Přehled cílů a důležitost kritických minerálů (Zelená přeměna)

V posledních dvou desetiletích se celosvětové společenství začalo intenzivně zabývat otázkami ochrany životního prostředí a zmírnění dopadů klimatických změn. Pařížská dohoda z roku 2015 stanovila cíl omezit oteplování planety na úroveň výrazně pod 2 °C, s aspirací nepřesáhnout 1,5 °C nad průměrem z předindustriální úrovně. Tento cíl vyžaduje transformaci energetických systémů, průmyslu a celé globální ekonomiky směrem k nízkouhlíkovým a udržitelným modelům. Přechod k obnovitelným a nízkoemisním zdrojům energie s sebou přináší řadu příležitostí a výzev. Na jedné straně je zde potenciál pro jiné zdroje ekonomického růstu, vytvoření nových pracovních míst a zlepšení kvality života prostřednictvím zdravějšího životního prostředí. Na druhé straně tato transformace vyžaduje značné investice do nových technologií, infrastruktury a změny v současných výrobních a spotřebních vzorcích. Článek si představuje, jaké konkrétní cíle byly odsouhlaseny na posledním setkání COP28 (Conference of the Parties) OSN v Dubaji v roce 2023, a jak se je daří naplňovat. Poté se seznámíme s tzv. kritickými materiály, jež jsou esenciální součástí přechodu na čistou energii. Jejich regionální kumulace a zpracování zvyšuje riziko jejich využití při geopolitických sporech a ohrožuje včasný přechod na zelenou ekonomiku. Tuto zranitelnost může zmenšit investice do recyklace, jež je však technologicky nedostačující a není zcela připravena na velké množství produktů, které budou v příštích desetiletích likvidovány.

• Vyšlo v publikaci Globální ekonomický výhled – září 2024 (pdf, 1,6 MB)

---

Jak si vedeme?

Zelenání ekonomik je úzce spojené s cílem limitovat oteplování planety a lépe ochránit životní prostředí před dopady lidské činnosti. Pařížská úmluva z roku 2015 přetavila tyto snahy do konkrétních cílů. Jedním z nich je snížení emisí skleníkových plynů^[1] a udržet měřenou průměrnou globální teplotu do 1,5 °C nad průměrem z předindustriální éry (1850-1900)^[2]. A proč zrovna 1,5 °C? Vědci odhadují^[3], že při zvýšení o 2 °C:

• Extrémně horké dny by byly ve středních zeměpisných šířkách (regiony mimo póly a tropy) v průměru o 4 °C teplejší, zatímco při teplotě 1,5 °C o 3 °C.
• Hladina moří by se zvýšila o 0,1 m oproti teplotě 1,5 °C, což by vystavilo až 10 milionů lidí častějším záplavám.
• 99 % korálových útesů by zaniklo, zatímco při 1,5 °C by to bylo 70-90 %.

Oteplování planety má jasně rostoucí trend (Graf 1). V roce 2023 byla zaznamenána dosud nejvyšší teplota 1,45 ± 0,12 °C nad předindustriálním průměrem. Kromě zastavení růstu teploty má přechod na uhlíkovou neutralitu další výhody. Představuje velkou příležitost k transformaci ekonomik, zvýšení udržitelnosti životního prostředí a zlepšení společenského blahobytu. Z ekonomického hlediska tento přechod slibuje vytvoření milionů pracovních míst na celém světě (spíše však v zemích rozvinutých a rozvíjejících se, ne zemích rozvojových), zejména v odvětvích obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná energetika, které jsou náročné na pracovní sílu (Fragkos a Paroussos, 2018). Snížením závislosti na dovozu fosilních paliv mohou země posílit svou energetickou bezpečnost a zmírnit zranitelnost vůči geopolitickému napětí a narušení dodávek. Investice do obnovitelných zdrojů energie a energetické účinnosti nejenže stimulují hospodářský růst prostřednictvím rozvoje infrastruktury a technologických inovací, ale také snižují dlouhodobé náklady na energii, protože technologie obnovitelných zdrojů přináší levnější energii oproti fosilním zdrojům.

Graf 1 – Odchylka od průměrné teploty z předindustriální éry
(°C)

Zdroj: https://berkeleyearth.org

Na celospolečenské úrovni přináší přechod na čistší zdroje energie značné zdravotní výhody, neboť snižuje výskyt nemocí souvisejících se znečištěním, jako je astma, rakovina plic a srdeční choroby. Toto zlepšení veřejného zdraví nejen zvyšuje kvalitu života, ale také snižuje výdaje na veřejné zdravotnictví. Obnovitelná energie může přinést elektřinu do odlehlých a nedostatečně obsluhovaných oblastí, čímž podporuje energetickou samostatnost a umožňuje všem komunitám využívat moderní energetické služby. Tento přístup je nezbytný pro zlepšení životní úrovně a podporu hospodářského rozvoje v těchto regionech. Decentralizované systémy obnovitelných zdrojů energie, jako jsou střešní solární systémy, mohou navíc zvýšit odolnost komunit vůči dopadům klimatu tím, že poskytují spolehlivou energii a snižují závislost na centralizovaných energetických sítích.

