Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Если поделить размер пиковых нагрузок в день(в тот же штиль)то выйдет совсем не много.

А кто сказал, что он может длится только один день. А если 3-4 недели?

Достаточно парков аккумуляции.

Недостаточно. Литий в таких количествах на планету Земля не завезли.

[AlexAV]

А как эти пики вообще считают?По метео-условиям прошлых лет?

В общем да, при расчёте надо брать наихудший случай за последние 30 - 50 лет. Вообще застойный антициклон на большой территории с безветренной погодой на 3-4 недели явление не так, чтобы совсем редкое.

Если поделить 8 на 365,

Какие 8? Годовое потребление Германии 648,4 ТВтч, соответственно среднесуточное потребление 1,8 ТВтч, запас скажем на 14 суток - 24,9 ТВтч. Более, чем в 10000 раз больше, чем у этих двоих подрядчиков.

Но у гуннов есть преимущество,у них большие производственные мощности именно под кислотные батареи и под хром-ванадиевый редокс.

Свинца и ванадия тоже не так чтобы много, особенно ванадия, который весьма дефицит (производство всего 81 тыс. тонн, запасы 14 млн. тонн). Десятки - сотники тераватт-час ёмкости на них тоже не сделаешь.

[AlexAV]

Я смотрю картинку по вышеуказанной мною ссылке.

Ну так там же по каждой стране указан нетто-импорт (или нетто-экспорт). Если по Польше указан импорт импорт 1ТВтч - это не значит, что из Польши пришёл только 1 ТВтч, а только то, что разница между тем что пришло из Польши и тем, что ушло в Польшу равна 1 ТВтч. При расчётчике аккумуляции нужно исходить не из нетто-импорта, а из полного потребления.

[AlexAV]

Ведь падать то будет не все сразу.

Может и всё.

Если безветренный антициклон-значит солнечно.

В декабре это мало поможет.

кляйне,майнэ швайн пукать-то не перестанет.

Возможности производства биогаза весьма ограничены, как соответственно и возможные объёмы генерации из него. В гипотетическом случае электросети только из перечисленных трёх источников (ветер, солнце и биогаз) количество биогаза как раз и будет ограничивать возможности производства энергии при сохранение стабильности сети.

[AlexAV]

Либо просто в аккомуляторах идёт отказ от кобальта

Без кобальта - это только LiFePO4 и LiTiO, а там ёмкость в несколько раз меньше в расчёте на массу по сравнению с NCA (реально 120 Втч/кг для LiFePO4 и 80 Втч/кг для LiTiO против до 300 Втч/кг у NCA, а для NCA - кобальт и никель нужны). Причём вопрос принципиальный, т.е. LiFePO4 физически невозможно сделать столь же ёмкой как NCA, электрохимическая система не позволяет. Так что отказаться то можно, вот только характеристики изделия упадут очень сильно, на сколько электромобили после такого даунгрейда будут вообще хоть кому-нибудь нужны - большой вопрос.

Ну и плюс  LiFePO4 и LiTiO требуют значительно большего расхода лития на единицу ёмкости по сравнению с NCA (для LiFePO4 раза 1,5 - 2, для LiTiO  - ещё больше), главным образов в следствие более низкого значения электрохимического потенциала ячейки.

P.S. Для LiFePO4 - кобальт не нужен, зато нужен иттрий, без него заряд-разрядные характеристики при низких тем температурах получаются совсем никакие.  Тут какой вариант не возьми всё очень сильно упирается в дефицит редких элементов.

[AlexAV]

То есть даже на уровне научных статей нет полноценной замены кобальту для жоповозок?

На уровне статей предлагалась два материала, позволяющих обеспечить лучшую ёмкость, чем NCA - это сера и атмосферный воздух. Что касается литий-воздушных - маловероятно, что там что-то хорошее когда-либо получится (главная проблема та же, что у всех металл-воздушных аккумуляторов - воздух не является чистой смесью азота и кислорода, а различные малые примеси довольно быстро портят систему). Что касается серы - пока не удаётся обеспечить ресурс достаточный для практического применения, хотя конечно сера материал дешёвый и недефицитный и в этом смысле была бы идеальным материалом (ёмкость там тоже очень хорошая получается).

Однако главная проблема любого литиевого аккумулятора - это конечно литий. Элемент тоже достаточно редкий, дефицитный и с довольно ограниченными запасами. И с ней справиться не поможет никакая замена катодного материала. Собственно только дефицитность лития делает электромобили в современном  виде (а также любые системы для энергетики на базе литиевых аккумуляторов) полностью бесперспективными.

