Η βιώσιμη κατασκευή μπαταριών χρειάζεται αλυσίδες εφοδιασμού που ελαχιστοποιούν τα κενά διαφυγής ενέργειας και μεγιστοποιούν την ανθεκτικότητα, για το λόγο αυτό η Rebecca Martineau, επικοινωνιολόγος του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) το Μοντέλο Αξιολόγησης Πόρων Μπαταριών Λιθίου-Ιόντων (LIBRA) που καθοδηγεί τις επενδύσεις και την έρευνα για να διασφαλίσει ότι η ανάπτυξη της αποθήκευσης δικτύου και των μπαταριών EV μπορεί να γίνει απρόσκοπτα με προγραμματισμό και πρόβλεψη.
Τεχνολογίες επόμενης γενιάς
Το LIBRA παρακολουθεί την κίνηση στα μέταλλα και άλλα στοιχεία της εφοδιαστικής αλυσίδας, λιθίου, κοβαλτίου, νικελίου, μέσω της εφοδιαστικής αλυσίδας και έχει σχεδιαστεί για να προσαρμόζεται στις εξελίξεις κυττάρων επόμενης γενιάς, σε σχέδια μπαταριών και συστήματα αποθήκευσης και περιλαμβάνει προηγμένους «κόμβους» δράσης που επιτρέπουν στους σχεδιαστές να τροποποιούν παραμέτρους για να προβλέψουν μελλοντικές αλλαγές στην αλυσίδα εφοδιασμού.
Το γεγονός ότι θα χρειαστούν μεγάλοι όγκοι υλικών και εξαρτημάτων σημαίνει ότι το εργαλείο μοντελοποίησης LIBRA δίνει μεγάλη έμφαση στην ανακυκλωσιμότητα και τη βιωσιμότητα ως αυξανόμενο μέρος της εφοδιαστικής αλυσίδας. Αναλυτικότερα...
Ανεξάρτητα από το τι επιφυλάσσει το μέλλον, οι τεχνολογίες επόμενης γενιάς θα απαιτούν μεγάλες ποσότητες ενεργειακών υλικών, τα οποία μερικές φορές μπορεί να είναι σπάνια και δύσκολα προσβάσιμα και κάθε καινοτομία είναι ημιτελής χωρίς ισχυρές και ασφαλείς αλυσίδες εφοδιασμού παραγωγής που να υποστηρίζουν την ανάπτυξή τους.
Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) έχει τονίσει τη σημασία των ασφαλών και ανθεκτικών αλυσίδων εφοδιασμού για την καθοδήγηση της μετάβασης στην καθαρή ενέργεια, αναπτύσσοντας μια ολοκληρωμένη στρατηγική με την υποστήριξη της έρευνας NREL.
Τα μοντέλα αξιολόγησης
Τα μοντέλα υπολογιστών που αναπτύχθηκαν στο NREL παρέχουν λεπτομερείς αξιολογήσεις, συγκριτική αξιολόγηση και αναλύσεις για τον εντοπισμό κενών στην εφοδιαστική αλυσίδα και τη διασφάλιση της ανθεκτικότητας της εφοδιαστικής αλυσίδας.
Στην αιχμή του εθνικού εργαστηριακού συστήματος βρίσκεται ένα τέτοιο εργαλείο - το μοντέλο αξιολόγησης πόρων μπαταριών ιόντων λιθίου (LIBRA) - το οποίο βοηθά τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα τους πολυάριθμους παράγοντες που επηρεάζουν την αλυσίδα εφοδιασμού υλικών μπαταριών ιόντων λιθίου (Li-ion).
Αναπτύχθηκε στο NREL με χρηματοδότηση από την DOE, η LIBRA χρησιμοποιεί ένα ισχυρό μοντέλο δυναμικής συστήματος για να αναλύσει την αλυσίδα εφοδιασμού και να αξιολογήσει την οικονομική βιωσιμότητα της κατασκευής, της επαναχρησιμοποίησης και της ανακύκλωσης μπαταριών Li-ion. 