Z technologického hlediska je tento přechod hnací silou inovací a umožňuje zemím zaujmout vedoucí postavení na světovém trhu technologií čistých energií. Toto vedoucí postavení přitahuje další investice, podporuje výzkum a vývoj a dochází k přelivu inovací v různých odvětvích. Zavádění moderních a účinných technologií, jako jsou inteligentní sítě, skladování energie a pokročilé systémy obnovitelných zdrojů, optimalizuje využívání energie, snižuje ztráty a zvyšuje celkovou efektivitu a spolehlivost energetických systémů.

Téma zelenání ekonomik je široké a zahrnuje řadu oblastí jako je dekarbonizace průmyslu, cirkulární ekonomiku či hospodaření s vodou. V tomto článku se primárně zaměříme na kritické (klíčové) minerály pro výrobu pro přechod na uhlíkovou neutralitu a s tím spojenou recyklaci.

Dle Climate Analytics and NewClimate Institute, jež vytvořili Climate Action Tracker (CAT), nejsou současné politiky států ani zdaleka konzistentní s cílem pařížské dohody (Graf 2). V případě optimistického scénáře, jež zahrnuje všechny závazné a oznámené cíle, se dostaneme na 1,8 °C (0,3 nad cíl) v dlouhodobém horizontu. Pakliže bychom projektovali současný stav implementace politik, tak by emise zůstaly několik desetiletí stabilní a až poté začaly mírně klesat s teplotou +2,5 až +2,9 °C. Současné snahy, jsou tedy nedostatečné. Podobný názor má i Mezivládní panel pro změnu klimatu OSN (IPCC UN)^[4]. V příštím roce participující země mají předložit revidované nezávazné národní plány („vnitrostátně stanovené příspěvky“, v AJ Nationally Determined Contributions) pro rok 2030 a nové cíle pro rok 2035.

Graf 2 – Projekce růstu emisí skleníkových plynů a jejich dopad na oteplování

Zdroj: Climate Action Tracker
Pozn.: Poslední dostupná data za 1Q 2024, u Itálie za 4Q 2023.

Na setkání COP28 v Dubaji byla dohodnuta řada cílů pro dosažení snížení emisí skleníkových plynů. Některé konkrétní cíle spojené s energetikou sleduje a hodnotí International Energy Agency (IEA) ve spolupráci s dalšími institucemi. Následující box 1 nabízí jejich stručný přehled.

Svět zaostává za pařížskou dohodou a vlády se připravují na další setkání COP29 v Baku, kde po 4 letech představí revidované vnitrostátně nezávazné příspěvky ke snižování emisí. Je zřejmé, že všechny regiony musí výrazně zvýšit svoje úsilí a připravit ambicióznější cíle napříč řadou sektorů, aby bylo dosaženo emisních cílů.

Graf 3 – Globální produkce elektřiny z obnovitelných zdrojů
(GWh)

Zdroj: https://www.iea.org

Produkce elektřiny zaznamenala výrazný nárůst v roce 2023 díky fotovoltaice a větrné energii. Nejvíce v tomto segmentu investuje Čína spolu s Evropou a USA

Graf 4 – Růst energetické účinnosti

Zdroj: https://www.iea.org
Pozn.: Měřeno jako primární energetická náročnost, resp. její snížení.

Pro dosažení nulových emisí skleníkových plynů je třeba zlepšit energetickou účinnost na 4 % ročně.

Graf 5 – Globální produkce elektřiny z uhlí
(TWh)

Zdroj: https://www.iea.org

Elektřina vyráběná z uhlí je největší jednotlivý zdroj emisí CO₂. Podle současných opatření se předpokládá, že poptávka po uhlí dosáhne vrcholu před koncem tohoto desetiletí a poté bude postupně klesat, což není konzistentní s cílem z COP28.

Graf 6 – Globální emise energetického sektoru
(Gt CO2)

Dalším cílem z COP28 je výrazné snížení emisí energetického sektoru do roku 2030 a nulových emisí do roku 2050. Tyto emise však v roce 2023 přesto vzrostly na rekordní úroveň, zejména kvůli nižšímu příspěvku vodní energie vlivem sucha.

Graf 7 – Globální poptávka po fosilních palivech
(EJ)

Zdroj: https://www.iea.org

Na cestě k nulovým emisím do roku 2050 poptávka po fosilních palivech musí do konce desetiletí klesnout o více než čtvrtinu oproti úrovním z roku 2023. Je to další z cílů, který se nedaří plnit.

Graf 8 – Globální investice do čisté energie a fosilních paliv
(mld. USD)

Zdroj: https://www.iea.org

V současné době jsou investice do čisté energie v rozvojových a rozvíjejících se ekonomikách mimo Čínu nedostatečné. I v případě nulových emisí zůstává nutná určitá investice do stávající infrastruktury ropy a zemního plynu.

