Két első díjat nyertek az MTE hallgatói a bécsi European Ballet Grand Prix-n
2023-02-13
Megtörtént az első újszülött korban kiszűrt SMA-s csecsemő génterápiás kezelése Magyarországon
2023-02-14
Show all

A teljes igazság az akkumulátorokról

Az energiatárolás napjaink egyik meghatározó gondja. Gondoljunk csak bele, hány olyan eszközt használunk, mely a mostanában a politikai térbe is bekerült akkumulátorokkal működik, a mobiltelefonoktól kezdve a robotporszívókon át egészen az elektromos autókig. Vajon használatukkor mennyire jut eszünkbe, mi történik a kibányászott nyersanyaggal a gyártósorra kerülés, majd a kütyübe építés során, és mindez jár-e bármiféle környezeti hatással.

Az akkumulátor olyan berendezés, mely elektromos energiát fogad be, tárol, és szükség esetén bocsát ki. Egyes akkumulátorok alacsony szintű energiát fogadnak hosszú időn keresztül, aztán magas szintűt szolgáltatnak rövid idő alatt.

Mások viszont épp ellenkezőleg, nagy mennyiségű energiát fogadnak rövid időn keresztül, majd kis mennyiséget szolgáltatnak hosszú idő alatt. Ám léteznek olyanok is, amelyek be- és kimeneti teljesítménye megegyezik. Az energiát általában ugyanabban a formában továbbítják, mint amilyenben kapták, viszont egyes berendezések másfajta energiát fogadnak és tárolnak, azaz átalakítást végeznek. E rendkívül sokszínű eszköz áldás, ugyanakkor átok is lehet használója számára. Mielőtt erre rátérnénk, nézzük meg, honnan indult nagy ívet leíró pályafutása.

Mióta létezik az akku?

Habár sok korábbi próbálkozás irányult arra, hogy a kémiai energiából elektromosat lehessen nyerni, az egyik legelső, a mai ólom-sav akkumulátorokhoz nagyon hasonló eszközt Gaston Planté francia fizikus és feltaláló alkotta meg 1859-ben.

Henry Tudor ólom-sav akkumulátorral és elektromos fékkel szerelt autót vezet 1902-ben

Henry Tudor ólom-sav akkumulátorral és elektromos fékkel szerelt autót vezet 1902-ben
Forrás. Wikimedia

Első modellje két, gumicsíkokkal elválasztott ólomlemezt tartalmazott, melyet spirál alakúra tekert, és körülbelül 10 százalékos kénsavoldatba merített. A lemezeket egyenárammal többször feltöltve és kisütve (fogyasztóra kapcsolva) elektromosan aktív anyagot alkotott. A kezdetben csekély tárolóképességű berendezést 1881-ben Henri Tudor luxemburgi mérnök-feltaláló fejlesztette tovább azáltal, hogy a sima felületű lemez helyett rácsozott szerkezetűt használt. Ez lett aztán a kereskedelmi forgalomban is teret hódító ólom-sav akkumulátorok előfutára.

E típus elsősorban alacsony költsége, hatékonysága, valamint tartóssága révén a mai napig használatos. Az egyik legnépszerűbb felhasználási területük a hagyományos gépjárművek, főként a belső égésű motorok indítása. Ezt a változatot napjainkra egyre inkább felváltották lítium alapú társaik. A lítiumion-akkumulátor létrehozásával az 1970-es évektől kezdve először Michael Stanley Whittingham brit-amerikai kémikus foglalkozott, aki a technológiával végzett munkásságáért később többedmagával Nobel-díjban is részesült. A kezdetben még titán-szulfid katódot és lítium anódot tartalmazó eszköz azonban kisebb üzemzavar hatására is villámgyorsan felforrósodhatott, mely jobb esetben az akkumulátor megolvadásához, rosszabb esetben felrobbanásához vezethetett.

Ismert hibájuk ellenére több vállalat is belefogott a Li-ion-akkumulátorok fejlesztésébe, tekintve az ólom-savashoz képest jóval nagyobb volt az energiatároló-képességük, ami nagy lehetőségeket rejtett. (Később a katódot a már jóval megbízhatóbb, többrétegű lítium-kobalt-oxid alkotta.) Mindez 1991-re odáig vezetett, hogy kereskedelmi forgalomban is megjelentek az elektronikai termékekbe – elsőként a Sony eszközeibe – épített lítiumion-akkumulátorok. Nem véletlen, hiszen könnyű súlyuk és alacsony helyigényük miatt könnyen használhatóvá váltak kis méretű elektronikai berendezésekben, akár mobilokban is.

