Blog, Studii de caz
Mai multă claritate cu privire la impactul asupra sustenabilității al bateriilor Li-ion în comparație cu VRLA pentru aplicațiile UPS
Piața bateriilor litiu-ion a crescut în ritm constant și este de așteptat să își continue evoluția ascendentă în următorii ani (cu o rată anuală compusă de creștere CAGR de 12,3% din 2021 până în 2030). Această creștere se datorează parțial expansiunii pieței de vehicule electrice (EV) și a popularității acestor baterii în rândul producătorilor de automobile datorită dimensiunilor și greutății reduse, precum și duratei de viață mai lungi. Din motive similare, a existat, de asemenea, interes și cerere în creștere pentru bateriile li-ion ca înlocuitor pentru bateriile plumb-acid reglate prin supapă (VRLA) în aplicațiile UPS.
Însă factorii de decizie din centrele de date și alți profesioniști IT au nevoie de puțină claritate. Ei văd știrile care fac referire la pericolele și problemele de mediu asociate bateriilor li-ion, care ridică întrebări sau îngrijorări cu privire la înțelepciunea de a alege li-ion în detrimentul VRLA și impactul pe care îl pot avea asupra atingerii obiectivelor lor de sustenabilitate corporativă. Aceste articole au inclus afirmații privind munca copiilor în extracția cobaltului (un material utilizat în unele baterii li-ion) și intensitatea excesivă a utilizării carbonului în fabricarea acestor baterii, preocupări cu privire la siguranța acestora în timpul transportului și în timpul utilizării și incertitudini cu privire la modul în care aceste baterii vor fi manipulate odată ce ajung la sfârșitul duratei de viață utilă.
Problema este următoarea: aceste povești oferă de obicei o imagine incompletă, deoarece se concentrează doar pe anumite aspecte (negative) ale bateriilor li-ion. Când analizăm bateriile li-ion în mod holistic pe parcursul ciclului de viață, în comparație cu tehnologia VRLA, vedem o imagine diferită. Recent, am colaborat la un whitepaper cu Ray Lizotte, Senior Sustainability Engineer în cadrul companiei noastre, pentru a ajuta la lămurirea confuziei. În acest document demonstrăm că, deși există anumite aspecte cu un impact mai mare asupra mediului decât VRLA, în general, li-ion are un impact mai mic asupra mediului pe parcursul ciclului de viață. În plus, anticipăm noi îmbunătățiri în viitor. Discutăm fiecare parte a ciclului de viață, împărțită în 3 faze principale: lanțul de aprovizionare, funcționarea și sfârșitul vieții. Iată câteva puncte și concluzii importante ale lucrării.
Lanțul de aprovizionare - Multe dintre întrebările și concepțiile greșite pe care le auzim se referă la lanțul de aprovizionare. Acesta include extracția materiilor prime, procesul de fabricație în sine și apoi distribuția și transportul bateriilor.
Extracția materiilor prime - Există o presupunere generală că, deoarece bateriile li-ion necesită minerit pentru a obține litiu (comparativ cu VRLA care utilizează în principal plumb reciclat), este dăunător pentru mediu. Dar când ne uităm la extracția materiilor prime, există trei considerente principale care determină impactul asupra mediului:
(1) toxicitatea procesului,
(2) siguranța și etica practicilor miniere și
(3) masa de materie primă necesară.
În acest whitepaper explicăm modul în care masa mai mică de materie primă și o scădere semnificativă a toxicității li-ion duc la un impact general mai mic asupra mediului în faza de aprovizionare cu material a ciclului de viață.
Procesul de fabricație - O concepție greșită des întâlnită este că, deoarece o baterie Li-ion este un „sistem” mai complex în ceea ce privește componentele necesare funcționării în siguranță (cum ar fi sistemul de gestionare a bateriei și dispozitivele de comutare), are un impact mai mare asupra mediului în timpul procesului de fabricație. Cu toate acestea, pentru instalațiile tipice, când este luată în considerare înlocuirea bateriilor la finalul duratei lor de viață, impactul asupra mediului al producției sistemelor li-ion este mai mic decât cel al sistemelor VRLA, chiar și luând în considerare echipamentul adăugat.
