Исследователи из Университета Айдахо оценили, возможно ли построить глобальную энергосистему будущего с использованием аккумуляторов на основе литий-железо-фосфата (LiFePO₄). В рамках этой работы они рассчитали, сколько лития потребуется для поддержки полностью декарбонизированной сети к 2050 году и окажется ли этого ресурса достаточно. Вывод обнадеживает: лития хватит, затраты сопоставимы с другими крупными инфраструктурными проектами, а экологические и социальные риски значительно ниже, чем у других аккумуляторных технологий.
Переход на возобновляемые источники требует устойчивых систем накопления: солнце и ветер нестабильны, а электроэнергия необходима круглосуточно. Особенно актуален вопрос хранения на фоне прогнозируемого роста потребления: к 2050 году мировая потребность в энергии может достичь от 77 000 до 89 000 ТВт·ч в год, включая полную электрификацию транспорта.
Ученые предлагают сценарий, при котором ископаемое топливо полностью вытесняется солнечной и ветровой генерацией, а мощности атомных и гидроэлектростанций сохраняются на нынешнем уровне.
Для обеспечения стабильной работы такой сети, по оценке исследователей, потребуется от 22,2 до 25,7 ТВт·ч накопителей энергии. Это эквивалентно строительству 2,22–2,57 миллиона установок по 10 МВт·ч — по примеру реально действующей станции в китайской провинции Гуйчжоу. Одна такая установка требует около 1,94 тонны лития, а в масштабе всей системы — от 4,31 до 4,99 миллиона тонн. С учётом транспортного сектора (ещё 1,45 млн тонн) совокупный спрос на литий не превысит 6,44 млн тонн.
При этом, по данным Геологической службы США, мировые запасы лития составляют 26 миллионов тонн. Таким образом, даже в условиях ускоренного экономического роста потребуется лишь 22–25% от доступного объема — с большим запасом на случай дополнительных потребностей. А с учетом новых месторождений, технологий переработки и развития системы утилизации, эти запасы будут только расти.
Главным преимуществом литий-железо-фосфатных аккумуляторов является полный отказ от дефицитных и дорогих металлов, таких как кобальт и марганец. Вместо них используются железо и фосфор — недорогие, экологически безопасные и широко распространенные элементы, доступные в большинстве стран.
Преимущество сохраняется и по совокупным затратам. Для переработки необходимого объема лития потребуется 580–670 ТВт·ч энергии — менее 3% от мирового потребления за 2019 год. Общая стоимость системы хранения оценивается в 15–17 триллионов долларов. При этом срок службы батарей может достигать 41 года при одном цикле заряд-разряд в сутки, что сравнимо или даже выше, чем у большинства промышленных объектов.
Отдельно исследователи указали на экологические риски. Производство лития требует значительного количества пресной воды — около 166 кубометров на тонну. Это может стать проблемой в регионах с ограниченными водными ресурсами, но при развитии технологий и разумной политике такие риски можно контролировать.
В целом исследование подтверждает, что технология литий-железо-фосфатных батарей подходит для построения глобальной энергетики с нулевыми выбросами. Литий не станет сдерживающим фактором даже в условиях активного роста, а дальнейшее совершенствование технологий хранения и генерации лишь упростит реализацию этой цели.
