EV : ‘टोयोटा’ने इलेक्ट्रिक कार बॅटरीचा प्रश्न मिटवला आहे का?
रविवार, 14 जानेवारी 2024 (16:16 IST)
इलेक्ट्रिक कार (EV) किंवा वीजेवर चालणाऱ्या गाड्यांची संख्या आता वाढताना दिसते आहे. पण त्यात वापरल्या जाणाऱ्या बॅटरीविषयी अनेक अडचणी आहेत.
अलीकडेच टोयोटा कंपनीनं त्यातल्या बऱ्याच समस्यांवर उत्तर शोधल्याचा दावा केला.
जगातली सर्वात मोठ्या कार उत्पादक कंपनी असलेल्या टोयोटानं ऑक्टोबर 2023 मध्ये त्याविषयी घोषणा केली आणि सगळेच चकित झाले.
टोयोटा कंपनीनं दावा केला की, ते लवकरच इलेक्ट्रिक कार्ससाठी एक अशी बॅटरी बनवणार आहेत जिच्यावर गाडी 1200 किलोमीटर पेक्षा जास्त अंतर कापू शकेल.
इतकंच नाही, तर ही बॅटरी फक्त दहा मिनिटांत रिचार्ज होऊ शकेल, असा दावा टोयोटानं केला आहे.
टोयोटा कंपनीचे प्रमुख कोजी साटो यांनी टोकियोमध्ये ही घोषणा करताना म्हटलं की, हा इलेक्ट्रिक कार्ससाठीच नाही तर वाहन उद्योगासाठी एक मोठा क्रांतिकारी शोध आहे.
त्यांनी असं का म्हटलं आहे, हे समजून घ्यायचं असेल तर त्यासाठी आधी इलेक्ट्रिक बॅटरींच्या इतिहासावर नजर टाकूयात.
इलेक्ट्रिक कारचा इतिहास
पण लोकांना वाटतं तेवढ्या नव्या नाहीत, तर त्यांना शंभर वर्षांपेक्षा जास्त मोठा इतिहास आहे. 1879 मध्ये वीजेच्या दिव्याची निर्मिती करणारे अमेरिकन इंजिनियर थॉमस अल्वा एडिसननंही इलेक्ट्रिक कार तयार केल्या होत्या.
1912 साली एडिसननं एक नाही तर इलेक्ट्रिक गाड्यांचे तीन प्रोटोटाईप्स म्हणजे नमुने तयार केले होते. हे नमुने मोठ्या प्रमाणात औद्योगिक उत्पादनाच्या पातळीपर्यंत पोहोचले असते तर कदाचित आज जगात वाहन उद्योगाचं स्वरुपच वेगळं असतं.
पण थॉमस एडिसननं या गाड्या तयार करण्याच्या काही वर्ष आधीच त्याचा मित्र आणि इंजिनियर हेन्री फोर्डनं मोठ्या प्रमाणात निर्मिती करता येईल अशी गाडी बाजारात आणली होती.
ही गाडी छोटी होती आणि वीजेवर नाही तर पेट्रोलवर चालायची. तेव्हा तुलनेनं किफायतशीर असल्यानं याच गाड्या प्रचलित झाल्या.
पण विसाव्या शतकाअखेरीस खनिज तेलाच्या पुरवठ्यातली अनियमितता आणि पर्यावरणीय समस्यांचा विचार करता, वाहन निर्मात्यांनी पेट्रोल-डिझेलऐवजी इलेक्ट्रिक बॅटरीवर चालणाऱ्या गाड्यांविषयी विचार करायला सुरूवात केली.
त्याविषयी आपले पहिले एक्सपर्ट पॉल शिअरिंग माहिती देतात. पॉल ऑक्सफर्ड विद्यापीठाच्या झीरो इन्स्टिट्यूटमध्ये सस्टेनेबल एनर्जी इंजिनियरिंग विभागाचे संचालक आहेत आणि ते सांगतात की गाड्यांमध्ये दोन पद्धतीच्या बॅटऱ्यांचा वापर केला जातो.