Μοντέλο αξιολόγησης πόρων μπαταρίας ιόντων λιθίου (LIBRA)
Καθώς οι κυβερνήσεις παγκοσμίως κινούνται προς τη μείωση των ετήσιων εκπομπών άνθρακα μέσω της ηλεκτροκίνησης των οχημάτων και του δικτύου, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν αναδειχθεί ως η προτιμώμενη λύση αποθήκευσης ηλεκτροχημικής ενέργειας, ιδιαίτερα για τα ηλεκτρικά οχήματα (EV).
Οι μπαταρίες Li-ion προσφέρουν απόδοση, πυκνότητα ενέργειας, κόστος και πλεονεκτήματα διάρκειας κύκλου.
Ωστόσο, οι προσπάθειες ηλεκτροδότησης περιπλέκονται από διάφορους διασταυρούμενους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των διαφορών στις αγορές, τις λειτουργίες και τις πολιτικές.
Επιπλέον, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορεί να περιέχουν κρίσιμα υλικά σε έλλειψη, όπως το κοβάλτιο, με ελάχιστους φυσικούς πόρους που διατίθενται στο εσωτερικό.
"Το LIBRA μπορεί να απλοποιήσει τον τρόπο με τον οποίο διάφορες αλλαγές παραγόντων - όπως το κόστος και οι διεθνείς ενέργειες - επηρεάζουν τις μακροπρόθεσμες τάσεις στην αλυσίδα εφοδιασμού μπαταριών", δήλωσε η Maggie Mann, διευθύντρια NREL της ομάδας Mobility Infrastructure and Impacts Analysis.
Επεξεργασία σεναρίων
«Αν και το LIBRA δεν μπορεί να προβλέψει το μέλλον, αυτό το μοντέλο επιτρέπει στους ερευνητές να ρωτούν και να απαντούν σε ερωτήσεις «τι θα γινόταν αν» για να αποκτήσουν γνώσεις για έναν πολύπλοκο και ταχέως εξελισσόμενο κλάδο.
Η LIBRA προσφέρει μια λεπτομερή και συνεπή προσέγγιση για την καθοδήγηση της έρευνας και των επενδύσεων για την εξασφάλιση της εφοδιαστικής αλυσίδας Li-ion, τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών ανακύκλωσης και τη διασφάλιση της ανθεκτικότητας και της βιωσιμότητας για την ηλεκτροκίνηση του δικτύου και των οχημάτων σε εθνικό επίπεδο.
Η δύναμη του LIBRA έγκειται στη δυναμική ανάλυση του συστήματος, η οποία παρακολουθεί την προμήθεια και τη ροή των υλικών και το κόστος με την πάροδο του χρόνου για την κατασκευή και την ανακύκλωση μπαταριών λιθίου.
Το εργαλείο περιλαμβάνει επίσης προηγμένους βρόχους ανάδρασης που ενημερώνουν τις υπολογισμένες αλλαγές σε όλα τα στάδια της αλυσίδας εφοδιασμού.
Επισταμένη πληροφόρηση
Ως αποτέλεσμα, το LIBRA μπορεί να παρέχει βασικές πληροφορίες σχετικά με τη διαθεσιμότητα υλικών για την κάλυψη των αυξανόμενων απαιτήσεων μπαταριών και την αξιολόγηση της ανάπτυξης των βιομηχανιών κατασκευής και ανακύκλωσης, να αξιολογήσει την αυξανόμενη ζήτηση για μπαταρίες Li-ion λόγω της υιοθέτησης της αγοράς EV, συμβάλλοντας στη μείωση των επιπτώσεων από τις παγκόσμιες πολιτικές ενέργειες στις αλυσίδες εφοδιασμού των ΗΠΑ.
«Το LIBRA δείχνει πώς οι τεχνολογικές αλλαγές ή οι αλλαγές της αγοράς μπορούν να επηρεάσουν τις μακροπρόθεσμες τάσεις στην αλυσίδα εφοδιασμού υλικών μπαταριών», δήλωσε ο Dustin Weigl, αναλυτής έρευνας κινητικότητας NREL, όπως «για παράδειγμα, εάν επεκτείνουμε τη διάρκεια ζωής των μπαταριών EV για να μειώσουμε τις συνολικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις των μπαταριών ιόντων λιθίου, πώς μπορεί αυτό να μειώσει τη διαθεσιμότητα ανακυκλωμένων υλικών...; Παίζουν πολλοί παράγοντες».