Graf 9 – Globální emise metanu z fosilních paliv
(Mton)

Zdroj: https://www.iea.org

Mimo emise oxidu uhličitého, je jedním z cílů snížit i emise metanu z fosilních paliv. Ten je zodpovědný za přibližně 30 % nárůstu globálních teplot od průmyslové revoluce.

Graf 10 – Globální emise ze silniční dopravy
(Gt CO2)

Zdroj: https://www.iea.org

Rychlé snižování emisí ze silniční dopravy včetně rozvoje infrastruktury je další cíl z COP28. Pokud by růst počtu elektromobilů pokračoval stejným tempem, bylo by to více než dostatečné k dosáhnutí kýženého snížení emisí.

Kritické (klíčové) minerály

Definice kritických minerálů se liší podle regionu, geopolitických a ekonomických faktorů.^[5] Nás ale zajímají suroviny potřebné k výrobě produktů k přechodu na zelenou ekonomiku. Jedná se o výrobky jako baterie, větrné turbíny nebo elektrolyzéry.

Dle IEA poptávka po kritických minerálech v roce 2023 zaznamenala výrazný růst, poháněná zrychlujícím se přechodem na čisté energetické technologie. Poptávka po lithiu vzrostla o 30 %, zatímco poptávka po niklu, kobaltu, grafitu a vzácných zeminách se zvýšila v rozmezí 8 % až 15 %. Elektrická vozidla upevnila svou pozici největšího spotřebitele lithia a významně zvýšila poptávku po niklu, kobaltu a grafitu. Navzdory silné poptávce vedlo výrazné zvýšení dodávek a dostatečné zásoby k poklesu cen minerálů (Graf 11). Nové zdroje dodávek, zejména z Afriky, Indonésie a Číny, překonaly růst poptávky za poslední dva roky. To, spolu s přebytky zásob v sektorech jako jsou bateriové články a katody a korekcí prudkých nárůstů cen v letech 2021–2022, vyvíjelo tlak na pokles cen. Prodeje elektrických vozidel dosáhly v roce 2023 téměř 14 milionů, což představuje meziroční nárůst o 35 %. Očekává se pokračující růst prodeje elektroaut na hlavních trzích, ale i adopce v rozvojových ekonomikách poroste. Ve scénáři dosažení nulových emisí do roku 2050 se podíl prodeje elektrických vozidel zvýší z dnešních 18 % na 65 % v roce 2030, čímž se poptávka po bateriích zvýší sedminásobně na 6 TWh v roce 2030.

Graf 11 – Vývoj ceny kritických materiálů
(index, 100 = leden 2020)

Zdroj: Global Critical Minerals Outlook 2024, IEA

Podle scénáře stanovených politik IEA (STEPS)^[6] se očekává, že poptávka po minerálech pro čisté energetické technologie se do roku 2030 zdvojnásobí. Scénář oznámených závazků (APS)^[7] předpovídá ještě vyšší poptávku, která se do roku 2030 téměř ztrojnásobí. Lithium čeká nejrychlejší růst poptávky kvůli rostoucím potřebám baterií pro elektroauta, zatímco měď, která je klíčová pro elektrifikovaný energetický systém, zaznamená největší nárůst objemu produkce. Poptávka po grafitu se podle scénáře NZE („Net Zero Emissions“) téměř zečtyřnásobí do roku 2040, přičemž poptávka po niklu, kobaltu a vzácných zeminách se zdvojnásobí.

Některé země napříč regiony budou benefitovat z expanze trhu s kritickými materiály. Latinská Amerika má do roku 2030 získat největší tržní hodnotu za vytěženou produkci, přibližně 120 miliard USD. Indonésie, poháněná svou produkcí niklu, by měla svou tržní hodnotu zdvojnásobit, zatímco Afrika zaznamená 65% nárůst. Do roku 2030 se očekává, že Čína bude koncentrovat téměř 50 % tržní hodnoty z rafinace. Koncentrace v těžebním sektoru vypadá jinak, pokud je zkoumána z pohledu vlastnictví aktiv (Graf 12), přičemž americké a evropské společnosti hrají hlavní roli v dodávkách mědi a lithia, zatímco čínské společnosti mají větší roli při výrobě niklu a kobaltu, a to i přesto, že tyto minerály jsou těženy jinde (například v Indonésii pro nikl a v Demokratické republice Kongo pro kobalt). Navzdory menšímu nárůstu v roce 2023 ve srovnání s rokem 2022, investice do těžby kritických minerálů vzrostly o 10 %. Aktivní v tomto segmentu je zejména Čína.

