Мы обещали вам рассказать про второй звездный час свинца.
Извольте.
Электричество из банки, одноразовое
В середине XIX века электричество уже перестало быть забавой для учёных и фокусников. Телеграф, гальванопластика, первые опыты с электрическим освещением — всё это требовало портативных и надёжных источников тока.
И такие источники достаточно быстро появились. Их назвали гальваническими элементами — по имени Луиджи Гальвани, который ещё в конце XVIII века заметил, что лапка препарированной лягушки дёргается при контакте с двумя разными металлами.
Потом Алессандро Вольта (да-да, тот самый, в честь которого назвали единицу напряжения, шутку про «напряжометр» пропускаем) сложил стопку из медных и цинковых кружков, проложенных тряпками с кислотой, — и получил первый в мире химический источник тока. Вольтов столб исправно выдавал ток, пока не истощались реагенты.
Затем появились более удобные элементы: элемент Даниэля с медным и цинковым электродами в разных растворах, элемент Грене с угольным электродом. Они были мощнее, надёжнее — но все они обладали одним фатальным недостатком: реакция шла только в одну сторону.
Как только реагенты превращались в продукты — а в случае элемента Даниэля это был, грубо говоря, сульфат цинка и осаждённая медь — всё!
Кончилось кино!
И батарейка отправлялась на свалку.
Это было не то чтобы фатально, но очень нерационально.
Помните, как в книге Николая Носова «Незнайка на Луне» жили два ленивых типа — бывший олигарх Спрутс и бывший бандюган Жулио?
«У вас, голубчик, в этой комнате слишком много скопилось дряни, — сказал однажды Жулио Спрутсу. — Однако убирать здесь не стоит. Мы попросту перейдём в другую комнату, а когда насвиним там, перейдём в третью, потом в четвёртую, и так, пока не загадим весь дом, а там видно будет».
В 1859 году французский физик Гастон Планте (Gaston Planté) совершил гениальное открытие. Он, грубо говоря, научил производителя электричества «убираться в комнатах».
Француз, который разглядел маятник
Промышленность требовала источник, который можно было бы перезаряжать много раз: реагенты исчерпались — ты пропустил через них ток — и химия пошла вспять, реагенты восстановились.
И тогда совсем ещё юный физик Гастон Планте предложил решение.
Несмотря на молодость, он уже был достаточно опытным учёным. В свои несерьёзные 25 лет Планте успел результативно позаниматься земным магнетизмом и поизучать электрические явления — в общем, был тем ещё «ботаном», как сейчас выражаются студенты.
Планте взял две свинцовые пластины, разделил их полотняными прокладками, свернул в рулон и поместил в стеклянный сосуд с разбавленной серной кислотой. Если пропустить через эту конструкцию ток, на одной пластине образуется диоксид свинца (PbO₂), на другой остаётся губчатый свинец (Pb). Когда батарейка разряжается, оба электрода превращаются в сульфат свинца (PbSO₄). Но чудо! При повторной зарядке — они возвращаются в исходное состояние!
Это было похоже на маятник: химическая энергия переходит в электрическую, потом обратно, и так много раз.
И это был второй, после изобретения пули, «звёздный час» свинца.
«Металл Сатурна» оказался идеальным материалом для «электрического маятника»: он мягкий, пластичный, легко образует нужные соединения, а главное — его сульфат нерастворим и остаётся на электродах, не уползая в электролит.
Так на Земле появились свинцовые аккумуляторы.
Первый аккумулятор Планте был далёк от совершенства: ёмкость очень мала, заряжать приходилось долгими часами, а то и сутками. Но принцип работал. Это был первый в истории вторичный источник тока, то есть перезаряжаемый.
Решётка вместо рулона: как свинец ушел в народ
Изобретение Планте двадцать лет пылилось в лабораториях. Его аккумулятор давал слишком малую ёмкость на единицу веса, а процесс «формирования» (то есть превращения свинцовых пластин в активную массу) занимал несколько недель.
Как говорил персонаж Евгения Моргунова в «Операции Ы»: «Это несерьёзно!». Требовалось какое-то другое решение, которое можно было использовать в промышленном масштабе.
