не внедрять замкнутый цикл в производство литий-ионных аккумуляторов, углеродные выбросы от электромобилей будут ниже, чем от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Согласно расчетам ученых, за весь свой жизненный цикл дизельный автомобиль выбрасывает в среднем 206,1 грамма углекислого газа на километр пути. Для сравнения, выбросы электромобиля с питанием от угольных электростанций за этот же период составят 159,1 грамма на километр, а с питанием от альтернативных источников энергии — всего 30 граммов на километр пути.