Graf 12 – Vlastnická a geografická struktura těžby
(v %)

Zdroj: Global Critical Minerals Outlook 2024, IEA

Navzdory růstu těžebních kapacit, existuje podle odhadů IEA propast mezi očekávanými dodávkami a poptávkou po mědi a lithiu, přičemž očekávané dodávky z oznámených projektů pokrývají pouze 70 % potřeby mědi a 50 % potřeby lithia. Dodávky niklu a kobaltu lépe odráží potřeby poptávky, pakliže očekávané projekty budou včas dokončeny. Nicméně grafit a vzácné zeminy čelí rizikům koncentrace dodávek, kde více než 90 % grafitu pro baterie a 77 % rafinovaných vzácných zemin bude do roku 2030 pocházet z Číny. Stejně tak 70 % - 75 % nárůst produkce rafinovaného lithia, niklu, kobaltu a vzácných zemin do roku 2030 bude pocházet od dnešních největších 3 producentů. 5 největších důlních společností kontroluje 61 % těžby lithia a 56 % těžby kobaltu. Omezený pokrok v diverzifikaci dodávek a vysoká koncentrace produkce v několika zemích představují rizika pro energetickou transformaci.

Současné poklesy cen, zatímco výhodné pro nasazení čisté energie, brání investicím do kritických minerálů a jejich diverzifikaci. Komplexní hodnocení rizik IEA odhaluje potenciální zranitelnosti každého minerálu při podpoře cílů energetické transformace (Graf 13)^[8]. Lithium a grafit vykazují nejvyšší skóre rizik, přičemž rizika dodávek a objemu jsou zvláště výrazná u lithia a mědi, a geopolitická rizika významná pro grafit, kobalt, vzácné zeminy a nikl. Vysoká environmentální rizika jsou také důvodem k obavám, zejména v regionech spoléhajících na uhlí při rafinaci. Hledání kritických materiálů může vyvolat geopolitickou soutěž v oblastech s významnými ložisky, jako je Arktida či ve větších hloubkách oceánu. I když jsou zásoby vice než dostatečné, je třeba postupovat opatrně vzhledem k environmentálním dopadům a regulačním výzvám při využívání podzemních a hlubokomořských zdrojů. Případné přerušení dodávek kritických materiálů má odlišné implikace oproti fosilním palivům. Jakmile jednou vybudované, obnovitelné zdroje energie fungují po desetiletí, i když nabídka vstupů je přerušena. Energetická bezpečnost tak není narušena jako v případě fosilních paliv. Negativním dopadem je pouze zpomalení procesu energetického přechodu.

Graf 13 – Hodnocení rizik kritických materiálů – IEA
(jednotky)

Zdroj: Global Critical Minerals Outlook 2024, IEA

Řešení výzev koncentrace dodávek a investic do kritických minerálů vyžaduje cílené politické intervence. Zvýšení transparentnosti trhu prostřednictvím efektivních mechanismů pro určování cen a finančních nástrojů na zajištění rizik může podpořit investice. Zvýšení dostupnosti spolehlivých dat o spotřebě, dodávkách a obchodu je také zásadní. Kromě toho mohou politiky, které podporují recyklaci, inovace v alternativní chemii a správné dimenzování baterií pro elektroauta, pomoci zmírnit budoucí tlak na poptávku a podpořit udržitelný vývoj dodavatelských řetězců.

Recyklace

Recyklace sice neodstraní potřebu dalších primárních dodávek, ale nabízí významný potenciál jako sekundární zdroj kritických minerálů, zejména proto, že v nadcházejících letech budou k dispozici velké objemy baterií a dalších produktů s ukončenou životností.

Recyklace materiálů používaných v zelených technologiích představuje značnou výzvu vzhledem ke složitosti příslušných produktů. Baterie pro elektromobily, solární panely a větrné turbíny se často skládají ze složitých směsí kovů, plastů a kompozitních materiálů. Například lithium-iontové baterie v elektromobilech obsahují nejen lithium, ale také kobalt, nikl, mangan a grafit, které jsou zabudovány do složitých struktur. Podobně solární panely obsahují křemíkové destičky, stříbro a hliník, často pokryté ochrannými vrstvami a sklem. Lopatky větrných turbín jsou vyrobeny z odolných kompozitních materiálů, které jsou navrženy tak, aby odolaly drsným klimatickým podmínkám. Složitá kombinace těchto materiálů ztěžuje efektivní oddělení a využití jednotlivých složek během procesu recyklace, což často vyžaduje pokročilé a specializované techniky.

Současný stav recyklační infrastruktury není plně vybaven tak, aby zvládl vysoké požadavky na tyto materiály. Zatímco tradiční recyklační zařízení jsou optimalizována pro jednodušší materiály jako je papír, sklo a standardní kovy, se sofistikovanějšími materiály, které se vyskytují v zelených technologiích, si neporadí. Mnohé recyklační závody postrádají nástroje pro efektivní demontáž složitých výrobků nebo pro zpracování specifických materiálů. Toto omezení má za následek následnou nižší míru využití kritických/cenných materiálů a často je ponechává buď nezpracované, nebo recyklované do výrobků s nižší hodnotou. Kapacita stávající recyklační infrastruktury navíc často nestačí na zvládnutí rostoucího objemu materiálů vznikajících v důsledku přechodu na ekologické technologie. Z ekonomického hlediska čelí recyklace materiálů několika výzvám. Hlavním problémem je nákladová efektivita recyklace, protože procesy potřebné k separaci a získání cenných materiálů ze složitých výrobků jsou často nákladné a energeticky náročné. Poptávka po recyklovaných materiálech na trhu navíc může být nestálá, protože kolísání cen primárních materiálů někdy činí recyklaci finančně méně atraktivní. Významnou roli hrají také logistické problémy; sběr a přeprava použitých výrobků do recyklačních zařízení může být nákladná a komplikovaná, zejména pokud se jedná o velké nebo nebezpečné předměty, jako jsou baterie pro elektromobily nebo lopatky větrných turbín.