“गाडी सुरू करण्यासाठी आणि गाडीचे लाईट्स सुरू करण्यासाठी गेली अनेक दशकं अ‍ॅसिड किंवा लेड म्हणजे शिशावर चालणाऱ्या बॅटरींचा वापर केला जातो आहे. तर गाडी चालवण्यासाठी लागणारी ऊर्जा पेट्रोल किंवा डिझेल इंजिनपासून मिळते. पण इलेक्ट्रिक गाड्यांमध्ये आता ज्या आधुनिक लिथियम आयन बॅटरी आहेत, त्यांचा वापर गाडी चालवण्यासाठीही केला जातो.”
पूर्णतः इलेक्ट्रिक बॅटरीवर चालू शकतील गाड्यांची निर्मिती करण्यास 1990 च्या दशकातच सुरुवात झाली. टोयोटा कंपनीनं प्रायस ही पहिली हायब्रिड कार 1997 मध्ये बाजारात आणली.
या कारमध्ये पेट्रोल आणि बॅटरी, दोन्हीचा वापर व्हायचा. त्यानंतर दहा वर्षांनी निसान कंपनीनं पहिली पूर्णतः बॅटरीवर चालणारी इलेक्ट्रिक कार तयार केली.
पण एवढ्या वर्षांनंतरही इलेक्ट्रिक गाड्यांचा प्रसार पेट्रोल-डिझेलवर चालणाऱ्या गाड्यांच्या तुलनेत कमीच झाला आहे.
लिथियम आयन बॅटरी
पॉल शिअरिंग सांगतात, “पेट्रोलची ऊर्जा घनता म्हणजे आकाराच्या तुलनेत त्यात साठवलेली ऊर्जा ही बरीच जास्त आहे. पण इलेक्ट्रिक कारमधलं बॅटरी तंत्रज्ञान हे अजून तेवढ विकसित झालेलं नाही. तरीही आता ऊर्जेच्या बाबतीत अलीकडच्या काळातल्या बॅटऱ्यांची कामगिरी बरीच चांगली आहे. म्हणजे बॅटरीवर चालणारी गाडी लवकर अक्सिलरेट होते, म्हणजे कमी वेळात जास्त वेग वाढवू शकते.“
बहुतांश इलेक्ट्रिक गाड्यांमध्ये लिथियम आयन बॅटरींचा वापर होतो.
लिथियम आयन बॅटरीवर चालणाऱ्या गाड्यांचा सगळ्यात मोठा फायदा म्हणजे त्या पर्यावरणासाठी तुलनेनं कमी हानिकारक आहेत. अशा बॅटरी चार्ज करण्यासाठी हरित ऊर्जेचा वापर केला असेल तर आणखी उत्तम असतं.
पण एक अडचण आहे. पेट्रोल किंवा डिझेलवर चालणाऱ्या गाड्या टँक फुल झाल्यावर बरंच लांबवरचं अंतर कापू शकतात. तर तेवढं लांब अंतर पार करण्यासाठी लिथियम बॅटरीला अनेकदा चार्ज करावं लागतं.
दुसरीकडे, बॅटरीवर चालणारी गाडी एकदा चार्ज केल्यावर लांबवर जावी, म्हणजे बॅटरी जास्त वेळ चालावी आणि तिची किंमत कमी असावी, तसंच या बॅटरीज तयार करताना पर्यावरणाला कमीत कमी नुकसान पोहोचावं, बॅटरी आणखी सुरक्षितही असावी, अशी लोकांची अपेक्षा असते.
त्यावर उपाय म्हणून टोयोटा कंपनीनं लवकरच लिथियम आयन बॅटरीऐवजी सॉलिड स्टेट बॅटरीचा वापर सुरू करायचं ठरवलं आहे.
