Для розвитку зеленої економіки, зменшення викидів парникових газів в атмосферу і для здійснення сталого зеленого переходу необхідно розвивати не лише ланцюжки постачання критичної сировини, а й нові технології.
Нещодавно був опублікований звіт Європейського альянсу корисних копалин (European Raw Materials Alliance, ERMA) «Матеріали для зберігання та перетворення енергії: європейський заклик до дії», що наголошує на реалізації конкретних і вимірних дій задля забезпечення сталого постачання критичної сировини до Європейського Союзу, окресленого у Регламенті ЄС Critical Raw Materials Act. Однією з таких дій є розвиток європейських інновацій і технологічних спроможностей у сфері акумуляторних батарей.
До 2030 року викиди вуглецю від нових автомобілів, що купуватимуться в ЄС, мають бути знижені на 55%. Таку планку було поставлено у пакеті законодавчих ініціатив «Fit for 55», що має на меті забезпечити скорочення викидів парникових газів у ЄС на 55% до 2030 року. У 2035 році взагалі всі нові автомобілі на продаж повинні мати нульовий рівень викидів. Це збільшує попит на електроавтомобілі, що тягне за собою збільшення попиту на батареї, а це, у свою чергу, – потребу у все більшій кількості сировини для їхнього виробництва. Оскільки запаси корисних копалин є скінченними, постає потреба у розвитку інноваційних технологій у сфері батарей для збільшення їхньої продуктивності і ємності.
Найрозповсюдженішим матеріалом, що використовується у батареях, є літій. А найефективнішими у використанні як основні батареї для електромобілів є літій-іонні акумулятори.
Тим не менш, у літій-іонних батарей є низка недоліків:
- висока вартість;
- вузький діапазон робочих температур (для ефективної роботи за низьких температур необхідно обігрівати акумулятор, що призводить до його швидшого розряджання);
- характерний процес «старіння» – зниження ємності з віком;
- не можна допускати повного розряду та перезаряду акумулятора.
Для підвищення потужності і ємності літій-іонних акумуляторів використовується графіт. Графіт (graphite) мінерал класу самородних напівметалів, найстійкіший у земній корі кристалічний різновид вуглецю. Матеріали на основі графіту (наприклад, графіт-LiMO2) зазвичай використовуються як замінники чистих металевих анодів.
Графен (graphene) – алотропна модифікація вуглецю. Це одна з багатьох фізичних форм, у яких може існувати вуглець, яка складається з одного шару атомів, розташованих у стільниковій решітці. У 2004 році у Манчестерському університеті вдалося відокремити атомарний шар графену від кристала графіту. Завдяки своїй міцності, надійності та гнучкості графен має великий потенціал до використання у багатьох сферах. Серед них – акумуляторні технології, технологія опріснення морської води до стану, придатного для пиття, дорожнє будівництво.
У 2011 році інженери Північно-Західного університету виявили, що графенові аноди зберігають енергію краще, ніж графіт, завдяки чому забезпечується в десять разів кращий заряд акумулятора. У 2013 році дослідники з Університету Райса в Техасі передбачили, що графен із додаванням деяких атомів бору може бути використаний для виробництва ультратонкого гнучкого анода для літій-іонних батарей. Бор допомагає іонам літію прилипати до графену, тим самим допомагаючи забезпечити швидку зарядку. Дослідники Університету Райса також виявили, що графен, змішаний з оксидом ванадію, можна використовувати для розробки високоефективних катодів, які можна перезаряджати за 20 секунд, при цьому зберігається більше 90% їхньої ємності після тривалого використання.
Графен використовується також в інших компонентах акумулятора. У квітні 2019 року була виявлена графенова губка, яка може допомогти стабілізувати літій-сірчані батареї. У червні 2020 року команда дослідників з Університету Брауна знайшла спосіб за допомогою графену подвоїти міцність керамічного матеріалу, який використовується для виготовлення твердотільних літій-іонних батарей.
Відповідно, графіт є важливою сировиною як для сучасного виробництва батарей, так і у розробці інноваційних технологій. Окрім цього, він занесений до переліку критичної сировини ЄС – тої сировини, яка є критично важливою для стратегічних секторів економіки ЄС і 90% якої імпортується з неєвропейських країн.
Україна посідає одне з провідних місць у світі за кількістю графітових родовищ і виявленими запасами. У межах Українського кристалічного щита виділяють чотири графітоносні райони: Бердичівський, Побузький, Криворізький і Приазовський, де розташовані близько 100 родовищ та проявів кристалічного графіту. Тим не менше, на сьогодні в Україні розробляються лише два родовища: Заваллівське родовище розробляється ПАТ «Заваллівський графітовий комбінат» (Південно-Східна ділянка, Кіровоградська обл.) та ТОВ «Українська постачальна група» (Зарічна ділянка, Одеська обл.), Балахівське родовище (Південна ділянка, Кіровоградська обл.) – ТОВ «Розвиток Побужжя». Загалом видобуток графіту в Україні здійснюється з 1931 року – на Заваллівському графітовому комбінаті. На ньому ж здійснюється і переробка графітових руд для різних галузей промисловості (зокрема і для акумуляторної галузі).
У 2021 році ТОВ «СПИС Україна» перемогла в аукціоні з продажу спеціальних дозволів на користування надрами Городнявської ділянки Буртинського родовища графіту (Хмельницька обл.).
Крім того, в Україні є ще не ліцензовані родовища і ділянки, де можна почати видобування графіту.
Для того, щоб видобування й переробка графіту в Україні розвивалися відповідно до потенціалу, необхідні значні інвестиції – як для освоєння нових проммайданчиків, так і для заміни спрацьованого технологічного устаткування на тих майданчиках, що вже працюють. У 2021 році Україна експортувала понад 17 тис. т графіту на світові ринки, що робить її шостим за величиною виробником у світі. Повномасштабне вторгення РФ змусило призупинити діяльність основних підприємств з видобутку сировини, але задля швидкого післявоєнного відновлення України має бути зроблено все, щоб відновити їхню діяльність і запустити нові.
Експерти Проєкту «Новий кодекс України про надра» готують до публікації кілька досліджень, серед яких і огляд передових акумуляторних технології в Україні, у якому аналізуються зв’язки та потенційні ланцюжки створення вартості між потребами виробників акумуляторних батарей в ЄС та відповідними сировинними ресурсами і виробництвом в Україні. Щоб не пропустити публікацію дослідження, стежте за інформаційними ресурсами Офісу ефективного регулювання BRDO або ж підпишіться на щомісячний дайджест.
Проєкт фінансується Європейським Союзом та впроваджується Консорціумом у складі експертів Projekt-Consult (Німеччина), MinPol (Австрія) та Офісу ефективного регулювання BRDO (Україна). Публікація відображає позицію Проєкту й необовʼязково збігається з позицією Європейської Комісії.