W dyskusjach na temat ekologiczności zelektryfikowanych samochodów – hybryd i aut elektrycznych – sceptycy często powtarzają mity o małej żywotności akumulatorów trakcyjnych oraz konieczności ich składowania po zakończeniu eksploatacji. Jak to wygląda w rzeczywistości?

Zacznijmy od tego, że żywotność akumulatorów trakcyjnych w hybrydach i samochodach elektrycznych jest tak naprawdę bardzo duża i często przekracza okres eksploatacji pojazdu, zadziwiając nawet specjalistów. Nierzadkie są przypadki aut hybrydowych jeżdżących kilkanaście lat z oryginalnym akumulatorem – wiedeński taksówkarz Manfred Dvorak w ciągu ośmiu lat przejechał swoją Toyotą Prius ponad milion kilometrów bez żadnych napraw układu napędowego.

Takie sytuacje to nie wyjątki, a raczej reguła, której potwierdzeniem są bardzo długie okresy gwarancji na elementy układu napędowego, w tym akumulator trakcyjny. Na przykład Toyota i Lexus na baterie w swoich hybrydach udzielają gwarancji do 10 lat. Z kolei Tesla daje na swoje elektryczne samochody osiem lat gwarancji.

Tajemnica długowieczności

W czym tkwi sekret długowieczności akumulatorów trakcyjnych? Po pierwsze, do ich produkcji wykorzystywane są ogniwa odznaczające się znacznie mniejszą wrażliwością na wielokrotne ładowanie i rozładowanie, niż w przypadku ogniw stosowanych w elektronice powszechnego użytku, np. telefonach komórkowych, kosztem nieco mniejszej gęstości energii. Są one w stanie wytrzymać tysiące cykli ładowania i rozładowania bez zauważalnej utraty pojemności. Po drugie, ogniwa w akumulatorach trakcyjnych pracują w optymalnych warunkach, bez ryzyka nadmiernego rozładowania, przeładowania czy przegrzewania powodującego ich degradację. Dba o to system zarządzania zwany BMS, Battery Management System. To w istocie wbudowany w akumulator specjalny komputer, oplatający ogniwa całą siecią czujników. Pilnuje on, by poziom rozładowania nie spadł poniżej określonego minimum (rzędu 30 procent) i nie przekroczył bezpiecznego maksimum (80 procent), a także aby ogniwa nie nagrzały się nadmiernie podczas ostrej jazdy lub szybkiego ładowania, w razie potrzeby ograniczając przepływ prądu. Dodatkowo akumulatory trakcyjne zaopatrzone są we własną „klimatyzację” – w hybrydach Toyoty są one chłodzone powietrzem, a w pojazdach czysto elektrycznych cieczą, z możliwością podgrzewania do ok. 20 stopni Celsjusza w zimie.

Drugie życie

Co jednak zrobić ze zużytym akumulatorem trakcyjnym? Jak wspomnieliśmy na początku, zużycie akumulatora w okresie eksploatacji samochodu jest sytuacją wyjątkową i w normalnych warunkach raczej się nie zdarza. Jest to jednak możliwe, jeśli pojazd użytkowany jest w ekstremalnych warunkach, w szczególności przy bardzo wysokich temperaturach otoczenia lub w przypadku aut elektrycznych bardzo ciężko eksploatowanych z codziennym użyciem szybkich ładowarek. Za zużyty uważa się akumulator, którego pojemność spadła o 30 procent, co dla samochodu elektrycznego oznacza zmniejszenie zasięgu z 500 do 350 kilometrów. Pozostaje jednak 70 procent pojemności, które wciąż można wykorzystać w innych zastosowaniach. I tak się dzieje.

Zużyte akumulatory trakcyjne wykorzystywane są do gromadzenia energii elektrycznej wytwarzanej przez źródła odnawialne, takie jak farmy paneli fotowoltaicznych czy elektrownie wiatrowe. Znakomitym przykładem może być pionierska instalacja, działająca od kilku lat w siedzibie dyrekcji Parku Narodowego Yellowstone w USA. Zamontowane w pobliżu zabudowań panele fotowoltaiczne sprzężono z podarowanym przez Toyotę zestawem częściowo wyeksploatowanych akumulatorów trakcyjnych pochodzących z hybrydowych Toyot Camry i Lexusów ES. System, w pełni pokrywający zapotrzebowanie dyrekcji Parku na energię elektryczną pozwolił zrezygnować ze spalinowego generatora na olej napędowy i całkowicie wyeliminować emisję spalin oraz konieczność zakupów i transportowania paliwa.

Po sukcesie tego przedsięwzięcia Toyota i Chubu Electric Power zdecydowały o wspólnej budowie systemów magazynowania energii na przemysłową skalę. W 2020 roku ma powstać instalacja o mocy 10 000 kW. Początkowo zostaną w niej użyte baterie niklowo-wodorkowe, stosowane obecnie na masową skalę w hybrydowych samochodach Toyoty. Około 2030 roku Toyota planuje włączanie do użytku w energetyce akumulatorów litowo-jonowych, używanych dziś w hybrydach Prius Plug-in i samochodach elektrycznych. Podobne strategie realizują również inne firmy motoryzacyjne.

Cenne surowce

A co z problemem składowania po zakończeniu eksploatacji? Odpowiedź jest prosta: zużyte akumulatory trakcyjne nie będą trafiać na wysypiska, bo to się zwyczajnie nie opłaca. Zawarte w nich metale – w szczególności nikiel, lit i kobalt – są po prostu zbyt cennymi surowcami, a ich ceny w związku z coraz większym popytem wciąż rosną. Kilogram kobaltu kosztuje dziś ok. 80 dolarów, cena niklu to kilkanaście dolarów za kg. Akumulator trakcyjny samochodu elektrycznego zawiera co najmniej kilka kilogramów kobaltu i kilkadziesiąt kilogramów niklu. Dlatego akumulatory trakcyjne czeka stuprocentowy recykling, tak jak dzieje się to od lat z tradycyjnymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.