Egy tonna lítiumhoz kétmillió liter víz kell

Ugyan a lítium akkumulátor létjogosultságához kétség sem fér, mégis amennyire elterjedt és népszerű ipari termékről beszélhetünk, legalább ennyire aggályos hátrányokkal rendelkezik. Kezdjük talán névadó alapanyagával, a lítiummal.

A világ termelésének jelentős szereplője az úgynevezett dél-amerikai lítiumháromszög, azaz Argentína, Chile és Bolívia sós medencéi, ahol a bányászok hatalmas mennyiségű víz felhasználásával – sóoldat formájában – hozzák felszínre a nyersanyagot. Ez az elegy aztán lepárló tavakba kerül, melyekben akár 12-18 hónapig is eltarthat, amíg a lítiumot tartalmazó szilárd sók kiválnak.

A bolíviai Salar de Uyuni a világ egyik legnagyobb lítiumkészletét rejtő sós medence

A bolíviai Salar de Uyuni a világ egyik legnagyobb lítiumkészletét rejtő sós medence
Forrás: Wikimedia

E kinyerési módszerrel egy tonna lítium előállításához nagyjából kétmillió liter víz szükséges, mely az egyébként is száraz andoki térségben ritka kincs. Emellett a különböző folyamatok során alkalmazott vegyi anyagok mennyisége, illetve a hátramaradó, fel nem használt elegyrészek beszivárgása a vízrendszerekbe jelentős környezeti problémákat okozhat.

A modern akkumulátorok másik lényeges összetevője a kobalt. A világon a legnagyobb mennyiségben a Kongói Demokratikus Köztársaságban bányászott fém kinyeréséhez ugyancsak vegyi anyagok szükségesek, ám a környezetszennyezés mellett egy igencsak jelentős emberjogi probléma is megbújik: a térség elszegényedett lakosságát ugyanis csaknem rabszolgaként dolgoztatják a bányákban.

A balesetveszélyes munkakörülmények mellett a védőfelszerelés hiánya és az, hogy gyakorlatilag puszta kézzel bányásszák az ércet, amitől a munkások nagyon komolyan ki vannak téve a szennyező anyagoknak, amelyekről kimutatták, hogy veleszületett egészségügyi rendellenességeket okoznak az utódok egy részénél, súlyos aggodalmakat vet fel, nem beszélve arról, hogy gyakran gyermekeket dolgoztatnak.

Embertelen módon, gyakorlatilag csak puszta kézzel dolgoztatott afrikai kobaltbányászok

Embertelen módon, gyakorlatilag csak puszta kézzel dolgoztatott afrikai kobaltbányászok
Forrás: Flickr.com

Mindazonáltal e munkalehetőség kongóiak millióinak biztosít megélhetést, így a tevékenység beszüntetése talán még nagyobb, humanitárius katasztrófával fenyegetne.

Gyártási lábnyom, rengeteg vízzel

Ha rendelkezésre állnak a szükséges nyersanyagok, irány az üzem, kezdődhet az akkumulátor összerakása. A modern, precíz, steril, szinte kutató-laboratóriumokra emlékeztető hangulatú gyártósorokat szemlélve már-már arra gondolhatnánk, eme utópisztikus világról elképzelhetetlen, hogy bárkinek, vagy bárminek is ártson.

A Tesla, Berlinben épülő giga akkugyára

A Tesla, Berlinben épülő giga akkugyára
Forrás: Wikimedia, commons

Sajnos azonban a működtetéséhez szükséges energiamennyiség és a karbonlábnyom árnyképe hamar kibillent minket az álomszerű közegből. Talán némi vigaszt nyújthatna, hogy a gyártás nagyban függ az adott ország energiaszerkezetétől, ám a legtöbb olyan helyen, ahol ezeket gyártják, mint Kína, Lengyelország, Németország vagy Thaiföld, a villamos energia előállítása nagyrészt fosszilis tüzelőanyagok (földgáz, kőolaj, kőszén) elégetésére támaszkodik. Hazánkban a termelés legnagyobb hányadát a hasadóanyagból nyert villamos energia teszi ki, így a szén-dioxid-kibocsátást tekintve jobban állunk a versenytársaknál.

Ami viszont minden országban rányomja a bélyegét az akkumulátor-előállításra, az a rendkívül magas vízigény.

Akárcsak a hozzá szükséges nyersanyagok bányászata, az eszköz bizonyos összeszerelési fázisai is megkövetelik a lehetőleg minél tisztább és minél nagyobb mennyiségű vizet. Ilyen mozzanat például az elektródagyártás, mely során először az anód lemezeinek bevonatához, majd a szárításukhoz alkalmazott túlhevített gőzhöz, továbbá a különféle berendezések hűtéséhez szükséges ioncserélt víz. A technológiával a legnagyobb probléma, hogy mindössze a betáplált vízmennyiség negyedéből tudnak ilyen vizet előállítani, emellett pedig az üzemből kikerülő szennyvízzel még a legszigorúbb szabályozás ellenére is különböző toxikus anyagok juthatnak a környezetbe. Az akkumulátorgyártó vállalatok ezért üzleti érdekeiket szem előtt tartva ­– s leginkább a lakossági ellenállás kibontakozásának elkerülése érdekében – igyekeznek ezeket az információkat a legnagyobb titokban tartani.

Nyugtalanító válaszok az újrahasznosítással kapcsolatban

Felmerülhet így a kérdés, hogy akkor egy ilyen akkumulátorral szerelt e-autó karbonlábnyoma mitől lenne kevesebb. Már német kutatások is rámutattak, hogy egy elektromos autó gyártása 74 százalékkal több szén-dioxid kibocsátásával jár, mint egy hagyományos személygépjármű előállításának, így egy elektromos autóval közel 52 ezer kilométert kellene megtennünk ahhoz, hogy a szénlábnyoma a benzines, illetve dízelautóké alá csökkenjen. Persze ez még jó eredménynek számít, ha a hagyományos autók élete során átlagosan megtett több százezer kilométert nézzük.

Az összképhez az is hozzátartozik, hogy bár az elektromos autók helyi szén-dioxid-kibocsátása nulla, vagyis nem pöfögik össze a várost kipufogógázzal, regionális léptékben azonban a feltöltésükhöz szükséges villamos energiát lehet, hogy éppen egy szénerőmű termeli meg, azaz földrajzilag máshol, de ugyanúgy hozzájárulnak a levegőszennyezéshez.

Arról nem is beszélve, hogy egy elektromos autó egyéb, más alkatrészeinek előállítása (a fosszilis energiatermelésen túl) milyen nem megújuló erőforrásokat igényel. Egy korábbi cikkünkben már kifejtettük, mekkora környezeti lábnyommal rendelkezhetnek az elektromos autók, és milyen kutatások folynak az akkumulátorok továbbfejlesztésével kapcsolatban.

Tegyük fel, hogy kész a termék, azt beszerelik egy autóba, működik egy ideig, majd elhasználódik és kidobják. Na, de mi lenne, ha inkább újrahasznosítanák? A lehetőségek attól függenek, hogy milyen járműről beszélünk: ólom-sav akkumulátorral szerelt belső égésű motorúról, vagy Li-ion technológiával rendelkező elektromosról. Előbbinél a tanulmányok szerint jelenleg 99,3 százalékos az újrahasznosítás aránya, alkatrészeinek többsége szerepet játszhat akár egy új akkumulátor előállításában is.

A második esetben viszont technológiailag ugyan lehetséges az újrahasznosítás, de jóval bonyolultabb módon. Emiatt az e-autók akkumulátorainál az iménti értéknek csak a töredéke, becslések szerint mindössze 5 százalékos az újrahasznosítás aránya. A lítium kinyerése az ilyen típusú akkumulátorokból nagyobb odafigyelést, szakértelmet és biztonsági előírásokat igényel, emiatt természetesen az újrahasznosítás jóval költségesebb folyamat az előzőnél.

Eközben egy másik, leginkább az elektromos járművek akkumulátorait érintő lehetőség is bontogatni kezdte szárnyait. Egy ilyen kiszerelt akku az autók meghajtására ugyan már nem, viszont egy szigetüzemű (vagyis semmilyen áramhálózathoz nem csatlakozó, saját belső rendszert működtető) napelem által termelt többletenergia befogadására és tárolására továbbra is alkalmas lehet.

Szerencsére az ilyen kiszolgált akkumulátorok nem használódnak el olyan nagy mértékben, hogy gondot okozna a kezelésük, vagy újrafelhasználásuk, de igencsak hamarosan ez utóbbira is legalább akkora erőfeszítéseket kell majd tenni, mint a jelenleg milliárdos üzletnek látszó gyártásra. Különben nagy gondok elé nézhetünk…

Cikk küldése e-mailben

Comments are closed.