כיצד למחזר סוללות של רכב חשמלי?

נכון לומר שהתהליך כרוך בשיטות, אתגרים וטכנולוגיות שונות כדי לשחזר ביעילות את החומרים בתוך חבילות הסוללות של רכב חשמלי. המורכבות נובעת מהעיצובים והכימיה המגוונים המעורבים. סוללות רכב חשמלי אינן סטנדרטיות, מה שהופך את הפירוק והמיחזור למשימה מייגעת ויקרה. בנוסף, סוללות מכילות חומרים מסוכנים, המהווים סיכונים סביבתיים ובטיחותיים אם לא מטופלות כראוי.

עם זאת, הסטטיסטיקה המצוטטת לעתים קרובות לפיה רק ​​5% מרכיבי הסוללות ממוחזרים, היא גם לא מעודכנת וגם לא נכונה. בעוד שבשנת 2010, כאשר נאמר הדבר (בדוח של ידידי כדור הארץ), חלה התקדמות עצומה בתעשיית המיחזור מאז.  

דו"ח של Circular Energy Storage משנת 2019 הצביע על כך שהנתון עמד על 50% וסביר מאוד שהנתון השתפר בחמש השנים שחלפו. למעשה, אירופה קבעה רמות מינימליות של חומרים המוצלים מפסולת סוללות לשימוש חוזר, וקבעה 50% עבור ליתיום עד 2027 ו-80% עד 2031, ועבור קובלט, נחושת, עופרת וניקל היעדים גבוהים אף יותר, ועומדים על 90% עד 2027 ו-95% עד 2031.

מה יש בחבילות הסוללות?

סוללת ליתיום-יון לרכב חשמלי מורכבת בדרך כלל מתאי ליתיום-יון, הכוללים רכיבים כימיים וחומרים שונים. כמובן שיש ליתיום, אך ייתכן שתמצאו גם קובלט, ניקל, מנגן וגרפיט. אלה ארוזים בדרך כלל בתאים בודדים המשולבים למודולים המרכיבים את חבילת הסוללה. 

מבין אלה, קובלט וניקל הם הקלים ביותר למחזור ושימוש חוזר. ליתיום וגרפיט גם הם ניתנים למחזור. עם זאת, מרכיבים אחרים כמו אלקטרוליטים מאתגרים יותר בשל הכימיה המורכבת שלהם והרעילות הפוטנציאלית שלהם. 

כאשר רכב חשמלי נגרט, הצעד הראשון הוא לרוקן אותו לחלוטין בבטחה. לאחר מכן, הסוללה מוסרת מהרכב ונבדקת לשימוש חוזר או מיחזור. במקרים מסוימים, ניתן לעשות שימוש חוזר בחבילות סוללות אלו לאחסון אנרגיה ביתי או מסחרי. חלק מהחברות המתמחות משתמשות בהן גם כדי להמיר מכוניות ישנות או קלאסיות לחשמל. 

אם הסוללה אמורה להיות ממוחזרת, החבילה מפורקת כדי להפריד את התאים והמודולים, אשר לאחר מכן עוברים עיבוד בשיטות כמו פירומטלורגיה או הידרומטלורגיה. 

מהו מיחזור פירומטלורגי והידרומטלורגי?

מיחזור פירומטאלורגי הוא תהליך המשמש להשבת מתכות יקרות מסוללות של רכבים חשמליים על ידי חשיפתן לטמפרטורות גבוהות. שיטה זו כוללת התכת הסוללות בכבשן כדי להפריד מתכות כמו קובלט, ניקל ונחושת מחומרים אחרים. 

במהלך תהליך זה, החומרים האורגניים והפלסטיק בסוללה נשרפים, ומשאירים סגסוגת מתכתית שניתן לעדן עוד יותר. שיטה זו צורכת אנרגיה רבה ויכולה לייצר פליטות מזיקות, אך היא יעילה בחילוץ מתכות שניתן לעשות בהן שימוש חוזר בסוללות חדשות או ביישומים אחרים.

מיחזור הידרומטלורגי פועל בטמפרטורות נמוכות יותר ויכול להשיג שיעורי התאוששות גבוהים של מתכות יקרות מסוללות רכב חשמלי באמצעות כימיה מימית. עם זאת, הוא דורש טיפול זהיר ואחראי בכימיקלים ובפסולת נוזלית.