लिथियम आयन बॅटरीमध्ये लिक्विड म्हणजे द्रवरूपातील इलेक्ट्रोलाईटचा वापर केला जातो तर सॉलिड स्टेट बॅटरीमध्ये घनरूपातील इलेक्ट्रोलाईट असतात. अशा बॅटरींचं उत्पादन करणं गुंतागुंतीचं आणि खार्चिक असतं.
अनेक वर्षांपासून टोयोटा आणि त्यांचे प्रतिस्पर्धी निसान, बीएमडब्लू आणि मर्सिर्डिज बेंझ अशा बॅटरीवर काम करत आहेत कारण त्याचे फायदे बरेच आहेत. त्याविषयी पॉल शिअरिंग सांगतात,
“सॉलिड स्टेट बॅटरीत जास्त ऊर्जा साठवता येते त्यामुळे अशी बॅटरी असलेली इलेक्ट्रिक कार एका चार्जवर जास्त दूर प्रवास करू शकते. म्हणजे गाडीची रेंज वाढते. दुसरा फायदा हा की अशा बॅटरीज कमीत कमी वेळात चार्ज करता येतात, त्यामुळे गाडी चार्ज करण्यासाठी लांब रांगा लागणार नाहीत. तिसरा फायदा म्हणजे या बॅटरीज लिथियम आयन बॅटरीच्या तुलनेत आणखी सुरक्षित असतात.”
या सगळ्या फायद्यांकडे पाहता अशी बॅटरी इलेक्ट्रिक वाहनांच्या बाजारात क्रांतीकारी बदल घडवेल असंही त्यांना वाटतं.
सॉलिड स्टेट बॅटरी
आपल्या दुसऱ्या एक्सपर्ट आहेत शर्ली मेंग ज्या शिकागो विद्यापिठात मोलेक्यूलर इंजिनियरिंगच्या प्राध्यापक आहेत. त्यांच्या मते सॉलिड स्टेट बॅटरीच्या वापरामुळे नवा मार्ग खुला होईल.
“सॉलिड स्टेट बॅटरीत अधिक घनतेची ऊर्जा साठवता येते. त्यामुळे एकदा चार्ज केल्यावर गाडीची ड्रायव्हिंग रेंज दुप्पट किंवा तिप्पट वाढेल. अशा बॅटरीमुळे गाडी एकदा चार्ज केल्यावर एक हजार किलोमीटरहून जास्त अंतर कापू शकते. हे काही कुठलं स्वप्न नाही. अनेक वैज्ञानिकांनी आणि टोयोटासारख्या कंपन्यांनी असाच निष्कर्ष काढला आहे.”
सॉलिड स्टेट बॅटरीचा आणखी एक फायदा आहे. असं मानलं जातं की लिथियम आयन बॅटरीमध्ये लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट जास्त गरम झालं तर बॅटरी पेट घेण्याचा धोका मोठा असतो.
सॉलिड स्टेट बॅटरी लिथियम बॅटरीपेक्षा जास्त ऊष्णता सहन करू शकते. त्यामुळे अशा बॅटरी थंड राखण्यासाठी कमी उपाय योजावे लागतात आणि त्यामुळे या बॅटरी वजनानंही हलक्या असतात.
शर्ली मेंग सांगतात, “उदाहरणच द्यायचं तर सॉलिड स्टेट बॅटरी 70, 80 किंवा 100 अंश सेल्सियसपर्यंतही काम करू शकते. त्यामुळेच ती वेगळी ठरते. अनेकांना माहिती नसेल की, त्यांच्या इलेक्ट्रिक कारचं निम्म वजन हे लिथियम आयन बॅटरी आणि बॅटरी थंड करण्यासाठी लागणाऱ्या उपकरणांचं वजन आहे.”
लिथियम आयन बॅटरी बनवण्याची प्रक्रिया वेळखाऊ आणि गुंतागुंतीची आहे आणि त्यासाठी जास्त कामगारांची गरज पडते.
त्या तुलनेत सॉलिड स्टेट बॅटरीच्या उत्पादनासाठी कमी लोकांची गरज भासेल. त्यामुळे त्या तुलनेनं स्वस्तात बनवता येऊ शकतात.