Если появятся пригодные хоть для чего-то натрий/магний-ионные элементы и при этом материалы для их анодов и катодов также не потребуют ничего дифтеритного (ванадия какого-нибудь, материалы на основе которого часто предлагаются в качестве катодов для исследуемых натрий-ионных систем или чего-то ещё подобного) - тогда может быть какие-то перспективы будут, а у лития их заведомо нет, просто по той причине, что на планете дешёвого в добыче лития слишком мало. 

[AlexAV]

А насколько кобальт незаменим никелем? Тут же речь не об отказе от обоих идёт - а только от первого.

Частично заменим. Собственно название NCA (никель-кобальт-алюминий) об этом и говорит. Никель даёт даже больший электрохимический потенциал и большую ёмкость, чем кобальт. Но только из никеля делать тем не менее не получается. Чисто никелевый катод очень быстро деградирует. В системе NCA никель обеспечивает ёмкость, а кобальт - долговечность.

[AlexAV]

Вроде вклад цены лития в цену аккумулятора мелкая?

На LiFePO4 уходит около 1 кг карбоната лития на 1 кВтч ёмкости. Соответственно чтобы иметь аккумулятор со стоимостью менее или хотя бы порядка 100$/кВтч (а для массового применения в электромобилях и энергетике нужны только такие) цена карбоната лития должна быть очевидно никак не выше 100$. А лития, который можно добыть по такой цене на планете довольно мало (по сути только литий солёных озёр (сейчас только практически он и добывается) и некоторые достаточно богатые месторождения литий-содержащих минералов).

Так что нет, эта проблема для данной области достаточно серьёзная. Достаточно цене на литий подняться всего раз в 10 (с учётом что сейчас добывается только самый дешёвый литий солёных озёр, запасы которого очень ограниченны - это может произойти легко) и сделать дешёвый литиевый аккумулятор станет принципиально невозможно.

Ещё один момент - при текущей цене на литий его извлечение и вторичное использование нерентабельно и сейчас практически нигде в промышленных масштабах не осуществляется. Т.е. весь этот дешёвый литий, который сейчас добывают попросту уходит и будет уходить в канализацию, пока цена  как минимум в несколько раз не повысится. А там зазор между ценой того, что осталось и ценой выше которой это станет никому не нужно (для электромобилей и энергетики, смартфоны и ноутбуки - вопрос отдельный, там чувствительность к цене лития куда меньше) уже окажется очень не большой, если вообще этот зазор останется. А при таком открытом цикле использования текущие запасы дешёвого лития исчезнут очень быстро.

[AlexAV]

А почем будет из морской воды добывать если массово и с кучей всего остального вроде урана?
https://habr.com/ru/post/374265/

По той причине, что не существует достаточно селективного органического адсорбента (это связано с тем, что в отличие от переходных металлов и актиноидов щелочные металлы имеют довольно бедную химию комплексных соединений, собственно органических материалов, которые могли бы эффективно сорбировать литий из водного раствора нет вообще). Соответственно даже как с ураном (т.е. опустил в морскую воду адсорбент в виде полимерной сетки и ждёшь пока накопится) - не получается принципиально (при том что даже с ураном экономика там получается довольно сомнительной и ни о каких 100$/кг для урана из морской воды речи даже не идёт). А прокачивать морскую воду через оксидно-титановый адсорбент или мембраны требует таких затрат энергии, что извлечённый литий получается золотым (там речь о тысяча-десятках тысяч $ за 1 кг карбоната, ни о каких аккумуляторах для электромобилей здесь речи идти не может).

https://habr.com/ru/post/374265/

Вот то что там описано ничего точно не позволяет.

Из той работы:



Смотрите верхний правый график.

У описанной там мембраны селективность по паре Li/Na всего около 1,3 и ни о каком извлечение лития из морской воды (где натрия на пять порядков больше, чем лития) тут речи быть не может. Как обычно - смотрите, что получено в работе, а не рекламные обещания, эти вещи часто достаточно сильно отличаются.

Проблемы извлечения лития из морской воды - отсутствие нормальных органических абсорбентов для лития (причём отсутствие практически принципиальное, вытекающее из химической природы щелочных металлов, особенно с малы катионами) и близость свойств ионов лития с ионами натрия и магния (которых в морской воде очень много и которые будут мешать любой схеме извлечения лития). Единственный технически реальный способ извлечения  лития из морской воды - медленное её упаривание с отбором рапы образующейся на последней стадии этого процесса (малые компоненты, в том числе литий будут накапливаться там) и переработка уже её. Но таким путём литий никак дешевле 1-2 тыс. $ за 1 кг карбоната не будет точно, а это для электромобилей заведомо неприемлемые значения.

[AlexAV]

А насколько выше концентрация лития в соленых озерах по сравнению с морской водой?

В рапе солёных озёр из которых его реально сейчас добывают 100 - 1400 мг/л. В морской воде 0,17 мг/л. Т.е. в морской воде его где-то в 1000 - 10000 раз меньше, чем в том из чего добывают сейчас. Кроме того, для извлечения лития очень важно отношение концентрации лития к магнию (магний очень сильно мешает процессу извлечения). В солёных озерах откуда рентабельна добыча оно обычно 0,2 - 20 (чем эта цифра меньше - тем лучше), а для морской воды имеет совершенно неприличное значение ~7000 (магния в морской воде, в отличие от лития, очень много).

Морская вода - очень плохое и сложное сырьё для извлечения лития.

[AlexAV]

А если учесть переработку, и то что в лифипо ресурс намного больше ?

А тут это не очень поможет, по крайней мере не в рамках текущей экономической системы точно. Т.е. чтобы работало предприятие до извлечению лития из морской воды рыночная цена на литий не должна будет быть ниже этих нескольких тысяч долларов (в современных ценах) за килограмма карбоната, если они будут ниже - естественно никакая окупаемая добыча будет невозможна. Если рыночная цена на карбонат лития будет несколько тысяч долларов за килограмма - литиевый аккумулятор будет иметь стоимость не менее этих нескольких тысяч долларов за кВтч. Автомобиль с аккумулятором с такой ценой будет попросту никому не нужен и что там с переработкой будет не важно (т.к. в любом случае коэффициент возврата при переработке будет существенно меньше 1).

лифипо ресурс намного больше

Ресурс у них действительно очень неплохой, однако всё равно ничего не вечно. В течение 10 - 15 лет всё произведённые аккумуляторы всё же окажутся на свалке. Достаточно большой срок службы никак не отменяет необходимости производить новые аккумуляторы, а значит и добывать новый литий.

[AlexAV]

Например у нас два источника лития, морская вода по 1000$ кг и переработка с эффективностью 99% по цене 20$ кг.
Т.е 1 кг лития нам будет стоить 20$*0,99+1000*0,01=29,8$ Что более чем приемлемо (вообщем уже цены такие были и они даже не остановили тренд на удешевление батарей)

Неверно. У вас есть биржа. Есть добывающее предприятие, которое на эту биржи выстоит ровно 0, если цена на бирже будет ниже 1000$, работать себе в убыток ему никакого смысла. Есть перерабатывающий завод, который из старых аккумуляторов произвёл литий пусть по 20$ в количестве пусть 0,6 единиц, но желает получит максимальную прибыль и соответственно продать его по максимальной цене. И есть аккумуляторный завод у которого есть спрос на 1 единицу лития. Равновесная цена, т.е. цена при которой спрос равен предложению в этом случае составляет 1000$ или чуть больше (зависит от того с какой нормой прибыли согласно работать добывающее предприятие).

с эффективностью 99%

Не будет такой эффективности. Реальная технологическая эффективность извлечения лития, по тем схемам, которые сейчас предлагаются около 0,85. Плюс все аккумуляторы всё равно (как показывает опыт со свинцовыми) собрать не получится, реально можно рассчитывать процентов на 70%. И того общую эффективность рециклинга можно ожидать на уровне 0,6, но никак не 0,99.

[AlexAV]

Недооцениваете гибкость капитализма, впахиваем добычу и переработку в одно предприятие и нам норм.

И какой смысл этому совмещённому предприятию продавать литий ниже цены добычи? Дополнительному же литию, чтобы создать избыток предложения, всё равно взяться неоткуда. На равновесную цену (та которая определяется равновесием по Нэшу) совмещение никак не влияет.

[AlexAV]

А предприятие никуда не продаёт, а само использует

Предприятие должно максимизировать прибыль. Если производство автомобильного аккумулятора из произведённого лития прибыль снижает, по сравнению с просто продажей лития на бирже - то ни одно вменяемое предприятие этим заниматься не станет.

Причём у нас есть тут сектор, который скушает литий с этой биржи почти по любой цене - электроника (и тут кстати и какой-то рециклинг осуществлять нереально, собрать миллионы отработанных аккумуляторов от смартфонов и ноутбуков - нереально). Аккумулятор смартфона на 12 Втч купят и при цене лития 1000$/кг карбоната и при цене 5000$. Альтернативы то нет вообще, да и стоимость лития на фоне стоимости самого устройства тут даже в последнем случае может считаться приемлемой.

И тут будет стоять экономическая альтернативы.
1) Продать литий предприятию по производству аккумуляторов для портативной электроники (по равновесной цене).
2) Произвести самим аккумулятор для портативной электроники и продать (опять же по той цене, как будто там литий по 1000$).
3) Заниматься непонятной благотворительностью по производству аккумуляторов с ценой ниже, чем рыночная цена лития, который в них содержится.

Последний вариант самый сомнительный в плане возможной прибыли.