ראשית, הסוללה מפורקת, והתאים הבודדים נמעכים לחומר אבקתי המכונה "מסה שחורה". לאחר מכן, מסה זו מטופלת בתמיסות כימיות (חומצות או בסיסים) כדי להמיס את המתכות לתוך תמיסה נוזלית. זה מאפשר להפריד את החומרים באמצעות ממסים הנקשרים באופן סלקטיבי למתכות ספציפיות. לאחר מכן הם מופקים מהתמיסה כתרכובות מוצקות.

לבסוף, תרכובות אלו עוברות טיהור נוסף כדי להסיר זיהומים ולייצר מלחי מתכת בעלי טוהר גבוה, אשר ניתן לעשות בהם שימוש חוזר בסוללות חדשות או ביישומים אחרים. 

מיחזור ישיר

טכניקת מיחזור מתפתחת היא 'מיחזור ישיר', שמטרתה לשמר את הפונקציונליות של חומרי הקתודה והאנודה בסוללות במקום לפרק אותן לחלוטין. זה כרוך בהפרדתן מרכיבים אחרים, ולאחר מכן ניקוין ושיפוצן, ולאחר מכן ניתן לפרוס אותן מחדש בתאי סוללה חדשים. 

שיטה זו מפחיתה את צריכת האנרגיה ואת עלויות המיחזור, וכן מפחיתה את הפסולת. קיים סיכון לזיהום ופירוק החומרים, דבר שעלול להשפיע על יעילותן של הסוללות החדשות. בינתיים, חלק מהרכיבים האחרים, כגון האלקטרוליט, המפריד וחומרי המארז, עדיין צריכים להיות מופרדים וממוחזרים בשיטות אחרות. 

מיחזור כפייתי

ההיתכנות הכלכלית של מיחזור סוללות לרכבים חשמליים מאתגרת מכיוון שזה יקר! נשקלות תקנות שיחייבו תיוג מפורט של רכיבי סוללות כדי להקל על המיחזור. 

יצרני רכבים חשמליים נושאים באחריות גוברת למחזור סוללות באמצעות מסגרות רגולטוריות ותוכניות אחריות מורחבות של יצרנים (EPR). באזורים מסוימים החברות אף חייבות לעמוד ביעדים ספציפיים ואחריות לאיסוף הסוללות. זה כולל את האיחוד האירופי (במסגרת 'הנחיית הסוללות') ואת סין, המחייבת יצרני רכבים חשמליים להיות אחראים לכל מחזור החיים של סוללות, החל מייצור ועד סילוק. בארצות הברית, קליפורניה יישמה גם חוקים בנושא זה. 

מה לגבי סוללות נתרן-יון וסוללות מצב מוצק?

סוללות נתרן-יון וסוללות מצב מוצק כאחד צצות כחלופה מבטיחה לסוללות ליתיום-יון עבור רכבים חשמליים. סוללות נתרן-יון כבר נכנסו לכמה מוצרים סיניים וכיום מתקיים מרוץ בין חברות כמו טויוטה, ניסאן, הונדה ואחרות, כולל יצרניות רכב מסין, להיות הראשונות להציג סוללות מצב מוצק ברכבים חשמליים. 

נתרן נמצא בשפע רב יותר ולכן זול יותר מליתיום עם השפעה סביבתית נמוכה יותר בכל הנוגע לכרייה. ייתכן שיש להם מחזור חיים קצר יותר, אם כי החדשות הטובות הן שקל יותר למחזר אותם. 

באופן דומה, סוללות מצב מוצק יכולות להציע טווחי נסיעה גדולים יותר, להפחית את הסיכון לשריפה ולהחזיק מעמד זמן רב יותר. למרות שהן מסובכות לייצור, השימוש באלקטרוליט מוצק במקום באלקטרוליט נוזלי מפשט את תהליך המיחזור. המתכות בעלות הערך הגבוה יותר שבתוכן גם מגבירות את התמריץ למחזר את הסוללות בצורה נכונה. 

לאור הצורך לעשות שימוש חוזר בחומרים נדירים, הכלכלה הכרוכה בכך, דרישות החקיקה והמדיניות וכן ציפיות הציבור, ברור שהמאמצים לשיפור מתמיד של היעילות ושיעורי המיחזור יתגברו בהמשך.