Tylko recykling baterii samochodów elektrycznych nas uratuje
Baterie, także te w samochodach, stosunkowo szybko się zużywają. Rosnąca liczba „elektryków” to także coraz większy problem z zużytymi ogniwami. Na szczęście potrafimy sporo z nich odzyskać. Tylko czy to się opłaca?
Do aut elektrycznych nie wszyscy są nastawieni entuzjastycznie – to naturalne, mało jest rzeczy podobających się wszystkim. Sceptyków nie brakuje, a jednym z często podnoszonych przez nich argumentów są wysokie koszty produkcji baterii, ich zużywanie się i toksyczność dla środowiska.
Zespół akumulatorów w samochodzie elektrycznym to najdroższy i zarazem najcięższy jego element. Zawiera wiele pierwiastków, jak lit, kobalt, nikiel i mangan, których zasoby na Ziemi są dość ubogie (biorąc pod uwagę znane złoża). I często ograniczone w występowaniu do pojedynczych regionów.
Bardzo wskazane byłoby więc odzyskiwanie substancji użytych do produkcji baterii, gdy ulegną one zużyciu. I to jak najbardziej jest możliwe, procesy recyklingu baterii wprowadza wielu producentów aut, jak i producentów samych ogniw. Obecnie znane się trzy główne techniki przeprowadzania tych procesów – ten artykuł nieco Wam je przybliży. A także postara się odpowiedzieć na pytanie, czy to obecnie się opłaca i jakie są widoki na przyszłość.
Co zrobić z zużytym akumulatorem?
Zanim jednak przejdziemy do sposobów przetwarzania akumulatorów, warto zatrzymać się nieco wcześniej na ścieżce życia baterii samochodowej. Ogniwa motoryzacyjne pracują w dość specyficznych warunkach i wymaga się od nich wysokich parametrów. Gdy przestają je spełniać, co następuje zwykle po ok 150 – 300 tys. km przebiegu (zakładając 1000 cykli i średni zasięg auta ok. 150 – 300 km) – bateria nadaje się do wymiany. Czy jednak musi trafić od razu do przetworzenia?
Otóż nie – fakt nie nadawania się do auta nie przekreśla innych sposobów wykorzystania akumulatora. Można na przykład zbudować z nich bank energii. W Holandii znajduje się jeden z większych takich magazynów, w których drugie życie zyskały wymontowane z aut elektrycznych baterie. Z punktu widzenia motoryzacji – są zużyte. Ale ich parametry nadal wystarczą do wielu innych zastosowań.
Odnawialne źródła energii z reguły charakteryzują się małą stałością dobową dostaw. W nocy słońce nie świeci, więc farmy fotowoltaiczne muszą przechowywać energię zebraną podczas dnia. Podobnie jest z turbinami wiatrowymi. Nie zawsze wieje, więc by zapewnić ciągłość zasilania w chwilach flauty, potrzebne są banki akumulatorów. Wystarczą ogniwa o niższych parametrach, gdyż tutaj nie są one poddawane przeciążeniom, ani nagłemu ładowaniu dużym prądem (np. odzyskiwanie energii podczas hamowania).
Średnia pojemność samochodowego akumulatora wynosi ok. 50 – 70 kWh, więc możliwe jest też wykorzystanie wymontowanych ogniw w gospodarstwach domowych w charakterze zasilania awaryjnego. Zakładając, że dzienne wykorzystanie energii wynosi ok 6 kWh, w razie braku prądu z powodu klęski żywiołowej taka bateria mogłaby zapewnić działanie urządzeń elektrycznych przez kilka dni. Nawet biorąc pod uwagę, że zużycie spowodowało np. spadek pojemności do ok. 70% fabrycznej normy.
Metody recyklingu akumulatorów
W końcu jednak taka bateria osiągnie swój kres życia. Nie wszystkie akumulatory po wymontowaniu z auta będą się też nadawać do dalszego użycia. Nie będzie to możliwe np. w przypadku aut po wypadkach. Takiego urządzenia nie można po prostu wyrzucić, zawiera zbyt wiele substancji toksycznych dla środowiska. Mamy więc wybór – albo składować takie akumulatory w bezpiecznym miejscu (co nieco przypomina sytuację z odpadami radioaktywnymi), albo odzyskać z nich składniki możliwe do wykorzystania przy produkcji nowych baterii.