Recyklace a správné dimenzování baterií pro elektroauta by mohly významně snížit budoucí poptávku po minerálech. Například dle IEA (IEA, 2024b) by recyklace mohla do roku 2040 snížit primární potřeby mědi a kobaltu o 30 % a lithia a niklu o 10 %. Bez zvýšené míry recyklace a opětovného využití by kapitálové požadavky na těžbu musely být o třetinu vyšší. Inovace, zejména v chemickém složení baterií, nadále mění poptávku, což přidává nejistotu k dlouhodobým projekcím.

Recyklace baterií a EV

Cílem recyklace lithium-iontových baterií, jež se dominantně využívají v elektroautech (Graf 14), je získat zpět cenné kovy, jako je lithium, nikl, kobalt, měď a hliník. Situaci s bateriemi pro elektroauta komplikuje fakt, že se hojně používají tři typy baterií: NCA (nickel-cobalt-aluminum), NMC (nickel-manganese cobalt) a LFP (lithium ferrophosphate). Existují obavy, že jakmile bude k recyklaci k dispozici dostatek surovin z vyřazených elektrických vozidel, může mít průmysl větší finanční motivaci recyklovat baterie NCA a NMC než baterie LFP kvůli vyšší hodnotě materiálů. Recyklace baterií LFP se zaměřuje především na lithium, které je při absenci niklu a kobaltu nejcennější složkou. Pyrometalurgické procesy však nejsou vhodné pro získávání lithia a hydrometalurgické procesy musí být upraveny tak, aby se zvýšila účinnost recyklace z baterií LFP. Nařízení Evropské unie o bateriích se snaží tomuto předejít a nařizuje do roku 2030 dosáhnout 70% míry recyklace lithium-iontových baterií, včetně baterií s méně hodnotnými chemickými látkami typu LFP.

Graf 14 – Lithium-ion baterie vévodí elektroautům
(GWh)

Zdroj: Global EV Outlook 2024, IEA
Pozn.: Behind-the-meter – označení pro umístění baterií u koncového zákazníka za elektroměrem.

Očekává se, že objem vyřazených lithium-iontových baterií dostupných pro recyklaci se do roku 2030 výrazně zvýší (IEA, 2024c), a to v důsledku toho, že první generace baterií pro elektromobily dosáhne konce své životnosti. Podle scénáře IEA stanovených politik (STEPS) bude v roce 2030 k recyklaci k dispozici téměř 80 GWh baterií. Celosvětová recyklační kapacita dosáhla v roce 2023 více než 300 GWh/rok, z čehož více než 80 % se nacházelo v Číně, daleko před Evropou a Spojenými státy, které měly méně než 2 %. Mnoho vývojářů technologií a průmyslových subjektů, kteří jsou si jisti přechodem na elektromobilitu, se snaží zaujmout pozici na budoucím trhu nakládání s vyřazenými elektromobily a ohlásili značné rozšíření kapacit. Pokud budou všechny oznámené projekty realizovány v plném rozsahu a včas, mohla by celosvětová recyklační kapacita v roce 2030 přesáhnout 1 500 GWh, z toho 70 % v Číně a po přibližně 10 % v Evropě a Spojených státech.

Očekává se, že hlavními zdroji pro recyklační závody budou do roku 2030 šrot z výroby baterií pro elektromobily (50 %) a vysloužilé baterie pro elektromobily (20 %). Navzdory předpokládanému nárůstu šrotu z výroby baterií a vysloužilých elektromobilů však existuje potenciální riziko výrazného přebytku kapacity v odvětví recyklace do roku 2030. To by mohlo vést k finančním problémům pro recyklační společnosti a ke konsolidaci trhu, pokud nebudou zajištěny stabilní zdroje vyřazených baterií.

