W Chinach powstaje rekordowy magazyn energii oparty o nowe ogniwa wanadowe

Jak podaje portal WysokieNapiecie.pl, powstający w Chinach ogromny magazyn energii elektrycznej ma mieć moc 200 MW, ale nie jego moc jest najważniejsza w tym przedsięwzięciu. System oparty ma być na ogniwach wykorzystujących wanad zamiast litu, co jest ważnym przełomem technologicznym i ekonomicznym.

Ogniwa wanadowe jako alternatywa dla ogniw litowo-jonowych

Fotowoltaika od Columbus Energy

Zalety ogniw litowo-jonowych są szeroko znane. Akumulatory takie szybko się ładują, działają z dużymi prądami i zapewniają wysoką gęstość energii. Są niezastąpione w małych urządzeniach elektronicznych i pojazdach elektrycznych. Technologia litowo-jonowa ma także ciekawe perspektywy rozwoju – w laboratoriach już opracowuje się kolejną generację ogniw opartych o lit, tj. ogniwa litowo-siarczkowe z stałym, polimerowych elektrolitem.

Problem z szerokim stosowaniem ogniw litowo-jonowych skupia się jednak na ekonomicznym i gospodarczym aspekcie technologii, przede wszystkim na dostawach litu. Zasoby tego pierwiastka są ograniczone, szczególnie te łatwo dostępne (a co za tym idzie tanie w eksploatacji). Jako że ogniwa li-ion zużywają się podczas eksploatacji, konieczne jest stworzenie ciągłego łańcucha dostaw litu do produkcji akumulatorów oraz recyklingu zużytych ogniw.

Powyższe problemy skłaniają badaczy na całym świecie do poszukiwania alternatyw dla litu. Jedną z nich jest wanad. Własności tego metalu znane są już od dawna, ale jak dotąd podstawowe zastosowania wanadu w przemyśle to produkcja szlachetnych stali stopowych oraz katalizatorów (głównie wanadowo-tytanowych) do produkcji kwasu siarkowego.

Ciekawe własności elektrochemiczne wanadu pozwalają na wykorzystanie go do produkcji ogniw typu redox flow. System taki wykorzystuje własności jonów wanadu w roztworze elektrolitu do gromadzenia energii elektrycznej w nim zawartej. Idea takiego ogniwa znana jest od dawna. Jego główną zaletą jest teoretycznie nieskończona pojemność – zależy ona tylko od objętości elektrolitu.

Inwestycje w ogniwa wanadowe

Tego rodzaju inwestycje powstają już w Chinach, ale są dosyć małe. Instalacja w Zaoyang w prowincji Hubei uruchomiona została w zeszłym miesiącu. Ma ona moc 3 MW i pojemność 12 MWh, a docelowo ma mieć, odpowiednio 10 MW i 40 MWh. System zbudowany został przez kanadyjską spółkę VRB. W Dalian, również w Państwie Środka, amerykańska firma buduje o wiele większy magazyn. Ta rekordowa instalacja uruchomiona ma zostać w przyszłym roku. Docelowo system ma mieć 200 MW mocy i pojemność aż 800 MWh. To dwa razy więcej niż słynny magazyn wybudowany przez Teslę w Australii Południowej.

Najciekawszym jednak aspektem nowej instalacji jest wykorzystanie technologii ogniw wanadowych. O ile technologia tych ogniw nie jest tak fascynująca, to aspekt ekonomiczny już jest. Jeśli weźmiemy pod uwagę koszty zakupu, to ogniwa wanadowe wcale nie są opłacalne. Koszt 1 kWh magazynu z ogniwami z tego metalu wynosi około 300 dolarów. Dla porównania analogiczny koszt dla obecnych ogniw litowo-jonowych wynosi 200 dolarów, a w przyszłości – jak zapewnia Elon Musk – zredukowany ma być do ceny poniżej 100 dolarów/kWh. Z drugiej strony natomiast ogniwa wanadowe mają o wiele dłuższy czas życia niż litowe. Akumulator taki jest w stanie wytrzymać kilkukrotnie więcej cykli ładowania i rozładowania niż ogniwo jonowe, więc w szerszym aspekcie jego eksploatacja (z wyliczeniem kosztów okresowej wymiany) będzie tańsza.

Rynek cen i popyt na wanad

Na koszt ogniwa składa się w około 30% cena wanadu. Jest to jedyny składnik ceny tych ogniw, który nie podlega ekonomii skali, a dodatkowo nie bez znaczenia jest dostępność i związana z nią cena tego pierwiastka.

Rocznie wanadu wydobywa się około 100 tysięcy ton. Największe wydobycie (35% światowej produkcji) notuje się w Chinach. Na kolejnych miejscach jest Rosja (25%) i Republika Południowej Afryki (20%). Do podium aspiruje także Brazylia (12%), a pozostali gracze dzielą wśród siebie pozostały, niewielki odsetek.

Głównym odbiorcą, wykorzystującym aż 86% produkcji tego metalu, jest stalownictwo. Łącznie ponad 90% wanadu trafia do hut, gdzie produkowane są stopy z jego wykorzystaniem, głównie stale. Energetyka wykorzystuje obecnie jedynie 5% światowej produkcji wanadu, więc czeka ją ciężka konkurencja z branżą stalowniczą.

Na szczęście wanad dobrze się odzyskuje ze złomu. Źródłem tego metalu mogą być stale, ale także złomowane ogniwa typu redux flow czy katalizatory. Jak szacują analitycy, w USA poziom recyklingu tego pierwiastka sięga 40%, a w Unii Europejskiej, jak podają dane Komisji Europejskiej, 44%.

Wanad nie wszędzie na świecie uważany jest za pierwiastek strategiczny. O ile w UE gości na liście najważniejszych surowców, to Amerykanie niedawno obniżyli jego pozycję na liście istotnych surowców dla swojej gospodarki. Współczynnik zastępowalności tego pierwiastka, który mówi o tym jak trudno bądź łatwo jest zastąpić go w gospodarce czymś innym, wynosi ponad 0,9, co oznacza, że metal ten jest trudny do zastąpienia.

W Europie większość wanadu jest importowana (85% całego zużycia) – import pochodzi z Rosji (aż 85%). Pozostała część dostarczana jest przez Chiny i RPA.

Amerykanie szerokie zastosowania wanadu przewidują już od początku tej dekady, głównie na rzecz magazynów energii. Szacuje się, że ograniczona podaż tego metalu w połączeniu z dużym popytem ze strony przemysłu stalowego i – od teraz – energetycznego, sprawi, że ceny wanadu zaczną istotnie rosnąć. Od 2016 roku właśnie tak się dzieje. Ceny notowane w zeszłym roku były wyższe niż w 2017, a wiele wskazuje, że i w tym roku trend zwyżkowy utrzyma się.

Na cenę tego pierwiastka obecnie największy wpływ ma popyt ze strony hutnictwa stali, a nie sektor energetyczny. Popyt ten z kolei zależy od światowej koniunktury, która zwyżkuje w ostatnich latach, czym należy tłumaczyć rosnące ceny wanadu. Nie należy ich wiązać z popularyzacją tego metalu w ogniwach w przemyśle energetycznym, bo wykorzystuje się go tam zbyt mało. Sukcesy tego rodzaju ogniw mogą jednak niebawem zmienić układ sił i to energetyka będzie rządzić cenami wanadu, a nie przemysł stalowy.