電気自動車時代への4つの大きな障害

電気自動車（EV）が静かに街中を走っているのを目にすることがますます増えています。エコ高級車市場においても電気自動車の販売は増加しており、ますます多くの人にとって電気自動車が現実的な選択肢になりつつあります。現在、ほとんどの自動車メーカーは電気自動車の将来に投資しています。さらに、これらの車両は気候変動に対処し、都市の汚染を抑制する手段として政府によって推進されています。欧州連合は、2030年までに少なくとも3,000万台の電気自動車を路上に走らせたいと考えている。同時に、米国は国内で販売される乗用車の半分を電気自動車にすることを目標としており、中国は40％を目標としている。

しかし、電気自動車の大量導入には依然として大きな障害が存在します。電気自動車の高額な価格、充電インフラの不足、自動車の自律走行能力の限界などが最大の障害として挙げられることが多いが、電気自動車の普及を困難にする課題は他にもある。

黒鉛

電気自動車のリチウムイオン電池の正極は、自然界に存在する炭素の一種であるグラファイトで作られています。この目的に使用される唯一の材料です。 「炭素は、あまり重要ではないと思われる材料です。 「地球の地殻には豊富に存在します」とマドリード・コンプルテンセ大学材料物理学科のスペイン人研究者、ベレン・ソティロ氏は説明する。 「バッテリーの問題は、組み込まれたグラファイトを処理しなければならないことです。そして加工工場のほとんどは中国にあります。」そのため、欧州連合は、EVバッテリーの構成要素であるリチウム、コバルト、ニッケル、マンガンとともに、グラファイトを重要物質のリストに含めた。

グラファイトはリチウムイオン電池の中で最も重い材料でもあります。コンサルティング会社カーニーによれば、その重量は100ポンドから220ポンドの範囲だという。これは、生産される電気自動車1,000万台ごとに50万〜100万トンのグラファイトが必要であることを意味します。そして現在、世界のグラファイト生産量は、あらゆる用途を合わせても 100 万トンしか処理できません。

ソティロ氏は、生産規模を拡大する方法の模索は進行中だが、そのような偉業を達成するのは非常に難しいと指摘した。もう一つの選択肢はグラファイトを交換することですが、これも簡単ではありません。 「代替手段があり、それがうまく機能することが確認できたら、この産業を構築する必要がある」と研究者は説明する。そしてそれはしばしば困難です。 「EV業界全体を新しい素材に移行させる必要があります。」

リチウム

EV バッテリーはリチウムで作られていますが、グラファイトとは異なり、リチウム含有量はごくわずかです。 「リチウムは地殻に豊富に存在しない元素なので、電気自動車を作るために得られる材料の量は限られている」と専門家のソティロ氏は語った。

英国オックスフォード大学の地質学者ハンナ・リッチー氏が数字を計算した。地球上には8,800万トンのリチウムが存在すると推定されていますが、そのうち抽出可能なのは2,200万トンのみです。リッチー氏によれば、この埋蔵量があれば28億個の電池を生産できるという。世界中にどれだけのEVが存在するかを知るのは難しいが、その数は約14億台と推定される。つまり、あまり余裕がないということです。さらに、リチウムには他の用途もあるため、その埋蔵量は電気自動車だけに使われるわけではない。

「リチウムのもう一つの問題は、非常に反応性の高い元素だということです。 「一度バッテリーを使い切ると、回復するのは非常に困難です」とソティロ氏は説明し、代替バッテリーを見つけるための研究も進行中だと付け加えた。 「バッテリー技術において、ナトリウムやカリウムはリチウムと同様にエネルギー貯蔵容量が低い元素ですが、回収が容易で、より豊富に存在します。」

バッテリーリサイクル

EV バッテリーがシャーシ全体を占めていることも注目に値します。そしてその寿命はわずか10年ほどです。バッテリーを交換する時期になると、リサイクルの「冒険」が始まります。スペイン国立研究評議会（CSIC）の研究者であるフェリックス・アントニオ・ロペスは、重要な事実を指摘している。リサイクル工場では、自動化されたプロセスがまだないため、バッテリーの解体は手作業で行われているのだ。

「問題はバッテリーのリサイクルだ」とロペス氏は語った。そのバッテリーの中には、バッテリーセルで構成されたモジュールがあります。 「あの電池は潰れていました。そして、基本的にプラスチックと銅を分離することを目的とした分離操作が実行されます。しかし、このプロセスは完璧ではなく、いわゆる「黒塊」を生み出します。

この材料は主に黒色グラファイトで構成されているためこのように呼ばれていますが、ニッケル、コバルト、マンガン（カソード由来）やリチウム、リン、フッ素（バッテリー電解液に含まれる）も含まれています。これらの要素を回復するのは簡単ではなく、自動化が不十分なためコストのかかるプロセスでもあります。現在、すべての黒いブロックはリサイクルのために中国に送られています。

リサイクルの規模拡大は難しいとロペス氏は言う。研究者は、効果的な技術が5～6年以内に利用可能になる可能性があると計算している。そこから工業規模に拡大する必要があり、それにも時間がかかるだろう。

電源

電気自動車の大量導入により、電力網への需要も増大するでしょう。このシナリオでは、発電所で生産されるエネルギーと、電気が供給される速度である電力という2つの要素を区別することが重要だと、スペインのセビリア大学電気工学部の教授、アントニオ・ゴメス・エクスポシト氏は言う。

「スペインでは電力生産に深刻な問題はない」とゴメス氏は語った。夜間は必要がないため、一部の火力発電所や原子力発電所の出力が削減されます。言い換えれば、国が消費するよりも多くのエネルギーを生産するためのインフラが整備されているということです。」

問題は電力網の強さにあります。 「もし皆が午後のピーク時に車を充電したら、送電網と配電網の両方で大きな問題が起きるだろう」とゴメス氏は言う。「これを避けるには、夜間に車を充電するよう奨励するのがアイデアだ」

しかし、数百万台の電気自動車が存在するシナリオでは、中電圧と低電圧を含む配電ネットワークの問題が発生する可能性があります。発電所で生産された電気は高圧変電所に送られ、そこから中圧電力変換センターに送られ、低圧配線を通じて家庭や企業に電力を配給します。

コンバージョン センターは通常、100 ～ 300 人の顧客にサービスを提供できます。 「EV を所有する 300 人の顧客全員が同時に充電する場合、たとえ夜間であっても、それらのアパート群への低電圧配電網を強化する必要があります」とゴメス氏は説明する。そして、これは都市や近隣地区の地域レベルで実行する必要がある作業となる。

大規模な電気自動車の充電の調整と電力網の一部のアップグレードは、電気自動車の大量導入を妨げるもう2つの障害です。電気自動車の使用が広まるにつれて、これらすべての困難は時間とともにより顕著になるでしょう。