В 1881 году его предложил другой француз — Камиль Фор (Camille Faure). Он догадался, что не обязательно долго катать пластины в кислоте; можно сразу нанести на свинцовую решётку пасту из оксидов свинца и высушить. После сборки и первого заряда паста превращалась в активную массу — пористую, с большой поверхностью. Ёмкость аккумулятора скакнула в несколько раз, а время зарядки сократилось с недель до часов.
Всё!
С этого момента свинцово-кислотный аккумулятор стал коммерчески выгодным, и заводы, и фабрики начали расти как грибы. Выражаясь поэтически, произошло соединение двух очень одиноких сущностей... Свинец — не самый дорогой металл, кислота — очень дешёвая субстанция... Когда они соединились, что мы получили в итоге?
Мы получили идеальный массовый продукт.
Ну ладно — практически идеальный.
Не случившийся вечный двигатель
Вы можете спросить — если в свинцовом аккумуляторе при зарядке сульфат на отрицательной пластине превращается обратно в свинец, на положительной — в диоксид свинца, а кислота «рождается» заново и всё возвращается к изначальному состоянию...
Это что же, мы получили вечный двигатель, что ли?
Увы, нет.
Нет в мире совершенства.
Часть сульфата со временем кристаллизуется в крупные плохо растворимые зёрна — этот процесс называется сульфатация. Кроме того, свинцовые решётки корродируют, активная масса осыпается. С каждой перезарядкой аккумулятор становится всё хуже и хуже. И в итоге живёт 3–5 лет. Ну хорошо, десять, если очень повезёт.
Первые электрические кареты и телеграфные станции
Тем не менее, практически сразу после изобретений Фора в 1880‑х начался настоящий бум. Аккумуляторы Планте-Фора стали использовать для освещения вагонов поездов, для телеграфных линий (как резервное питание), для первых кораблей, оснащённых электричеством. А в 1881 году инженер Гюстав Труве построил электротрицикл — по сути, электромобиль на свинцово-кислотных батареях. Ездил он со скоростью 12 км/ч, но это было начало.
К концу XIX века свинцовые аккумуляторы ставили даже в некоторые кареты скорой помощи. Тихая, безлошадная тяга казалась благом для больных. В Нью-Йорке в 1890‑х работали сотни электромобилей-такси. Их звали «электрические хэнсомы». И все они бегали на свинце.
Словом, свинец стал одним из главных двигателей прогресса в современном мире.
Технологии: от мокрых до гелевых
Первые аккумуляторы были «мокрыми» (Flooded) — электролит свободно плескался внутри. Их нужно было обслуживать: доливать дистиллированную воду, проверять плотность, чистить от коррозии. В 1960–70‑е годы появились необслуживаемые (MF) — с герметичными пробками и кальциевыми сплавами решёток, которые снизили саморазряд и испарение воды.
Настоящий прорыв случился в 1970‑х, когда начали выпускать VRLA (Valve Regulated Lead Acid) — клапанно-регулируемые аккумуляторы.
В них электролит загущён или впитан в сепаратор, а выделяющиеся газы рекомбинируют обратно в воду. Эти батареи можно ставить даже в жилые комнаты, они не дышат кислотой и не проливаются.
VRLA делятся на два основных подвида:
AGM (Absorbent Glass Mat) — электролит в стекловолоконных матах. Отлично работает в буферном режиме (ИБП, телекоммуникации) и в режиме «Старт-Стоп» автомобилей.
GEL (гелевые) — кислота смешана с кремнезёмом до состояния желе. Лучше переносят глубокие разряды, но хуже отдают высокий пусковой ток.
Именно VRLA позволили свинцовым батареям выжить после того, как всё рухнуло.
Но об этом позже.
Замкнутый цикл: свинец почти не теряется
Одно из главных преимуществ свинцово-кислотного аккумулятора — он почти полностью перерабатывается. В развитых странах процент переработки старых батарей достигает 95–99%. Процесс отработан до автоматизма: электролит нейтрализуют, пластины переплавляют в свинец, пластик корпуса дробят в гранулы.