Geografické rozložení vysloužilých baterií vnáší do efektivity recyklace nejistotu a může se lišit od místa jejich původního nákupu v důsledku trhu s použitými bateriemi nebo jiných aplikací pro sekundární aplikaci. Vývoj chemických technologií baterií bude mít rovněž vliv na recyklaci, přičemž některé chemické technologie jsou pro recyklaci výhodnější díky obsahu cenných kovů. Pro efektivní řízení recyklace baterií je třeba zavést předpisy, které by řešily problémy související s přepravou baterií, jejich sledováním a bezpečností pro životní prostředí. Například současný přístup Evropské unie v oblasti oběhového hospodářství baterií pro elektromobily může zabránit tomu, aby elektromobily a baterie pro elektromobily opustily Evropskou unii, což přináší výhody v oblasti energetické bezpečnosti, ale může omezit jejich opětovné použití. V tomto ohledu by vyspělé ekonomiky a rozvíjející se země měly posílit spolupráci, aby usnadnily obchod s použitými bateriemi a zároveň zajistily odpovídající strategie pro ukončení životnosti. Například by mohly existovat pobídky nebo příspěvky spojené s prodloužením životnosti vozidel prostřednictvím jejich používání na mezinárodních trzích s použitými vozidly před recyklací, pokud je zaručena recyklace na cílovém trhu nebo pokud je baterie EV po skončení životnosti vrácena.

Recyklace solárních panelů

Recyklace solárních panelů bude hrát klíčovou roli v širším kontextu oběhového hospodářství, kde se klade důraz na snižování množství odpadu a opětovné využívání materiálů. Schopnost odvětví účinně recyklovat a znovu využívat solární panely bude mít zásadní význam pro maximalizaci přínosů solární energie pro životní prostředí. V posledním desetiletí došlo k rychlému celosvětovému rozšíření fotovoltaických systémů, což vedlo ke vzniku velkého množství panelů, jejichž životnost činí zhruba 30 let^[9]. V současné době je většina solárních panelů ještě v rámci své provozní životnosti, takže objem panelů vyřazovaných z provozu je relativně nízký. Očekává se však, že se toto změní, jakmile začnou rané instalace dosahovat své doby životnosti (Graf 15).

Graf 15 – První vlna solárních panelů k recyklaci přijde v 2030
(GW; pravá osa: %)

Zdroj: Special Report on Solar PV Global Supply Chains, IEA

Recyklace solárních fotovoltaických modulů je technicky složitá vzhledem k nehomogenní povaze modulů s ukončenou životností z hlediska velikosti, technologie a složení. Stávající panely nebyly navrženy s ohledem na recyklaci, což komplikuje separaci složek. Byly vyvinuty různé recyklační postupy, zejména v Evropské unii a Spojených státech, ale mnohé z nich se stále potýkají s ekonomickými problémy, protože příjmy ze zpětně získaných materiálů často nepokryjí náklady na recyklaci. Recyklace solárních fotovoltaických panelů přináší řadu výhod, mimo jiné poskytuje sekundární zdroj surovin (např. hliníku, mědi, skla, křemíku a stříbra), snižuje tlak na primární dodávky, zvyšuje energetickou bezpečnost tím, že poskytuje domácí alternativu dodávek, a zmírňuje environmentální, sociální a zdravotní dopady spojené s těžbou surovin. Recyklace by navíc mohla pokrýt 3–7 % poptávky solárního fotovoltaického průmyslu po určitých materiálech v letech 2031-2040 a více než 20 % v letech 2041-2050. Politiky a předpisy stále ještě dohánějí potřebu komplexních programů recyklace solárních panelů. Některé regiony, jako například Evropská unie, zavedly pokyny podle směrnice o odpadních elektrických a elektronických zařízeních^[10], která nařizuje recyklaci fotovoltaických panelů. Celosvětové předpisy se však stále vyvíjejí. V současnosti je nejběžnější metodou mechanické rozbití solárních panelů za účelem oddělení materiálů, jako je sklo, hliník a polovodičové materiály. Tento proces zahrnuje drcení panelů a oddělování různých součástí pomocí třídicích technik. Pokročilé metody recyklace zahrnují použití tepelných a chemických úprav k získání cenných materiálů, jako je křemík, stříbro a další kovy. Tyto procesy mohou dosáhnout vyšší míry využití těchto kritických materiálů ve srovnání s pouhou mechanickou recyklací. Zároveň probíhá výzkum účinnějších recyklačních procesů, například těch, které dokáží získat téměř 100 % materiálů používaných v solárních panelech. Patří sem inovace v procesech chemického loužení, které mohou účinněji obnovovat křemík a další vzácné materiály. V současné době mohou být náklady na recyklaci solárních panelů vyšší než hodnota získaných materiálů, což ji činí neekonomickou. To je částečně způsobeno malým objemem panelů s končící životností dostupných pro recyklaci a složitou povahou recyklačního procesu. Sběr, přeprava a zpracování panelů mohou být náročné, zejména v regionech s méně rozvinutou recyklační infrastrukturou. Efektivní logistika má zásadní význam pro to, aby recyklační operace byly nákladově efektivní. Někteří výrobci solárních zařízení a specializované recyklační společnosti začaly zřizovat specializovaná recyklační zařízení. Společnosti jako First Solar, která používá tenkovrstvou technologii teluridu kadmia, vyvinuly vlastní recyklační procesy, které umožňují získat zpět až 90 % materiálů. Očekává se, že vlády a regulační orgány zavedou přísnější požadavky na recyklaci a pobídky, což dále podpoří rozvoj účinných recyklačních procesů.

