GyártásTrend: Ön a Michigani Egyetemen és az Oxfordi Egyetemen végzett posztdoktori kutatásai után, ahol az elektrokémia orvostudományi alkalmazási lehetőségeivel foglalkozott, 2013-ban hazajött a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen induló elektrokémiai kutatócsoportba, amelyet a Volkswagen autókonszern indított, hogy a lítiumion-akkumulátorok működését vizsgálja. Mire fókuszált a kutatócsoport? 

Höfler Lajos:2012-ben az elektromobilitás még nagyon gyerekcipőben járt. Létezett már 1-2 modell, amely lítiumion-akkumulátorral működött, de akkor még senki nem lehetett biztos benne, hogy az elektromos közlekedés ilyen mértékben el fog terjedni. A Volkswagen azzal bízott meg minket, hogy kísérleti és elméleti módszerekkel értsük meg a Li-ion akkumulátorok működését. Ennek a keretében készítettünk egy számítógépes modellt – amelyet ma digitális ikernek neveznének, de akkor még ilyesmiről nem volt szó –, hogy leírjuk, hogyan működik az akkumulátorok komplex rendszere, mi történik pontosan az akkumulátoron belül, illetve milyen öregedési mechanizmusok zajlanak le a cellákban. Ezt fontos volt látnia az autógyárnak, hiszen így tudta csak ellenőrizni, az akkumulátorgyáraktól azt kapja-e, amit vár.  

Mi derült ki az akkumulátorok öregedéséről? Általában a szakirodalom 10-15 évet emleget egy Li-ion akkumulátor esetében. 

Ha jól bánunk vele, akkor ez valóban így van. De nekem még sose volt például olyan mobiltelefonom, amelynek öt évnél hosszabb ideig bírta volna az akkumulátora. Az elektromos autók esetében erre szolgál a gyártók által optimalizált BMS, vagyis battery management system, amely megpróbálja az öregedést minimálisra csökkenteni. Általánosságban elmondható, hogy ötször, de akár tízszer is hosszabb lehet az akkumulátorunk élettartama, ha 50 százalék körül tartjuk a töltöttségi szintet, mert a cellák öregedése 0 és 100 százalék környékén a legnagyobb. 
Továbbá minél kevésbé használja az ember a gyorstöltést, annál tovább él az akkumulátor. Ezt a folyamatot az elektromos autóknál a BMS okosan irányítja. Ha azonban egy akkumulátor mindennap fel volt töltve 100 százalékra, és 0 százalékos töltöttségig van lemerítve, akkor annak az élettartama nem 10, hanem csak 3 vagy 5 év lesz. 
Jó hír azonban, hogy az elektromos autókból kikerülő akkumulátorok első körben még nem kerülnek az újrahasznosítás fázisába, mert 80 százalékos kapacitás alatt az e-mobilitás kiszolgálására már alkalmatlanok ugyan, de a second life felhasználás során kiválóan kiszolgálnak például egy napelemrendszert, így az második életciklus során a 10 évre még rájöhet plusz 5-10 év. 

Sokat változott az akkumulátorgyártás az elmúlt 12 évben. Melyek most a legfontosabb trendek? 

Valóban állandó innováció zajlik a területen, ami szükségszerű. Az 1991 környékén, a Sony által szabadalmaztatott első kereskedelmi forgalomban kapható lítiumion-akkumulátor esetében az anód, vagyis a negatív elektród grafitból készült, a katód, vagyis pozitív elektród pedig lítium-kobalt-oxidot tartalmazott. Ez nagyon elterjedt technológia volt sokáig, 10 évvel ezelőtt egy laptopban biztosan ilyen akkumulátor volt. A kobalttal azonban az a probléma, hogy drága, kevés lelőhelye van, és a bányászata etikailag aggályos a gyermekmunka miatt. Ezért két irányba mentek tovább a fejlesztések. Az egyik irány a fenti nehézségekkel nem foglalkozott, és arra törekedett, hogy rendelkezzen még jobb tulajdonságokkal a lítiumion-akkumulátor, vagyis ugyanakkora energiát tudjon tárolni minél kisebb méret mellett. Ez a fejlesztési irány szülte meg az NMC (vagyis nikkel-mangán-kolbalt-oxid) akkumulátort, ahol a katód lett az NMC, az anód maradt grafit. Az NMC-technológiának nagy a fajlagos energiája, és viszonylag jó öregedési tulajdonságokkal rendelkezik, ezért a legtöbb elektromos autó most ezzel közlekedik. Bár ez még tartalmaz kobaltot, de lényegesebb kisebb mennyiségben. 
Ennek a fejlesztési iránynak a következő lépése a NCA, vagyis a nikkel-kobalt-alumínium-oxid, amelynek még nagyobb a fajlagos energiája. A legújabb elektromos autókban ilyen akkumulátor van. 

A másik fejlesztési irány, amely arra törekszik, hogy szabaduljunk meg a kobalttól, és próbáljunk egy környezettudatosabb megoldást találni, a lítium-vas-foszfátos akkumulátort produkálta. Ennek nem olyan magas a fajlagos energiája, kb. 30 százalékkal kisebb, mint az NMC esetében, viszont olyan anyagokból épül fel, amelyek viszonylag nagy mennyiségben a rendelkezésünkre állnak. Vas-foszfátot előállítani nem nehéz, tehát a katód meg van oldva, ráadásul egyáltalán nincs benne kobalt, a negatív elektród, az anód pedig grafit, amit akár bányászni, akár szintetikusan is elő lehet állítani. A kínai elektromos autóipar emellett tette le a voksát, és úgy tűnik, hogy jól döntöttek, mert a Teslának az olcsó modelljeiben is már ilyen van. Azonos tömegben nem tud annyit energiát elvinni, de nagyobb teljesítményt képes leadni, és hosszabb az élettartama. 
És végül, de nem utolsósorban ide tartozik a nátriumion-akkumulátor is, amely szintén egy fenntartható és viszonylag új fejlesztési irány, ez is kapható már kereskedelmi forgalomban. A lítium-vas-foszfát esetében a katód nyersanyagszükséglete megoldható, hiszen a vas valóban nagy mennyiségben elérhető vagy előállítható, de a lítium előfordulása már nem ilyen korlátlan. Erre nyújt megoldást a nátriumion-akkumulátor. Ha ez felskálázható lesz, az egy újabb lehetőség a környezetbarát akkumulátorgyártásban. 