Distribuție și transport - Există adesea preocupări de siguranță aduse în discuție de acest subiect. Este adevărat că reglementările și procesele din jurul transportului li-ion sunt mai complexe. Dar un factor important în impactul asupra mediului pe care îl au distribuția/ transportul are de-a face cu greutatea sistemului. Deci, deși complexitatea distribuției și transportului este crescută, greutatea mai ușoară a li-ionului față de VRLA permite reducerea impactului asupra mediului.
Operare - Când vorbim despre faza de funcționare sau „utilizare” a bateriilor UPS, principalele considerații de mediu se referă la instalare și manipulare, consumul de energie și emisiile de CO2 asociate acestuia și durata de viață a bateriei.
Instalare și manipulare - Principalul factor care influențează diferența de impact asupra mediului al celor două tipuri de baterii în timpul instalării și manipulării este dat de diferențele de greutate. Deși un impact general minor, greutatea mai ușoară a li-ionului și nevoia de înlocuiri mai rare sau chiar deloc a bateriei li-ion pe durata de viață au ca rezultat scăderea impactului asupra mediului în timpul instalării și manipulării, comparativ cu VRLA.
Consumul de energie și emisiile de carbon - Întrebarea comună aici este legată de emisiile de CO2 generate din energia consumată. UPS-urile sunt produse bazate pe utilizare, cu peste 90% din emisiile sale având loc în această fază. Deși bateriile reprezintă un mic procent din acea energie, pentru a menține bateriile li-ion încărcate este necesară aproximativ jumătate din energia necesară pentru bateriile VRLA, rezultând o scădere a emisiilor de CO2 pe durata de funcționare a bateriilor.
Durata de viață - Durata de viață mai lungă a bateriei li-ion (de obicei peste 10 ani în comparație cu 3-5 ani pentru VRLA) este factorul cheie pentru o eficiență operațională îmbunătățită și un impact general mai scăzut asupra sustenabilității. Cu cât sunt necesare mai multe înlocuiri ale bateriei VRLA de-a lungul vieții, cu atât performanțele li-ion sunt mai bune.
Sfârșitul vieții - Poate cel mai controversat subiect privind sustenabilitatea are de-a face cu ceea ce se întâmplă cu bateriile când ajung la sfârșitul duratei de viață. Bateriile VRLA au practici mature de reciclare. Dar există o doză de incertitudine când vine vorba de li-ion, deoarece tehnologiile și procesele de reciclare sunt încă în curs de dezvoltare.
Aplicații pentru a doua viață (2nd life) - Utilizările secundare calificate pentru bateriile UPS li-ion, cum ar fi aplicațiile de microrețea, le permit să continue să ofere valoare dincolo de primul scop proiectat. Piața EV deschide calea pentru aceste aplicații de a doua utilizare. Abordarea furnizorilor de UPS care se angajează în această strategie asigură că bateriile fabricate astăzi vor ajunge la adevăratul sfârșit de viață atunci când economiile reciclării sunt rentabile.
Reciclare - Deși infrastructura de reciclare nu este încă matură, există un grad ridicat de încredere că va exista un sistem de reciclare pe deplin funcțional și economic până în momentul când primele UPS-uri cu li-ion vor ajunge la sfârșitul duratei de viață. Asta pentru că:
• valoarea metalelor este în creștere, conducând economia către reciclare
• piața EV stimulează investițiile și cercetarea în reciclare
• reglementările stimulează și mai mult maturitatea în reciclare
Companii precum li-cycle fac progrese semnificative pentru industrie. Procesul lor hidrometalurgic, de exemplu, pretinde că susține toate componentele chimice și formatele bateriilor li-ion, recuperează peste 95% din materialele constitutive găsite în bateriile litiu-ion și evită depozitarea deșeurilor în timpul procesului.
Evaluarea întregului ciclu de viață - Concluzia este că cel mai mult contează să privim holistic atunci când comparăm diferențele de impact asupra mediului și social ale celor două tipuri de baterii. Nu este un subiect cu verdict alb sau negru, dar luând în considerare toate aspectele de pe parcursul ciclului de viață, bateriile li-ion au un impact mai scăzut asupra sustenabilității. Lucrarea aprofundează mult mai mult fiecare dintre fazele ciclului de viață, concepțiile-cheie greșite și variabilele care influențează sustenabilitatea, folosind VRLA ca element de raportare pe parcurs. Consultați lucrarea aici (White Paper 71), „Understanding the Total Sustainability Impact of Li-ion UPS Batteries”.