Но есть, разумеется, и ложка дёгтя: в бедных странах (часть Азии, Африки, Латинской Америки) кустарная переработка аккумуляторов — это рассадник свинцовой интоксикации.
Люди, особенно дети, плавят свинец в открытых котлах, дышат парами, живут рядом с отвалами.
Но в целом, несмотря на все минусы, переработка свинца даёт умопомрачительные цифры — вторичный свинец составляет почти 60% всего потребляемого свинца в мире. Ни один другой цветной металл и близко не может похвастаться такой долей рециклинга.
Все эти плюсы, разумеется, не могли не сказаться на востребованности «металла Сатурна».
Как свинец вырос в цене и стал королем
Если раньше свинец расходился в основном на патроны, ядовитые свинцовые белила и не подверженные коррозии свинцовые кровли, то с 1880‑х в эту тёплую компанию, расталкивая всех локтями, ворвались производители свинцово-кислотных батарей с ажиотажно-безумными лицами.
По оценкам историков, в 1900 году более половины всей мировой выплавки свинца уходило на аккумуляторы. А к 1920-м — уже две трети.
В XX веке автомобиль стал главным пожирателем свинца. Автомобильные аккумуляторы были бездной, в которую добываемый свинец улетал, как в чёрную дыру, и аппетиты аккумуляторных производителей только росли, достигнув пика в 1990-е — начале 2000-х годов, когда число машин росло по всему миру.
А потом...
Потом всё пошло «с горы».
Вы спросите — почему?
А я отвечу одним словом — конкуренты.
«Нимфа», туды её в качель, рази ж товар даёт?
Как всё рухнуло
В 1991 году Sony выпустила первую коммерческую литий-ионную батарею, где вместо свинца — углеродный анод и оксид лития-кобальта на катоде.
Это была революция.
И это был нокаут.
Почему?
Приведу только одну цифру: в литий-ионных батареях энергия на килограмм — в 5 раз выше — 30–50 Вт·ч/кг у свинца против 150–200 Вт·ч/кг у лития.
В ПЯТЬ РАЗ!!!
При этом — никакого водного электролита и почти никакой коррозии.
Казалось — свинец обречён.
Но нет.
«Что там было, как ты спасся?»
Свинцово-кислотные аккумуляторы не сдохли и не вылетели с рынка быстрее собственного визга.
Разумеется, их доля упала, упала изрядно и более того — с каждым годом продолжает падать. Но при этом этот тип аккумуляторов до сих пор остаётся главным потребителем свинца на планете. И хотя их доля на рынке снижается, абсолютные цифры продолжают расти — особенно в Азии, где автопарк увеличивается ежегодно на миллионы машин.
Почему же свинцовые батареи до сих пор не умерли? Тому есть три причины:
Цена. Литий-ионный аккумулятор стоит в 3–5 раз дороже свинцового той же ёмкости. Для дешёвых машин, мотоциклов, электропогрузчиков — это критично.
Мощность. Литий даёт стабильный ток, но плохо справляется с короткими, сверхсильными импульсами. А стартеру нужен импульс 400 ампер на пару секунд. Свинец это умеет как никто другой.
Переработка. Литий перерабатывать сложно и дорого, а свинец — дёшево и легко. Пока зелёная повестка не доберётся до лития, свинец будут ценить за цикличность.
Поэтому свинец незаменим там, где требуется не столько ёмкость, сколько мощность и дешевизна. Он запускает двигатель, питает фары, музыку — на коротких импульсах. Электромобили, конечно, предпочитают литий, но даже у них часто стоит отдельная свинцово-кислотная батарея на 12 вольт для бортовой электроники.
Почему? Потому что литиевая высоковольтная батарея выключена, а свинец всегда «на подхвате» и в гораздо меньшей степени боится морозов.
Современный рынок: миллиарды ампер-часов
По данным аналитической компании Market Research Future, в 2025 году мировой рынок свинцово-кислотных аккумуляторов оценивался примерно в 102 миллиарда долларов. Другие агентства дают близкие цифры: от 95 до 110 млрд. К 2035 году ожидается рост до 140 миллиардов — главным образом за счёт развивающихся стран и систем бесперебойного питания.