तसंच या बॅटरीत लिथियम आयन बॅटरीतले विषारी द्रवपदार्थ नसतील, जे पर्यावरणाला हानीकारक ठरू शकतात. पण सॉलिड स्टेट बॅटरी रिसायकल करता येईल का?
शर्ली मेंग यांच्या मनात तरी त्याविषयी काहीच शंका नाही. त्या म्हणतात, “नक्कीच, मी एवढं तरी खात्रीशीरपणे सांगू शकते की या बॅटरीज रिसायकल करता येतील. सॉलिड स्टेट बॅटरी बनवणाऱ्या टीम्समध्ये या बॅटरीचा बॉक्स आणि आतली सर्किटरी तयार करण्यासाठी जे विशेषज्ञ नेमले आहेत तेही या गोष्टींवर खास लक्ष देत आहेत.
सोबतच अनेक लेखही प्रकाशित झाले आहेत ज्यावरून लक्षात येतं की या बॅटरी रिसायकल करता येण्याची शक्यता बरीच वाढली आहे.”
टोयोटाची मोहीम
जेफ लायकर 35 वर्ष मिशिगन विद्यापिठात इंडस्ट्रियल इंजिनियरिंग शिकवतात आणि ‘द टोयोटा वे’ या पुस्तकाचे ते लेखकही आहेत. हे पुस्तक टोयोटा कंपनीची उत्पादनं आणि कंपनीच्या व्यवस्थापनाविषयीचे त्यांचे सिद्धांत यांचा इतिहास मांडते.
2022 साली टोयोटा ही जगात सर्वाधिक कार विकरणारी कंपनी ठरली होती. त्या वर्षी त्यांनी एक कोटीहून अधिक गाड्या विकल्या ज्यातल्या वीस लाख गाड्या फक्त एकट्या अमेरिकेत विकल्या गेल्या.
2023 मध्येही टोयोटा टॉप कार सेलर्समध्ये होती.
आधी सांगितलं तसं प्रायस ही जगातली पहिली हायब्रिड कारही टोयोटानं बनवली होती. प्रायस जेव्हा बाजारात आली, त्या काळात चार्जिंग पॉइंट्स कमी होते, त्यामुळे टोयोटानं अशी गाडी तयार केली होती जी चालवत असतानाच त्यातली बॅटरी चार्ज व्हायची.
जेफ लायकर सांगतात की काही प्रमाणात प्रायसनं चार्जिंगच्या समस्येवर तोडगा काढायचा प्रयत्न केला होता.
“त्यावेळी प्रायसला एक अशी गाडी म्हणून पाहिलं जात होतं, जी झीरो एमिशन कारच्या बाजारासाठी मार्गदर्शक ठरेल. या गाडीत त्यांच्याकडे इलेक्ट्रिक कारसाठी आवश्यक जेवढं काही तंत्रज्ञान होतं, ते सगळं त्यांनी वापरलं. तसंच यात पेट्रोलवर चालणारी मोटरही होती. नंतरच्या काळात त्यांनी प्लग इन हायब्रिड आणि इलेक्ट्रिक गाड्यांमध्ये गुंतवणूक करायला सुरुवात केली.”
प्लग इन हाइब्रिड गाड्या वीजेच्या चार्जिंग पॉइंटद्वारा चार्ज करता येतात, पण त्या डिझेल किंवा पेट्रोलवरही चालतात.
टोयोटा अजूनही अशा गाड्यांवर आणि पेट्रोल-डिझेल इंजिनवर भर देते आहे, कारण त्यांच्या मते अमेरिकेत बहुतांश जणांना मोठ्या प्रवासादरम्यान वारंवार कार चार्ज करण्यासाठी थांबणं पसंत पडणार नाही.
