Следващото поколение чипове за електромобили може да са от дърво

Айвън Уилямс смята, че може да помогне да се прекъсне господството на Китай върху ключова съставка в батериите за електрически превозни средства. За да направи това, той събира дървени стърготини от дъскорезници по целия свят, пише Wall Street Journal.

В тестови завод в живописния винен регион Марлборо в Нова Зеландия, Уилямс и екипът му изсипват остатъци от дървесина в машини, които произвеждат форма на синтетичен графит. Той казва, че този материал е толкова чист, колкото синтетичния графит, произведен от изкопаеми горива в Китай и може да представлява половината от теглото на литиево-йонна батерия.

Това поставя управляваната от Уилямс компания CarbonScape на първа линия в усилията на развитите страни да намалят зависимостта си от Китай по отношение на важни минерали, които задвижват енергийния преход. Графитът е определен като стратегически значим минерал в САЩ и Европейския съюз (ЕС), където властите се надяват да насърчат добива на местно ниво, като помогнат за финансирането на нови проекти.

„Нашата мисия е да декарбонизираме производството на батерии“, споделя Уилямс, който вярва, че технологията може да се използва навсякъде с достатъчно дървени отпадъци. „Това решава и някои други проблеми, включително локализирането на веригите на доставки“, добавя той.

Китай предизвика шокови вълни през пазарите на метали за батерии през октомври, когато заяви, че ще затегне контрола върху износа на графит, позовавайки се на опасения за националната сигурност. Смята се, че страната произвежда 60% от световния естествен графит, добиван от земята, и 69% от синтетичния графит. Страната рафинира почти всички обеми чист графит, използван в литиево-йонните батерии.

Затягането на контрола върху износа от страна на Китай е напомняне за уязвимостта на световните стокови пазари към геополитически напрежения, вече подчертана от бурните колебания в цените на суровия петрол, природния газ и пшеницата поради войната в Украйна. Решението на Пекин да изисква разрешителни за износ на някои графитни продукти от 1 декември е предхождано от мярката на САЩ за затягане на ограниченията за достъпа на китайски компании до полупроводници.

Намирането на алтернативни доставки на ключови стоки не е лесно. Изграждането на мина може да отнеме години, особено в развитите страни със строги процедури за издаване на разрешителни. Обещаващата технология може да не е тествана в голям мащаб, като разработчиците често се нуждаят от средства за разширяване. Правителствената подкрепа може отпадне, когато нов лидер поеме властта.

В технологията на батериите иновациите се случват по начини, които биха могли да преначертаят перспективите за търсенето на графит, което според Международната агенция по енергетика (МАЕ) може да нарасне до 25 пъти през двете десетилетия до 2040 г. Някои компании се опитват да произвеждат батерии, които използват по-малко или никакъв графит, като например чрез внедряване на натрий с твърд въглероден анод. Японският автомобилен концерн Toyota Motor Corp. и петролната компания Idemitsu Kosan работят заедно за постигане на напредък в масовото производство на твърдотелни батерии за електромобили, където графитът може да бъде заменен с литий.

Технологията на CarbonScape привлече вниманието на европейската компания за горски продукти Stora Enso, която инвестира 18 млн. долара във фирмата, придобивайки дял от около 15%. Тази сделка осигурява линия за доставки, като Stora Enso вече доставя някои проби от скандинавско дърво за тестване в завода на CarbonScape.

За да постигне успех, CarbonScape трябва да преодолее известна доза скептицизъм относно своята технология и да отговори на въпроса дали може да се конкурира с други форми на графит по цена.

Адам Бест, главен научен сътрудник в Австралийската организация за научни и промишлени изследвания към Британската общност (CSIRO), казва, че не смята биомасата за ефективен начин за производство на графит поради огромното количество дървесни стърготини, което би било необходимо.

„Ние наистина виждаме естествения графит като по-устойчив вариант“, споделя той, подчертавайки рециклирането на графит от използвани батерии като друг възможен източник на бъдещи доставки.

Днес CarbonScape взема остатъци от производството на дървен материал, но Уилямс вярва, че може да използва и така наречената наклонена черта, която представлява отпадъчните клони и друга нежелана дървесина, оставена в горите по време на дърводобив. Дървеният материал се нагрява чрез процес, известен като пиролиза, за да се създаде биовъглен, богат на въглерод материал, който след това се смила и превръща в сурова форма на графит. Той е пречистен, за да се получи качеството, необходимо за анодите на батериите.

CarbonScape казва, че може да произведе един метричен тон синтетичен графит от седем тона суха дървесина.

Съществуват технически предизвикателства. Анодите на батериите изискват графит с много висока чистота и новите процеси трябва да се конкурират по цена с други производствени методи, коментира Юан Гу, анализатор в Benchmark Mineral Intelligence.   

Уилямс посочва от своя страна, че CarbonScape разработва технологията от 2016 г. и може надеждно да произвежда синтетичен графит. Ефективността на анодния материал на CarbonScape е проверена от някои производители на батерии, включително от Amperex Technology (ATL), която е собственост на японската TDK и е инвеститор в дружеството.

„Въпреки това, най-големите предимства на биографита на CarbonScape не са в превъзходната производителност, а в намаляването на въглеродните отпечатъци“, изтъква Джо Кит Чу Лам, вицепрезидент на ATL.

Графитът, произведен от изкопаеми горива, изисква много енергия, тъй като се приготвя при 3000 градуса по Целзий по време на обработката и създава парникови газове и фини частици, които са вредни за човешкото здраве.

Разходите за производство на синтетичен графит от дърво с помощта на технологията на CarbonScape са конкурентни на производството от изкопаеми горива, подчертава Уилямс, без да предоставя подробни цифри. Температурите, необходими за създаване на графит от дървесина, са по-ниски и процесът отнема часове, а не седмици, добавя той.

CarbonScape се стреми скоро да избере място за първото си търговско предприятие. Компанията търси подходяща локация в Европа, като същевременно разглежда и югоизточната част на САЩ, където има големи гори и цените на електроенергията са привлекателни, споделя Уилямс.

Едно търговско предприятие обикновено би произвеждало близо 10 000 тона синтетичен графит годишно, значително повече от тестовия завод на CarbonScape, където годишният капацитет е 5 тона.

„Графитът от биомаса със сигурност е интересен нов маршрут за доставка“, смята Джеймс Уилоуби, анализатор в Wood Mackenzie.

За разлика от изкопаемите горива, биомасата е форма на възобновяема енергия, въпреки че критиците на биогоривата казват, че те могат да доведат до обезлесяване и поставят под въпрос начина, по който се ограничават емисиите. Процесът на CarbonScape - който според компанията не изисква изсичане на допълнителни дървета - отделя малко въглероден диоксид, но като цяло е въглеродно неутрален в най-лошия случай, изтъква Уилямс. Използването на отпадъци от сеч може да играе роля в поддържането на горите, което е нарастващ приоритет на някои правителства, тъй като горските пожари стават все по-интензивни поради изменението на климата, подчертава още той.

„Както при всяка нова технология, разработването отнема време“, признава Уилямс, добавяйки: „После трябва време, докато индустрията я възприеме“.