Если смотреть не на деньги, а на металл, картина впечатляет ещё сильнее. Свинцово‑кислотные батареи остаются главным «пожирателем» свинца на планете. Международная исследовательская группа по свинцу и цинку (ILZSG) и отраслевая статистика показывают, что около 80–90% мирового потребления рафинированного свинца приходится на производство аккумуляторов, а в некоторых регионах эта доля ещё выше: в Китае и США — порядка 92%, в Европе — около 84%.
По глобальным оценкам, батареи обеспечивают примерно 86% всего потребления свинца, причём эта доля выросла с примерно 80% в 2018 году и продолжает медленно увеличиваться по мере того, как другие отрасли применения (пигменты, бензиновые присадки, кабельные оболочки, строительные материалы) сокращаются из-за протестов экологов.
С точки зрения географии лидером давно стал Азиатско‑Тихоокеанский регион: здесь выпускается и потребляется более половины свинцово‑кислотных аккумуляторов в мире, что связано с ростом автопарка, промышленности, телеком‑ и энергетической инфраструктуры в Китае, Индии, странах Юго‑Восточной Азии.
Европа и Северная Америка занимают меньшую, но всё ещё значительную долю рынка — прежде всего за счёт автомобильного сегмента, систем бесперебойного питания и стационарных решений для связи и энергетики.
Крупнейшими игроками рынка остаются международные компании Clarios (бывшая Johnson Controls), EnerSys, Exide Technologies, Trojan Battery, а также крупные азиатские производители, такие как Tianneng и Chaowei.
В России значительную долю рынка занимают «АкТех» (бренды «Зверь», «Орион», «Медведь»), «АКОМ» и несколько других производителей стартерных батарей для легкового и грузового автотранспорта.
Структурно рынок давно разделён на несколько ключевых сегментов. Автомобильные аккумуляторы по‑прежнему составляют львиную долю продаж. Второй крупный блок — стационарные и резервные системы: ИБП для дата‑центров, телеком‑узлов, больниц, а также накопители для солнечных и ветровых установок малого и среднего масштаба. Третий — тяговые батареи для электропогрузчиков, складской техники, гольф‑каров и прочей малой электротехники.
Перспективы, или Чем сердце успокоится
Увы, но по части перспектив в этом секторе порадовать свинец нечем.
Литий неумолимо отвоёвывает рынок: электромобили, гибриды, портативная электроника — всё это уже не свинец. В Евросоюзе и США к 2030‑м годам свинцовые стартерные батареи могут практически исчезнуть из новых машин, уступив место литий-ионным или натрий-ионным.
Прогнозы аналитиков (с которыми согласны не все, но большинство): к 2035 году свинцово-кислотные батареи сохранят 30–40% рынка стационарных и стартерных применений, уступив лидерство литию в высокоэнергетических накопителях. Но полностью свинец не исчезнет — он будет жить в бюджетных автомобилях, ИБП, грузовых погрузчиках и там, где важна не столько лёгкость, сколько дешевизна и надёжность.
В глобальном масштабе за счёт развивающихся стран свинец должен продержаться как минимум до 2040–2050 годов.
Но если называть вещи своими именами, этот бизнес у свинца уже отжали. Никаких перспектив в этом секторе нет, просто сейчас идёт процесс, который в бизнесе называется «мягкая посадка».
Хуже всего то, что уходить — некуда.
Даже если свинец проиграл литий‑иону «битву за будущее» в области высокоэнергетических накопителей, для самого свинца свинцово‑кислотные аккумуляторы по‑прежнему остаются практически безальтернативным (80-90%) рынком сбыта.
Грубо говоря — здесь у нас перспективы не ахти, но во всех остальных местах дела обстоят ещё хуже.
Вы можете спросить — а «всё остальное» — это что?
Дело в том, что у свинца было не два «звёздных часа» — пули и аккумуляторы — а три.
Но про третий мы вам расскажем в следующий раз.