Dlaczego w nowoczesnych pojazdach nadal stosujemy akumulatory ołowiowe?
Ołów jest interesującym metalem i zarazem jednym z najbardziej wszechstronnych i uniwersalnych materiałów, jakimi dysponujemy. Charakteryzuje go niska cena, łatwa dostępność, możliwość recyklingu i szereg praktycznych zastosowań. Ma tylko jedną wadę, która niemal przekreśla wszystkie zalety – wysoką toksyczność. „Ołów był używany przez ludzi od wieków”, wyjaśnia Mão de Ferro, inżynier środowiskowy zatrudniony w portugalskiej spółce C2C-NewCap. „Najważniejszą rolę ołów odgrywał w czasach średniowiecza. Intensywne wydobycie i wytapianie ołowiu odbywało się między innymi na terenie Wysp Brytyjskich. O skali tego procesu niech zaświadczy fakt, że lotne cząsteczki ołowiu z tego okresu można znaleźć w rdzeniach lodowych wydobywanych ze stoków szwajcarskich Alp”. Jednym z powodów olbrzymiej popularności tego metalu jest jego niska temperatura topnienia. Do zmiękczenia bryły tego metalu wystarczy temperatura, którą może osiągnąć patelnia ustawiona nad paleniskiem. Wiedzieli o tym już starożytni Rzymianie, dlatego ich talerze i kubki do picia były często wykonane z ołowiu. Niektórzy twierdzą nawet, że zatrucie ołowiem było jednym z powodów, który doprowadził do upadku Cesarstwa Rzymskiego. Obecnie wiemy już, że picie z kubków wykonanych w całości lub części z ołowiu nie jest wcale najlepszym pomysłem.
Zagrożenia związane z ołowiem
Większość ołowiu, z którym mamy kontakt na co dzień, przechodzi przez nasze organizmy i nie stanowi większego zagrożenia. Niewielkie ilości tego metalu mogą jednak pozostawać w ciele przez lata i stopniowo ulegać nagromadzeniu – proces ten nazywamy bioakumulacją ołowiu. Cząsteczki metalu mogą przedostawać się do tkanek miękkich i krwi, mogą także ulec mineralizacji w zębach i kościach. Narażenie na ołów w dużych stężeniach może powodować uszkodzenie mózgu oraz ośrodkowego układu nerwowego, a w skrajnych przypadkach może nawet doprowadzić do zgonu. W związku z olbrzymim zagrożeniem ludzkość podjęła wysiłki ukierunkowane na wyrugowanie ołowiu z farb drukarskich, paliw i rur wodociągowych. Niedawno Komisja Europejska przyjęła przepisy ograniczające stosowanie ołowianego śrutu na terenach podmokłych, z kolei w 2021 r. Algieria stała się ostatnim państwem na świecie, które zakazało stosowania paliw z domieszką ołowiu. Skoro wiemy zatem, że ołów jest przerażającą trucizną, a nawet podjęliśmy globalne działania mające na celu wprowadzenie zakazów stosowania ołowiu w wielu obszarach, dlaczego wciąż stosujemy go w akumulatorach samochodowych?
W poszukiwaniu tanich i skalowalnych alternatyw
Najważniejszą przyczyną tego stanu rzeczy jest fakt, że akumulatory ołowiowe mają wiele zalet – sprawdzają się w tych zastosowaniach, są tanie i względnie bezpieczne, a alternatywne rozwiązania pozostają obecnie na różnych etapach prac rozwojowych. Dodatkową zaletą jest prosty recykling akumulatorów ołowiowych, dzięki czemu ich produkcja jest tania i ekonomiczna. Po przetopieniu metal może być formowany w sztabki wysyłane z powrotem do producentów. „Podstawową zaletą akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest ich niska cena”, wyjaśnia Mão de Ferro. „Co więcej, niektóre rozwiązania przedstawiane jako alternatywy, w tym między innymi akumulatory niklowo-kadmowe, również charakteryzują się wysoką toksycznością. Warto pamiętać też, że stosowanie ich w samochodach jest zakazane ze względów bezpieczeństwa”. Brak realnej alternatywy jest powodem, dla którego ołów wciąż nie został zakazany w zastosowaniach motoryzacyjnych. „Także większość pojazdów elektrycznych jest wyposażona w akumulator kwasowo-ołowiowy, który zasila zainstalowane urządzenia elektroniczne”, dodaje.
Pojazdy ciężarowe – obszar do poprawy
Nie oznacza to jednak, że przyszłość rysuje się wyłącznie w ponurych barwach. Wspólnie z prowadzonym przez siebie zespołem, Mão de Ferro pracował nad rozwiązaniami pozwalającymi na ograniczenie wykorzystania akumulatorów kwasowo-ołowiowych w ciężkich pojazdach ciężarowych. Część prac była realizowana w ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu HYCAP. Opracowane przez badaczy podejście podejście polega na zastąpieniu akumulatorów kwasowo-ołowiowych bezołowiowym superkondensatorem. „Mówiąc metaforycznie, superkondensator jest jak sprinter, z kolei akumulator przypomina raczej maratończyka”, wyjaśnia badacz. „Superkondensator dostarcza dużą ilość energii przez kilka sekund, co wystarczy do uruchomienia silnika”. Przez resztę podróży oświetlenie kabiny, ogrzewanie i chłodzenie są zasilane z akumulatorów litowo-jonowych, nie mają bowiem dużego zapotrzebowania na energię. „Całkowite wycofanie akumulatorów kwasowo-ołowiowych ze wszystkich pojazdów będzie niezwykle trudnym zadaniem”, wyjaśnia Mão de Ferro. „Możemy jednak ograniczyć ich użycie i pokazać światu, że połączenie technologii superkondensatorów i akumulatorów litowo-jonowych stanowi użyteczną alternatywę”. Mówi się, że wszystkie drogi prowadzą do Rzymu – miejmy nadzieję, że pewnego dnia poruszające się po nich pojazdy nie będą zawierały ołowiu! Więcej informacji na temat badań prowadzonych przez zespół Mão de Ferro: Pionierskie rozwiązanie alternatywne dla stuletniej technologii akumulatorów kwasowo-ołowiowych
Słowa kluczowe
HYCAP, akumulatory, ołów, zatrucie, litowo-jonowe, superkondensator, pojazdy