Do budoucna lze rovněž očekávat, že trh s recyklací solárních panelů poroste s tím, jak bude přibývat panelů, jejichž životnost končí, a jak se bude zvyšovat poptávka po kritických materiálech získaných z těchto panelů. První velká vlna instalovaných solárních panelů dosáhne v roce 2030 konce své životnosti, objem panelů dostupných pro recyklaci prudce vzroste (Graf 15). To pravděpodobně povede k dalším investicím do recyklační infrastruktury a technologií.

Recyklace turbín

Recyklace větrných turbín je stále důležitějším aspektem odvětví větrné energie. Jejich recyklace zahrnuje nakládání s různými materiály použitými při jejich konstrukci, jako je ocel, beton, sklolaminát a prvky vzácných zemin (Graf 16). Tento proces je složitý vzhledem k různorodosti použitých materiálů a velkým rozměrům součástí turbín. Vzhledem k tomu, že první vlna větrných turbín postavených koncem 90. let a začátkem nového tisíciletí je vyřazována z provozu, je význam recyklace turbín ještě naléhavější. Materiály turbín, jako je ocel, hliník a měď, lze z 85 až 95 % snadno recyklovat, ale lopatky zahrnují komplikovanější proces. V současné době se lopatky běžně likvidují na skládkách, ale tato možnost je stále méně schůdná, protože řada zemí, zejména Německo a Nizozemsko, tuto praxi zakázala. Jsou vyrobeny ze skleněných vláken a potaženy houževnatou epoxidovou pryskyřicí, která je navržena tak, aby odolala dlouholetému působení přírodních živlů.

Graf 16 – Složení větrných turbín
(%)

Zdroj: 2015 Cost of Wind Energy Review, www.nrel.gov.

Dle Cooperman a kol. (2021) do roku 2050 dosáhne množství odpadu z lopatek v USA 2,2 milionu tun. V celosvětovém měřítku by to do roku 2050 mohlo být přibližně 43 milionů tun (Reuters, 2021). V poslední době vytváří řada společností různé technologie pro ekonomickou recyklaci odpadu z lopatek. Jedním ze způsobů je použití kapalného chemického roztoku k rozkladu lopatek na epoxidové fragmenty a vlákna. Epoxidová pryskyřice se pak může zpracovat na kvalitní epoxid. Tato technologie se momentálně testuje v Evropě a výsledkem by byly nízké náklady na proces při minimální emisi skleníkových plynů. Další snahy se zaměřují na změnu materiálů používaných k výrobě turbín, aby se vytvořila nová generace lopatek, které se budou snadněji recyklovat.

Závěr

Přechod na zelenou ekonomiku představuje velkou výzvu i příležitost pro globální společnost. Dosažení klimatických cílů, jak stanovila Pařížská dohoda, vyžaduje koordinované úsilí na mezinárodní úrovni, zahrnující snížení emisí skleníkových plynů skrze přechod k obnovitelným zdrojům energie a zvýšení energetické účinnosti. Navzdory rostoucím investicím a technologickému pokroku jsou současné snahy nedostatečné k udržení globální teploty pod 1,5 °C nad předindustriálními úrovněmi. Transformace směrem k udržitelnosti je nejen nezbytná pro ochranu životního prostředí, ale také přináší významné ekonomické a sociální výhody. Vytváří nová pracovní místa, zvyšuje energetickou bezpečnost a zlepšuje veřejné zdraví díky snížení znečištění. Přestože jsou obnovitelné zdroje a čisté technologie na vzestupu, nedostatečné investice do kritických materiálů a infrastruktury, nedotažená legislativa a koncentrace dodávek, představují významná rizika pro dlouhodobou stabilitu a úspěch dosažení cíle z Pařížské dohody. Efektivní recyklace a inovace v oblasti materiálů pro čistou energii jsou klíčové pro zmírnění tlaku na těžbu přírodních zdrojů a snížení ekologických a geopolitických rizik. V nadcházejících letech je nezbytné posílit mezinárodní spolupráci a urychlit politická opatření, která podpoří rychlejší přechod k udržitelné ekonomice.

Autorem je Milan Frydrych. Názory v tomto příspěvku jsou jeho vlastní a neodrážejí nezbytně oficiální pozici České národní banky.

Zdroje

BBC News: What is the Paris climate agreement and why does 1.5C matter?, February, 2024, https://www.bbc.com/news/science-environment-35073297

BBC News: When wind turbine blades get old what's next?, March, 2024, https://www.bbc.com/news/business-68225891

Climate Action Tracker (2023). 2100 Warming Projections: Emissions and expected warming based on pledges and current policies. December 2023. Available at: https://climateactiontracker.org/global/temperatures/

CNN: Wind energy has a massive waste problem. New technologies may be a step closer to solving it, May, 2023, https://edition.cnn.com/2023/05/28/world/wind-turbine-recycling-climate-intl/index.html

Cooperman, A., Eberle, A., Lantz, E., (2021). Wind turbine blade material in the United States: Quantities, costs, and end-of-life options, Resources, Conservation and Recycling Volume 168, Article 105439, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S092134492100046X?via%3Dihub

ČNB, (2023). Zpráva o vývoji platební bilance 2023.