जेफ लायकर यांना मात्र तसं वाटत नाही. “माझ्या अंदाजानुसार एक सामान्य अमेरिकन ड्रायव्हर दिवसभरात चाळीस ते पन्नास मैलच म्हणजे साधारण 80 किलोमीटरच गाडी चालवतात. त्यासाठी सध्याच्या इलेक्ट्रिक गाड्यांची रेंज पुरेशी आहे. पण लांबवरचा प्रवास असेल तर चार्जिंगचा प्रश्न निर्माण होऊ शकतो.”
कार तयार करणाऱ्या कंपन्या पूर्णपणे इलेक्ट्रिक गाड्यांवर भर देताना दिसत आहेत. पण टोयोटा त्यापेक्षा वेगळा विचार करत आहे.
जेफ लायकर सांगतात की, “टोयोटाचा दावा आहे की केवल कार चालवण्यानं होणारं प्रदूषण नाही, तर कार निर्मितीच्या उत्पादन प्रक्रियेतून होणाऱ्या प्रदूषणाकडेही ते लक्ष देतायत. कार उत्पादनाच्या प्रक्रियेमध्ये कमी प्रदूषण व्हावं यासाठी टोयोटानं जेवढं काम आणि गुंतवणूक केली आहे, तेवढं त्याचं श्रेय त्यांना मिळालेलं नाही.”
आता ते नवी सॉलिड स्टेट बॅटरी हे मोठं यश म्हणून सादर करत आहेत. पण हे यश त्यांनी कसं मिळवलं, याविषयी ते काही विशेष सांगत नाहीयेत.
पण तज्ज्ञांच्या मते सॉलिड स्टेट बॅटरीचं उत्पादन मोठ्या प्रमाणात करण्यासाठी वेळ जास्त लागेल कारण त्यासाठी मोठ्या प्रमाणात गुंतवणूकही करावी लागेल आणि आवश्यक कच्चा मालही जमा करावा लागेल.
“अशा घोषणा जेव्हा केल्या जातात, तेव्हा अपेक्षा असते की ही बॅटरी लवकरच बाजारात येणार आहे. आता ते सांगतायत की येत्या पाच वर्षांत मर्यादित स्वरुपात ते या बॅटरीचं उत्पादन सुरू करतील. सुरुवातीला लेक्सस सारख्या महागड्या गाड्यांमध्ये ही बॅटरीच वापरली जाईल कारण ती बनवण्याचा खर्च तुलनेनं जास्त असेल. इतर वाहनांमध्ये त्याचा वापर सुरू होईपर्यंत दहा वर्षं लागू शकतात,” जेफ लायकर सांगतात.
खनिज आणि साधनसंपत्ती
सॉलिड स्टेट बॅटरीत साधारणपणे तीच खनिजं लागतात ज्यांचा वापर लिथियम आयन बॅटरीमध्ये होतो. सध्या दरवर्षी एक लाख तीस हजार टन लिथियमचं उत्पादन केलं जातं.
याविषयीच आम्ही डॉक्टर एव्ही पत्वारात्झी यांच्याशी बातचीत केली. त्या ब्रिटिश जिऑलॉजिकल सर्व्हेच्या खनिज पदार्थ विशेषज्ञ आहेत.
त्यांचं म्हणणं आहे की कार उद्योगामुळे इलेक्ट्रिक बॅटरींचं उत्पादन करण्यासाठी लागणाऱ्या घटकांची मागणी अनेक पटींनी वाढली आहे.
एव्ही माहिती देतात की, “बॅटरींसाठी आवश्यक खनिजांची मागणी अंदाजे सात वर्षांत पाचपट वाढेल. हे लक्ष्य गाठणं कठीण आहे कारण नव्या खाणी सुरू करण्यासाठीही पंधरा वीस वर्ष लागतात. मागणी आणि पुरवठा, यांच्यात असं संतुलन नाही.”
जगात सध्या असलेला तणाव पाहता कार बॅटरी तयार करणाऱ्या कंपन्यांना आपल्या आसपासच्या प्रदेशातूनच लिथियम मिळवता आलं तर बरं, असं वाटतं.