Na szczęście obecne technologie recyklingu pozwalają zwrócić nawet powyżej 85% rzadkich pierwiastków użytych w procesie produkcji, zależnie od wykonania akumulatora. A także jego typu, ponieważ ogniwa możemy rozróżnić spośród trzech, najczęściej spotykanych. W autach osobowych znajdziemy zazwyczaj ogniwa typu NMC (niklowo-manganowo-kobaltowe) lub NCA (niklowo-kobaltowo-aluminiowe). W autobusach z kolei możemy trafić na baterie żelazowo-fosforowe LFP. Procesy recyklingu także są zgrupowane w trzy, najczęściej stosowane:
- Pirometalurgiczny (termiczny) – ogniwa po demontażu i rozłożeniu są poddawane przetopieniu w wysokiej temperaturze. Specyficzna obróbka termiczna pozwala oddzielić od siebie konkretne pierwiastki.
- Mechaniczny – ogniwa zostają rozdrobnione w specjalnych młynach, a następnie z powstałej w ten sposób mieszanki oddziela się metale, wykorzystując zjawiska fizyczne, jak np. magnetyzm, działanie kinetyczne.
- Hydrometalurgiczny – czasem zwany chemicznym. Zawartość ogniw poddawana jest działaniu kwasów i zasad, aby oddzielić składniki, z których zostały wyprodukowane.
Przed poddaniem ogniw tym procesom konieczny jest demontaż i rozłożenie baterii w takim stopniu, jak tylko jest to możliwe. Sposób tego wykonania zależy od producenta baterii lub firmy motoryzacyjnej. Czasem nie jest to trudne, jeśli mamy do czynienia z typowym klastrem cylindrycznych ogniw. Gorzej sprawa wygląda, jeśli zastosowano nietypowe rozwiązania, jak np. płaskie ogniwa w niektórych modelach Nissana, lub zatopione w żywicy, jak w starszych Teslach.
Rozbieranie baterii często wymaga dokładnej i ręcznej pracy wielu osób, aby uzyskać postać zdatną do przetopienia lub rozpuszczenia w chemikaliach. Rosnąca liczba aut elektrycznych może stworzyć więc całkiem sporo nowych miejsc zatrudnienia. Oznacza to rozwój nieznanych wcześniej gałęzi przemysłu i nowych zawodów.
W niemieckim Salzgitter Volkswagen posiada zakład recyklingu akumulatorów. Rocznie poddaje w tym miejscu odzyskiwaniu ok. 1500 ton zużytych urządzeń zasilających. Pakiety ogniw demontuje się ręcznie a następnie trafiają one do rozdrabniarek. Następnie przechodzą przez zestawy sit, które separują kolejne minerały wykorzystując ich różne masy i zjawiska kinetyczne.
Cały proces odbywa się w hermetycznych pojemnikach – wydzielające się gazy także mogą zawierać cenne pierwiastki. Na koniec to, co pozostało z ogniw, czyli drobny szary proszek, jest poddawane procesom chemicznym, by odzyskać jak najwięcej materiału. Placówka ma także charakter doświadczalny a trafiają do niej baterie z firmowych i eksperymentalnych pojazdów. Doświadczenia nabyte w ten sposób na pewno przyczynią się do dalszego ulepszania recyklingu akumulatorów.
Minusy recyklingu baterii
Każde nowe odkrycie lub ulepszenie technologii w dziedzinie recyklingu akumulatorów będzie bardzo mile widziane. Po napisaniu wielu pozytywnych rzeczy związanych z zasilaniem aut elektrycznych przyszedł czas na minusy. A ten niestety jest, w zasadzie jeden, ale za to poważny. Na początek trzęsienie ziemi, jak w u Hitchcocka – recykling jak na razie niestety niezbyt się opłaca. I to można uznać za wystarczający do opisania zarzut pod adresem odzyskiwania kobaltu, niklu czy litu z zużytych baterii.
