研究者たちが持続可能なエネルギー貯蔵の次の時代を模索する中、バッテリー技術は急速に進歩しています。理想的なバッテリーは、長寿命、優れたエネルギー容量、合理化された製造プロセスを備えている必要があります。これを念頭に置き、再生可能エネルギーに革命をもたらすナトリウムイオンバッテリーの開発が進められています。これらのバッテリーの原料は、塩と林業からのバイオマスです。
チャルマース工科大学の研究者たちは、リチウムの代わりにナトリウムを使用するナトリウムイオン電池の研究に着手した。最新の研究では、これらの電池の包括的なライフサイクルアセスメントを実施した。この研究は、原材料の採掘から製造の最終段階に至るまで、電池の環境および資源への全体的な影響を分析することに焦点を当てた。その結果、ナトリウムイオン電池はリチウムイオン電池と同程度の気候変動への影響を持つものの、原材料不足のリスクがないことが明らかになった。
チャルマース工科大学の環境システム分析准教授であるリッカード・アーヴィッドソン氏は、 「ナトリウムイオン電池は、鉱物資源の枯渇への影響という点ではリチウムイオン電池よりもはるかに優れており、気候変動への影響という点では同等であるという結論に至りました。どのシナリオを検討するかにもよりますが、理論上の電力貯蔵容量1キロワット時あたり、二酸化炭素換算で60キログラムから100キログラム強という値になり、これはこの種のナトリウムイオン電池についてこれまで報告されていた値よりも低いものです。これは明らかに有望な技術です」と述べています。
さらに、研究者たちは気候変動への影響を最小限に抑えるためのいくつかの潜在的な戦略を発見した。その中には、より環境に優しい電解質の開発も含まれており、これはバッテリー全体の環境負荷に大きく貢献することが分かった。
研究について
本研究では、2種類のナトリウムイオン電池セルの環境および資源への影響を分析する。原材料の採掘からセルの製造まで、電池のライフサイクル全体を考慮する。研究は、セルレベルでの理論上の電力貯蔵容量が1kWhの機能単位に焦点を当てている。どちらのタイプの電池セルも、主に容易に入手可能な原材料に依存している。
陽極は、バイオ由来のリグニンまたは化石資源から得られる耐久性のある炭素で構成されています。陰極は、ナトリウム、鉄、炭素、窒素からなるプルシアンホワイトと呼ばれる特殊な混合物で構成されています。電解質は、将来の大規模生産向けに特別に設計されたナトリウム塩で構成されています。2種類の異なる電力ミックスと、資源および排出量の2種類の配分方法が検討されました。
- 環境と資源への影響が質量に基づいて共同生産物間で分配されるもの
- 別の方法では、ナトリウムイオン電池とその部品および材料を含む主要製品にすべての影響を割り当てます。
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ナトリウムイオン電池の必要性
リッカード・アーヴィッドソン教授は、「将来のバッテリーに使用される材料は、再生可能エネルギーへの移行や化石燃料を使用しない自動車の普及を実現するために重要となるだろう」と述べた。
欧州委員会の重要原材料法によると、バッテリー原料となる重要原材料の需要は大幅に増加すると予想されている。これは、欧州諸国が電気自動車や再生可能エネルギーシステムへの移行を急速に進めていることが背景にある。
グリーン移行の需要を満たす再生可能エネルギーに革命を起こす可能性のあるナトリウムイオン電池には、電池の現地生産の増加が必要になります。また、他の革新的な化石燃料を使わない技術や原材料の安定供給に対する需要も高まります。しかし、原材料の供給源が限られているため、この生産には供給途絶の大きなリスクが伴います。
「リチウムイオン電池は世界的に主流の技術になりつつあり、特に輸送分野においては、化石燃料をベースとした技術よりも気候変動対策に優れています。しかし、リチウムがボトルネックとなっています。電気自動車の生産ペースに見合ったペースでリチウムイオン電池を生産することは不可能であり、長期的にはリチウム鉱床が枯渇するリスクがあります。さらに、リチウムやコバルトといった電池の主要構成要素の採掘は、世界のごく限られた地域に集中しています。この集中は、供給全体にとって大きな脅威となります」とリッカード教授は付け加えた。