लिथियमचं सर्वाधिक उत्पादन चिली आणि ऑस्ट्रेलियामध्ये होतं. भारतात काश्मिरमध्येही लिथियमचे साठे सापडले आहेत.
पण चीनही परदेशात खाणी खरेदी करत आहे आणि तिथून खनिजं आणून चीनमध्ये ती रिफाईन करत आहे.
प्रत्यक्षात जगात पुरवल्या जाणाऱ्या लिथियम साठ्यापैकी निम्म खनिज चीनमध्येच रिफाईन केलं जातं. या क्षेत्रात पाश्चिमात्य सत्ता आणि इतर देश पिछाडीवर आहेत याविषयी अनेकांना चिंता वाटते आहे.
एव्ही सांगतात, “चीननं लिथियम उद्योगात खासगी आणि सरकारी कंपन्यांच्या भागीदारीला प्रोत्साहन आणि सवलती दिल्या आहेत, जे इतर देशांमध्ये होताना दिसत नाही. बहुतांश उत्पादन चीनमध्ये होतंय आणि इतर देश पुरवठ्यासाठई चीनवर अवलंबून आहेत. त्यामुळे रिफायनिंग फॅक्ट्रीज चीनबाहेर इतर देशांतही सुरू करणं गरजेचं आहे.”
अनेक पाश्चिमात्य देश आता हरित भविष्यासाठी आवश्यक वस्तूंचा पुरवठा सुरळीत राहावा यासाठी पावलं उचलत आहेत.
पण अमेरिकेनं हत्यारांत तंत्रज्ञानात वापरल्या जाणाऱ्या आधुनिक सेमी कंडक्टर चीपच्या चीनला होणाऱ्या पुरवठ्यावर अंकुश ठेवला आहे. प्रत्युत्तरादाखल चीननं काही महत्त्वाच्या खनिजांच्या निर्यातीवर बंदी घातली आहे.
ही परिस्थिती पाहता कार बॅटरी रिसायकलिंगचं महत्त्व आणखी वाढलं आहे. एव्ही यांच्या मते, “लिथियम बॅटरींचा वापर आधीपासूनच होतो आहे. लिथियम बॅटरीच्या वापराचा अवधी संपतो, तेव्हा त्यातल्या सुट्या गोष्टींचा वापर नवी बॅटरी तयार करताना केला जाऊ शकतो. त्यासाठी प्रयत्न करायला हवेत.“
मग टोयोटानं इलेक्ट्रिक कार बॅटरीचा प्रश्न मिटवला आहे का? तर उत्तर आहे, हो, त्यांनी सॉलिड स्टेट बॅटरी तयार करण्याचं तंत्र विकसित केलं आहे आणि या बॅटरीवर चालणारी गाडी एकदा चार्ज केल्यावर जास्त दूरवर प्रवास करू शकेल.
पण समस्या अशी आहे की या नव्या बॅटरींचा वापर टोयोटाच्या केवळ काही थोड्या गाड्यांमध्येच जरी करायचा म्हटलं, तरी त्यासाठी किमान चार वर्ष लागणार आहेत.
दुसरं म्हणजे या बॅटरीतही लिथियमचा वापर होतो, ज्याचं उत्पादन पर्यावरणासाठी चांगलं नाही. तसंच सध्या जगातला तणाव पाहता, लिथियमच्या पुरवठ्यामध्ये अडचणी आहेत.
अशा दुसऱ्या बॅटरी तंत्रज्ञानावरही काम सुरू आहे, ज्यात सोडीयमचा वापर केला जातो जे सहज उपलब्धही आहे. सॉलिड स्टेट बॅटरी बनवण्यासाठी टोयोटाशिवाय इतर कंपन्याही काम करतायत.
पॉल शिअरिंग यांच्या मते सगळ्या कंपन्यांनी जर एकमेकांना सहकार्य केलं, तर या प्रयत्नांमध्ये यश येण्याची शक्यता वाढेल आणि जगातलं प्रदूषण कमी करण्याचं लक्ष्य लवकर गाठण्यात मदत होईल.