Európa melyik technológia mellett tette le a voksát? 

2020-ban az akkumulátorgyártás 80 százaléka Kínában zajlott. Nem igazán számít jelenleg, hogy Európa mely technológia mellett tetszi le a voksát, mert az európai akkumulátorgyártás mindössze 6 százalék. Bár látszik, hogy 2025-re kicsit alakul a piac, és Magyarország is megjelenik a térképen, de nem önálló fejlesztőként, a Samsung vagy a CATL hozza a technológiát. Ez persze nem jelenti azt, hogy Európában nincsen innováció, most például felkerült a globális térképre egy svéd cég (Northvolt), amely áttörést ért el a nátriumionakkumulátor-gyártásában, és szerintem ez egy nagyon innovatív irány, mert lítiumionakkumulátor-gyártásban nem hiszem, hogy Kína nyomdokaiba lehetne lépni. 

Az akkumulátorgyártás társadalmi fogadtatása Magyarországon nagyon negatív, hiszen több olyan esetre derült fény, amikor a gyártás és a hulladékkezelés nem a környezeti előírásoknak megfelelően zajlott. Az ön szakmai véleménye szerint mennyire tekinthető veszélyesnek az akkumulátorgyártás a környezetre nézve? 

Az akkumulátorgyártás nem veszélyes. Vagy inkább fogalmazzunk úgy, hogy nem veszélyesebb, mint egy festékgyár vagy egy galvanizáló üzem. Mindenesetre egy akkumulátorgyár nem rejt magában természeti katasztrófát okozó kockázatot, nem tud gondatlanság vagy egy esetleges földrengés miatt felrobbanni, mint egy műtrágyaalapanyag-gyár. Az akkumulátorgyártás valódi kockázata az, hogy kijutnak a környezetbe a szennyező anyagok. Éppen ezért nagyon fontos, hogy a környezetvédelmi előírások be legyenek tartva és tartatva. Milton Friedmant idézve: „Egy cégnek a legnagyobb felelőssége a részvényesek megelégedettségében rejlik. Ha egy környezetvédelmi előírás megszegéséért kiszabott büntetési tétel kisebb, mint beszerelni egy jobb szűrőrendszert, vagy mindössze akkora összeg, amennyi érték 10 mp alatt legördül a gyártósorról, akkor a cég a környezetvédelmi büntetést fogja választani, nem lesz érdeke a jobb szűrőrendszer telepítése. De az is biztos, hogy egy akkumulátorgyárat lehet úgy üzemeltetni, hogy bőven az egészségügyi határérték alatt működjön. Németországban is vannak akkumulátorgyárak, amelyek ezeknek megfelelően működnek. 

A másik nagy kérdés a hazai akkumulátorgyártással kapcsolatban a hulladékkezelés és újrafelhasználás problémája, amellyel kapcsolatban megoszlanak a vélemények. Egyesek szerint környezetterhelő nehézséget, mások szerint lehetőséget rejt magában a selejt- és hulladékkezelés. Ön mit gondol? 

Én azt gondolom, hogy ha már belevágtunk az akkumulátorgyártásba, jó lenne, ha a selejtből újra kinyerhető nyersanyag is nálunk maradna, és mi tudnánk azt továbbértékesíteni a piacon. Az akkumulátor-újrahasznosítás egy nagyon innovatív piac, Magyarországnak is érdemes lenne az újrahasznosítás technológiáival kísérleteznie. A Li-ion akkumulátorokban található fémek elméletileg bármennyiszer újrahasznosíthatók, hiszen egy lítiumatom vagy egy nátriumatom nem alakul át más atommá, igaz, nincs olyan folyamat, amelyben 100 százalékos hatékonysággal visszanyerjük az értékes anyagokat. 
Több népszerű technológia van az újrafelhasználásra. A pirometallurgiával pl. nagyon jól vissza lehet nyerni az átmeneti fémeket, a nikkelt, a kobaltot, a rezet, de a lítiumot és alumíniumot már kevésbé. A hirdometallurgiával elvileg mindent vissza lehet nyerni, ebből a szempontból kedvezőbb, ráadásul kevésbé energiaigényes. Rengeteg startup fejleszt különböző eljárásokat, mert van egy erős környezetvédelmi és gazdasági érdek, amely miatt érdemes próbálkozni ezen a területen. Természetesen a környezetvédelmi előírásokat szigorúan betartva. 
Az elektromosenergia-felhasználás tekintetében már látszik, hogy a fosszilis energiafelhasználás maximumához értünk, a nap- és a szélenergia olcsóbbá vált, mint a fosszilis energiahordozók. 2027-re sehol a földön nem lesz olcsóbb elektromos energiaforrás, mint a napenergia. 
Itt nem az akkumulátorgyártás önmagáért a cél, hanem hogy leváltsuk a fosszilis energiát, és ezt gyártás nélkül nehéz lesz megvalósítani. 

Cikkünk eredetileg a GyártásTrend magazin február-márciusi lapszámában jelent meg, amely ezen a linken olvasható.