Ilość pracy wymaganej do rozmontowania baterii oraz ciągle łatwo dostępne złoża pierwiastków powodują, że cena odzyskanych materiałów jest wyższa niż świeżo wydobytych. W szczególności proces pirometalurgiczny wydaje się mało rentowny, gdyż dodatkowo pochłania spore zasoby energii. Obecnie firmy skłaniają się ku wykorzystaniu procesów mechanicznych i chemicznych.
Mimo wszystko recykling baterii się rozwija ponieważ zasoby metali ziemi rzadkich są mocno ograniczone – ceny wydobytych minerałów mogą już tylko rosnąć. Inwestuje się w technologie ich odzyskiwania mimo obecnie niezbyt dobrej opłacalności.
Ponad połowa światowych zasobów kobaltu mieści się w Republice Konga, gdzie bywa wydobywana w niezbyt humanitarnych warunkach. Podobnie wygląda sytuacja z litem, czy niklem – spora część ich złóż jest Chinach, a obecne trendy kładą nacisk na stopniowe uniezależnianie produkcji od chińskich dostaw (kraj ten uprawia coraz bardziej kontrowersyjną politykę międzynarodową).
Nie tylko baterie w autach elektrycznych wykorzystują rzadkie pierwiastki. W silnikach można także je spotkać, np. neodym i dysproz. Choć tutaj są sposoby na ominięcie ich stosowania – istnieją typy silników zbudowane inaczej, bez rzadkich materiałów. W przypadku akumulatorów litowo-jonowych jest to niewykonalne, stąd recykling ogniw jest obecnie jedyną sensowną opcją na drodze popularyzacji „elektryków”.
Wiele firm stale inwestuje w rozwój technologii recyklingu, aby obieg pierwiastków ziem rzadkich uczynić bardziej zamkniętym. Być może uda się zmniejszyć koszty tych procesów i obniżyć ceny odzyskanych materiałów. Niestety nie uzyskamy w ten sposób swoistego „perpetuum mobile”, ale może to dać nam niezbędny czas na opracowanie nowych metod zasilania pojazdów elektrycznych.
Komentarze czytelników
Jaya Generał
Chyba tylko trolejbusy obecnie mają sens, przy obecnie popularnej technologii, albo zamiana prądu w postać stałą np. wymyślam: generując wodór. Dużego skoku technologicznego brakuje do tworzenia czegoś co nie skupia się tylko na pierwiastkach, tylko na strukturach o większej dokładności.
Polacy głównie kupują używane auta. W momencie gdy akumulator po 15 latach kosztowałby więcej niż nowe auto (bo pierwiastki szybko podrożeją jak nie znajdą złóż i producenci niechętnie są nastawieni do zamienników). Może i są stosowane już inne pierwiastki, ale jakoś auta nie potaniały. UE też chyba ma "przestarzałe" informacje bo chce trochę ograniczyć śmieciarzy.
Najczęściej skok technologiczny powoduje, że zapominamy o problemie, kupując nowszy model, ale jeśli mało się czegoś używa i traci przydatność jak ogórki w słoiku to jest problem. Mam mało używaną golarkę na akumulator, zgolę na niej brodę na 2 ładowania maksymalnie. Druga podobnie dobrej marki tylko w tej trzeba poczekać, aż się podładuje trochę i można używać na kablu.
Nawet jeśli chodzi w tym wszystkim pośrednio tylko o ilość "ropy" w tej całej ekologii, to buble nie są rozwiązaniem.
kaagular Generał
"Do aut elektrycznych nie wszyscy są nastawieni entuzjastycznie" no, głównie pracownicy elektrowni xd
kaagular Generał
Do samozapłonu może dojść wszędzie. Ten Merc akurat się samozapalił bo miał awarię, którą chwilę wcześniej źle serwis ogarnął.
kaagular Generał
Jak to "będą problemy z prądem"? W Niemczech stacje ładowania są pierwsze do odcięcia od sieci w przypadku blackoutu :)
kaagular Generał
Nie gasili 20 godzin tylko formalnie tyle trwało do zamknięcia sprawy. Czekali na wannę, a potem ostudzenie. Stał se kontener na poboczu ot i tyle. Nie zmienia to faktu, że problem jest szczególnie, że nie mamy jeszcze wiedzy ile będzie pożarów kiedy elektryki, tak jak spalinówki, będą miały średnio 13 lat.
GRYOnline.pl:
tvgry.pl:
