Viitorul industrial ecologic al Europei poate depinde de un ingredient de bază din gospodăriile noastre: sarea de bucătărie.
Dr. John Abou-Rjeily, cercetător la Tiamat Energy, în Franța, utilizează sodiul pentru a dezvolta baterii reîncărcabile. Sodiul este un element al unui compus ionic denumit clorură de sodiu în limbajul științific, adică sarea obișnuită.
Surse de aprovizionare
Ideea care stă la baza bateriilor sodiu-ion este reducerea dependenței Europei de bateriile litiu-ion care alimentează totul, de la periuțe de dinți și telefoane mobile până la mopeduri și autovehicule.
Bateriile actuale conțin materiale cum ar fi litiul, nichelul și cobaltul, care sunt rare și toxice, în timp ce sodiul este unul dintre elementele care se găsește din abundență pe Pământ.
„Bateriile sodiu-ion se bazează pe materiale disponibile în cantități mai mari și mai sigure decât bateriile litiu-ion”, spune Abou-Rjeily. „Nu există suficienți ioni de litiu, cobalt și nichel pentru a satisface nevoile tuturor”.
Dr. Abou-Rjeily este inginer de cercetare și dezvoltare la Tiamat, care concepe și produce baterii sodiu-ion.
Abou-Rjeily a condus un proiect de cercetare finanțat de UE pentru dezvoltarea de baterii sodiu-ion atractive din punct de vedere comercial, care să servească drept o nouă bază pentru sectorul european de producție.
Denumit NAIMA, proiectul s-a derulat din decembrie 2019 până în mai 2023. La proiect au participat societăți comerciale, instituții de cercetare și universități din Bulgaria, Belgia, Franța, Germania, Slovenia, Spania, Suedia și Țările de Jos.
Încărcarea bateriilor
Bateriile sunt esențiale pentru ambiția Europei de a înlocui combustibilii fosili cu surse regenerabile de energie, cum ar fi energia eoliană sau solară. Pentru ca Europa să aibă mai multă energie nepoluantă, este nevoie de noi capacități de stocare, capacități pe care le pot aduce bateriile.
Piața europeană a bateriilor ar putea valora nu mai puțin de 250 miliarde de euro anual în 2025. Europa își propune să crească cota sa globală de producție de celule de baterii până la 25% în acest deceniu față de 3% în 2018, luând din dominația Asiei, care are acum o cotă de 85%.
UE finanțează o gamă variată de proiecte de cercetare pentru a se asigura că Europa are o bază industrială și o rețea de aprovizionare capabile să satisfacă cererea crescândă de baterii.
Cercetările acoperă toate segmentele lanțului de aprovizionare – de la accesul la materiile prime necesare pentru fabricarea bateriilor și infrastructura necesară pentru stocarea energiei până la „rețelele inteligente” care încarcă automat vehiculele atunci când energia este cea mai ieftină și modelele de baterii care asigură reciclarea.
Bateriile litiu-ion pot stoca multă energie într-un spațiu mic, fiind alegerea câștigătoare pentru telefoanele inteligente și autovehiculele electrice. Bateriile sodiu-ion sunt ceva mai mari și potențial mai ieftine, fiind o opțiune de luat în seamă pentru stocarea energiei în locuri cum ar fi locuințele, uneltele electrice și vehiculele mici.
Filiera franceză
Abou-Rjeily, chimist originar din Liban, s-a mutat în Franța în 2016 pentru a-și urma interesul său față de sustenabilitatea ecologică.
Se simte ca acasă la compania Tiamat, ale cărei baterii sodiu-ion nu conțin litiu, cobalt și cupru și, în mare parte, evită și nichelul. Compania este o societate de tip spin-off desprinsă din Centrul Național Francez pentru Cercetare Științifică (CNRS), care s-a numărat printre participanții la NAIMA.
ASTĂZI PE SPOT:
Litiul, cobaltul, cuprul și nichelul se află pe o listă a UE de materii prime critice, evidențiind îngrijorările din Europa în legătură cu dependența de furnizorii străini și dificultățile de aprovizionare.
De exemplu, când vine vorba de bateriile litiu-ion la nivel mondial, China a fabricat aproape 80% dintre acestea în 2021.
Mai mult, se așteaptă ca majoritatea producției mondiale de baterii litiu-ion să fie direcționată către industria auto.