Εστίαση στη βιωσιμότητα...
Επανειλημμένα, η LIBRA έχει τονίσει τη σημασία της ανακύκλωσης μπαταριών Li-ion ως μέρος του μέλλοντός μας για καθαρή ενέργεια.
Η ανάπτυξη μιας ισχυρής βιομηχανίας ανακύκλωσης μπαταριών ιόντων λιθίου θα συμβάλει στη γεφύρωση ενός κρίσιμου χάσματος στην οικιακή πρόσβαση σε υλικά μπαταριών, ενώ θα μειώσει σημαντικά τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των ηλεκτρικών οχημάτων.
Η βιομηχανία ανακύκλωσης μπαταριών Li-ion στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι σχετικά νέα — ωστόσο, ευτυχώς, η LIBRA είναι σε ετοιμότητα για να καθοδηγήσει την έρευνα και τις επενδύσεις για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών ανακύκλωσης.
«Το LIBRA παρακολουθεί την κίνηση του λιθίου, του κοβαλτίου, του νικελίου και άλλων στοιχείων μέσω της εφοδιαστικής αλυσίδας: πρώτα ως πρώτες ύλες για την κατασκευή καθόδων, στην κατασκευή μπαταριών, στην εγκατάσταση και τέλος στην απόσυρση—όταν η μπαταρία μπορεί να ανακυκλωθεί μέσω υδρομεταλλουργίας, πυρομεταλλουργίας ή άμεσες μεθόδους ανακύκλωσης», είπε ο Weigl.
... και στην ανακύκλωση
«Με τα χρόνια, η LIBRA έχει παράσχει πληροφορίες για την οικονομική βιωσιμότητα των διαφορετικών μεθόδων ανακύκλωσης, υπογραμμίζοντας ακόμη και τις περιφερειακές δυνατότητες της ανακύκλωσης για την αντιστάθμιση των εισαγωγών ορυκτών».
Σε ένα πρόσφατο άρθρο του περιοδικού Resources, Conservation and Recycling, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το LIBRA για να αξιολογήσουν τον αντίκτυπο και τη σημασία της χημείας και της ταξινόμησης των μπαταριών στην αλυσίδα εφοδιασμού της ανακύκλωσης.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που διατίθενται στο εμπόριο περιλαμβάνουν μια σειρά διαφορετικών χημικών στοιχείων και τα ευρήματα δείχνουν ότι η αυτοματοποιημένη ταξινόμηση μπορεί να βοηθήσει τους ανακυκλωτές να επεξεργάζονται επιλεκτικά τις μπαταρίες με βάση το υλικό σύνθεσης.
Ειδικότερα, οι ανακυκλωτές μπορούν να στοχεύσουν χημικές ουσίες υψηλής περιεκτικότητας σε κοβάλτιο για να μεγιστοποιήσουν την ανάκτηση κοβαλτίου, παρέχοντας κίνητρα για επενδύσεις στην ανακύκλωση καθιστώντας την ανακύκλωση πιο κερδοφόρα.
Προσαρμόσιμη, προνοητική ανάλυση
Επί του παρόντος, η LIBRA εξετάζει πέντε διαφορετικούς τύπους EV, ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης και μπαταρίες αποθήκευσης σταθερού δικτύου για να κατανοήσει τις διασυνδέσεις μεταξύ των κατασκευαστών μπαταριών και τις απαιτήσεις της αγοράς, συμπεριλαμβανομένων μελλοντικών εφαρμογών και εξελίξεων.
«Ενημερώνουμε συνεχώς τη δομή και τα δεδομένα του μοντέλου της LIBRA με βάση τις τελευταίες εξελίξεις στις βιομηχανίες μεταφορών και ανακύκλωσης», δήλωσε ο Weigl.
«Οι τεχνολογικές εξελίξεις προχωρούν γρήγορα, αλλά το LIBRA έχει σχεδιαστεί για να προσαρμόζεται με χημείες κυττάρων επόμενης γενιάς, σχέδια μπαταριών και συστήματα αποθήκευσης».
Rebecca Martineau: Επικοινωνιολόγος του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL)
www.worldenergynews.gr