European Environment Agency: Recycling materials from green energy technologies, April, 2024, https://www.eea.europa.eu/en/european-zero-pollution-dashboards/indicators/recycling-from-green-technology?activeTab=658e2886-cfbf-4c2f-a603-061e1627a515

IEA: COP28 Tripling Renewable Capacity Pledge, June, 2024a, https://iea.blob.core.windows.net/assets/ecb74736-41aa-4a55-aacc-d76bdfd7c70e/COP28TriplingRenewableCapacityPledge.pdf

IEA: Global Critical Minerals Outlook 2024, May, 2024b, https://iea.blob.core.windows.net/assets/ee01701d-1d5c-4ba8-9df6-abeeac9de99a/GlobalCriticalMineralsOutlook2024.pdf

IEA: Global EV Outlook 2024, April, 2024c, https://iea.blob.core.windows.net/assets/a9e3544b-0b12-4e15-b407-65f5c8ce1b5f/GlobalEVOutlook2024.pdf

IEA: Special Report on Solar PV Global Supply Chains, July, 2022, https://iea.blob.core.windows.net/assets/d2ee601d-6b1a-4cd2-a0e8-db02dc64332c/SpecialReportonSolarPVGlobalSupplyChains.pdf

IPCC, 2023: Sections. In: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, pp. 35-115, doi: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647

IRENA 2024, Geopolitics of the energy transition: Energy security, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi.

National Minerals Information Center, 2023, U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries 2023 Data Release: U.S. Geological Survey data release, https://doi.org/10.5066/P9WCYUI6.

National Renewable Energy Laboratory: 2015 Cost of Wind Energy Review, https://www.nrel.gov/docs/fy17osti/66861.pdf

Fragkos, P., Paroussos, L., (2018). Employment creation in EU related to renewables expansion, Applied Energy, Volume 230, Pages 935-945, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.09.032

United Nations, 2023: First global stocktake, https://unfccc.int/sites/default/files/resource/cma2023_L17_adv.pdf

Reuters: End of wind power waste? Vestas unveils blade recycling technology, May, 2021, https://www.reuters.com/business/sustainable-business/end-wind-power-waste-vestas-unveils-blade-recycling-technology-2021-05-17/

Recell center: Direct Recycling of Materials, https://recellcenter.org/research/direct-recycling-of-materials/

Rohde, R. A. and Hausfather, Z.: The Berkeley Earth Land/Ocean Temperature Record, Earth Syst. Sci. Data, 12, 34693479, https://doi.org/10.5194/essd-12-3469-2020, 2020.

Tamesol: Challenges in Recycling Solar Panels, February, 2024, https://tamesol.com/recycling-solar-panels-2024/

World Economic Forum: Solar panels have come a long way. Recycling them has not - but that could change, September, 2022, https://www.weforum.org/agenda/2022/09/solar-panels-have-come-a-long-way-recycling-them-has-not/

Klíčová slova
kritické minerály, nerostné suroviny, čistá energie, recyklace, globální oteplování

Klasifikace JEL
Q54, Q42, Q34

---

^[1] Více zde: https://www.europarl.europa.eu/topics/cs/article/20230316STO77629/zmena-klimatu-ktere-sklenikove-plyny-zpusobujici-globalni-oteplovani

^[2] 1,5 °C jako průměr za posledních 20 let, nikoliv údaj za rok.

^[3] https://www.bbc.com/news/science-environment-35073297, podrobněji zde: https://climate.nasa.gov/news/2865/a-degree-of-concern-why-global-temperatures-matter/

^[4] https://www.ipcc.ch/report/ar6/syr/downloads/report/IPCC_AR6_SYR_LongerReport.pdf

^[5] Jedna možná definice zní: Kritický nerost je definován jako nerost nebo minerální materiál nepalivového charakteru, který je nezbytný pro hospodářskou a národní bezpečnost země a jehož dodavatelský řetězec je náchylný k narušení. Kritické nerosty jsou také charakterizovány jako plnící nezbytnou funkci při výrobě produktu, jehož absence by měla významné důsledky pro ekonomiku nebo národní bezpečnost.

^[6] Scénář, který bere v potaz všechny implementované politiky včetně těch, které jsou v procesu schvalování/implementace.

^[7] Scénář, který bere v potaz všechny implementované politiky, závazky a slíbené budoucí implementace. APS – STEPS = implementační mezera.

^[8] Ekonomické zranitelnosti ČR se věnuje Zpráva o vývoji platební bilance 2023, str. 23-29

^[9] https://www.energy.gov/eere/solar/end-life-management-solar-photovoltaics

^[10] Nařízení “Waste Electrical and Electronic Equipiment (WEEE)“: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:02012L0019-20180704