Potrivit lui Abou-Rjeily, Tiamat intenționează să deschidă în 2026 o mega-fabrică în orașul francez Amiens, unde va produce baterii sodiu-ion potrivite inițial pentru echipamente cum ar fi unelte electrice.
Acesta spune că NAIMA a contribuit la dezvoltarea know-how-ului companiei în domeniul bateriilor.
De asemenea, proiectul a ajutat partenerii să realizeze progrese în legătură cu un tip de baterie sodiu-ion pentru stocarea energiei din surse regenerabile. Acest tip de baterie ar putea fi adecvat într-o zi și pentru unele autovehicule.
Potrivit lui Abou-Rjeily, deși nu ar putea concura vreodată cu capacitatea bateriilor litiu-ion care asigură parcurgerea a până la 500 de kilometri, acest tip de baterie sodiu-ion ar putea fi mai competitiv pe distanțe mai mici.
„Ar putea fi mai ieftine pentru deplasările pe distanțe scurte și medii”, spune acesta.
Baza de acasă
O legătură energetică între autovehicule și locuințe prin intermediul bateriilor sodiu-ion este viziunea dr. Magdalena Graczyk-Zajac, profesor invitat la Universitatea Tehnică Darmstadt din Germania.
Aceasta lucrează și ca electrochimistă la compania germană de energie EnBW și este implicată într-un proiect finanțat de UE pentru dezvoltarea unei baterii sodiu-ion pentru locuințe. Proiectul, denumit SIMBA, urmează să se încheie în iunie 2024, după trei ani și jumătate.
Graczyk-Zajac creionează un viitor în care energia captată de panourile fotovoltaice montate pe locuințe este stocată într-o baterie sodiu-ion reîncărcabilă din gospodărie. După aceea, bateria ar urma să alimenteze cu energie locuințele și să încarce vehiculele electrice ale membrilor gospodăriei.
Graczyk-Zajac spune că un astfel de scenariu ar însemna o reducere considerabilă a costurilor cu transportul.
„Ai putea conduce mașina gratuit timp de opt, nouă luni dintr-un an”, spune aceasta.
Câștiguri pentru gospodării
Deși bateriile sodiu-ion și cele litiu-ion funcționează într-un mod similar, ionul de sodiu este mai mare decât cel de litiu. Acesta este unul dintre motivele pentru care bateria sodiu-ion ocupă ceva mai mult spațiu.
Pentru stocarea acasă, o astfel de baterie ar putea fi amplasată la subsol sau într-un garaj, astfel că nu ar conta prea mult dacă bateria este puțin mai mare, potrivit lui Graczyk-Zajac.
SIMBA, la care participă aproape 20 de institute de cercetare, universități și companii din întreaga Europă, a îmbinat câteva componente esențiale ale unei baterii sodiu-ion pentru locuințe, în vederea testării în laborator.
O parte, anodul, este din carbon dur și poate fi fabricată din lemn sau biodeșeuri. Cealaltă, catodul, poate fi fabricată dintr-un material denumit „alb de Prusia”.
Catozii de litiu-ion conțin frecvent cobalt, în timp ce acest catod din alb de Prusia conține fier, un metal care se găsește în cantități mai mari și este mai ieftin.
Acest catod a fost dezvoltat de Altris, o societate de tip spin-off creată în 2017 și desprinsă din Universitatea Uppsala (Suedia), unul dintre participanții la SIMBA.
Altris a ajuns în centrul atenției în noiembrie 2023, când partenerul său industrial, societatea Northvolt din Suedia, a anunțat că va produce baterii cu acest catod în Europa.
În general, bateriile sodiu-ion promit gospodăriilor din Europa ocazia de a avea energie mai ieftină și mai nepoluantă.
De asemenea, aceste baterii oferă perspectiva unor câștiguri financiare prin stocare și, ulterior, fie prin vânzarea în rețea a electricității neutilizate, atunci când producția casnică depășește necesarul, fie prin utilizarea acesteia în propria locuință.
Graczyk-Zajac recomandă ultima opțiune de utilizare.
„Un consumator casnic ar economisi mai mulți bani păstrând și utilizând acea energie”, spune aceasta.
Articol scris de Anthony King
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate prin programul Orizont al UE. Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene.
Mai multe informații
- NAIMA
- SIMBA
- Cercetarea și inovarea finanțate de UE în domeniul energiei
- Alianța europeană pentru baterii
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.