Но это половина беды. Вторая половина - в условиях, когда аккумулятор стоит ниже содержащегося в нём ценного металла, возникает большой соблазн (законно или не очень законно, если прибыль 500% - 1000% способ всегда найдётся) вернуть его не в вашу фирму, а продать стороннему переработчику, скажем, по цене 80% от рыночной стоимости содержащегося там металла, который выделенный металл продаст по биржевой цене. В этом случае прибыль (причём очень значительную) получает как пользователь аккумулятора, так и этот сторонний переработчик. И бороться в этих условиях с этим будет практически невозможно. А значит весь литий из вашего интегрированного предприятия с замкнутой переработкой быстро будет утекать на биржу, где его можно будет купить только по цене не ниже цены добычи.

Описанная Вами схема просто неустойчива по Нэшу, а значит в реальном мире неработоспособна.

[AlexAV]

Когда владелец на заправке увидит цену синт.бензина из углекислого газа и воды

Бензин из углекислого газа и воды никто в здравом уме производить не будет. Это экономический и технологический бред. Из растительного сырья рано или поздно придётся (собственно после исчерпания природных углеводородов никаких других сколько-нибудь адекватных источников сырья для химической промышленности и не будет).

то мигом захочет электроавто

А когда увидит цену на этот электромобиль с литием тысяч по 5 долларов за килограмм, медью на уровне современного золота, и РЗЭ по плохо вообразимым ценам окончательно поймёт, что велосипед - ещё лучше.

Электромобиль на самом деле требует куда больше не возобновляемых ресурсов (медь, литий, никель и  т.д. - такие же не возобновляемые ресурсы, как и нефть), чем даже автомобиль с дизельным двигателем. Туда хоть рапсовое масло можно налить, а как сделать электромобиль без не возобновляемых ресурсов вообще непонятно.

[AlexAV]

Любая прибыль> Отсутствия прибыли

Отсутствие прибыли лучше наличия убытков.

По вашему выходит что любое предприятие должно срочно распродавать всё оборудование , здания и территории

С подразделениями, которые генерируют только убытки (снижают общую прибыль предприятия) в конечном итоге обычно так и делают.

[AlexAV]

Ну и по второму моменту, аккумуляторы не продаются в нашем случае, а сдаются в аренду. Воровство и утеря чужого имущества это древняя проблема на которую давно найдены решения в виде залогов, страховки и прочих мер

В этом случае залог в размере полной стоимости содержащегося в аккумуляторе металла сделает такой автомобиль для пользователя малодоступным (если у него нет денег на эту полную стоимость, то откуда возьмутся на залог?). Плюс для тех, кто даже имеет эти деньги - резко увеличит реальную стоимость владения (в виде не полученных средств от беспроцентной отдачи залога за пользования вместо размещения в форме приносящей процентную прибыль, скажем в виде банковского депозита или облигаций). Стоимость страхования опять же будет привязана к рыночной стоимости металла в аккумуляторе (в этом случае значительно превосходящую стоимость всего остального в автомобиле), а значит в этом случае будет весьма велика. В таком виде электромобиль с рыночной ценой лития по 1000$ просто окажется никому не нужен. Ситуация будет не радикально отличаться от той, если его просто продавать как если бы содержащийся в аккумуляторе металл просто имеет рыночную стоимость.

А без залога все прочие меры будут малоэффективны.

[AlexAV]

Немцы уже делают.

Ничего там не делают. Пару экспериментальных установок есть (впрочем ничего нового и оригинального в них нет, как из водорода и углекислого газа получить жидкое топливо давно известно, равно как и абсурдность экономики этого процесса в том случае, когда источник водорода - электролиз воды), а промышленного производства нет.

[AlexAV]

Ну пока и обычного бензина не мало, а так двигаются
https://www.drive.ru/news/audi/5a095105ec05c4610c00002b.html

400 т в год для топлива - это лабораторный стенд, а не промышленное производство.

[AlexAV]

Ну так страховая стоймость будет зависить  от процента потерь, а убить батарею чтобы литий потерять сложно.

Элементарно. Авария с физическим разрушением аккумулятора или пожар.

Фактически только кража. А тут уже аналог сервиса аренды машин

Отличие в большой потенциальной материальной выгоде пользователя и намного больших технических возможностях это сделать (если он будет автомобилем пользоваться также, как сейчас собственным). Просто в этом случае если скрутить аккумулятор, сжечь всё остальное (или ещё куда-то деть) и сдать аккумулятор в металлолом можно будет заработать довольно большие деньги (или попросить кого-то это сделать за часть полученной прибыли, такого рода "услуги" начнут в этой ситуации предлагать довольно быстро). И этим конечно будут пользоваться. Сделать это экономически нецелесообразным можно только если взять залог в размере равном стоимости металла в аккумуляторе или около того (чтобы невозможно было по этой схеме получить прибыль). Однако это сразу сделает такой автомобиль малодоступным и мало кому нужным.