Один из многочисленных мифов и заблуждений об электромобилях (ЭМ) заключается в том, что батареи не подлежат переработке и просто окажутся на свалках. Это просто неправда. Переработка батарей ЭМ необходима для экологической устойчивости после того, как они отслужили свой срок службы в транспортных средствах — в настоящее время оценивается от 15 до 20 лет.
Можно смело сказать, что этот процесс включает в себя различные методы, проблемы и технологии для эффективного восстановления материалов в аккумуляторных батареях электромобилей. Сложность обусловлена разнообразием конструкций и используемых химических веществ. Аккумуляторы электромобилей не стандартизированы, что делает демонтаж и переработку трудоемкой и дорогостоящей задачей. Кроме того, аккумуляторы содержат опасные материалы, представляющие угрозу окружающей среде и безопасности при неправильном обращении.
Однако часто цитируемая статистика о том, что только 5% компонентов аккумуляторов перерабатываются, является устаревшей и неверной. Хотя в 2010 году, когда это было заявлено (в отчете Friends of the Earth), было значительно меньше инфраструктуры переработки, с тех пор в отрасли переработки произошел огромный прогресс.
Отчет Circular Energy Storage за 2019 год показал, что этот показатель составил 50%, и весьма вероятно, что он будет улучшен за прошедшие пять лет. Фактически, Европа установила минимальные уровни материалов, утилизированных из отходов аккумуляторов, для повторного использования, установив 50% для лития к 2027 году и 80% к 2031 году, а для кобальта, меди, свинца и никеля цели еще выше — 90% к 2027 году и 95% к 2031 году.
Аккумуляторные батареи электромобилей могут быть сложными и дорогими в разборке. Но маркировка компонентов может облегчить этот процесс в будущем.
Что находится в аккумуляторных батареях?
Литий-ионный аккумулятор электромобиля обычно состоит из литий-ионных ячеек, которые включают в себя различные химические компоненты и материалы. У вас, очевидно, есть литий, но вы также можете найти кобальт, никель, марганец и графит. Они обычно упакованы в отдельные ячейки, которые объединяются в модули, составляющие аккумуляторную батарею.
Из них кобальт и никель легче всего поддаются переработке и регенерированию. Литий и графит также подлежат переработке. Однако другие компоненты, такие как электролиты, более сложны из-за их сложной химии и потенциальной токсичности.
Когда электромобиль сдается на слом, первым шагом является его полная безопасная разрядка. Затем аккумулятор извлекается из транспортного средства и оценивается для повторного использования или переработки. В некоторых случаях эти аккумуляторные блоки могут быть повторно использованы для бытового или коммерческого хранения энергии. Некоторые специализированные компании также используют их для преобразования старых или классических автомобилей в электроэнергию.
Если аккумулятор подлежит переработке, блок разбирается для разделения ячеек и модулей, которые затем перерабатываются такими методами, как пирометаллургия или гидрометаллургия.
Что такое пирометаллургическая и гидрометаллургическая переработка?
Пирометаллургическая переработка — это процесс, используемый для извлечения ценных металлов из аккумуляторов электромобилей путем их воздействия высокими температурами. Этот метод включает плавку аккумуляторов в печи для отделения металлов, таких как кобальт, никель и медь, от других материалов.
В ходе этого процесса органические материалы и пластик в батарее сгорают, оставляя металлический сплав, который можно дополнительно очистить. Этот метод энергоемкий и может генерировать вредные выбросы, но он эффективен для извлечения металлов, которые можно повторно использовать в новых батареях или других приложениях.
Гидрометаллургическая переработка работает при более низких температурах и может достигать высоких показателей извлечения ценных металлов из аккумуляторов электромобилей с использованием водной химии. Однако она требует осторожного и ответственного обращения с химикатами и жидкими отходами.
Сначала батарея разбирается, и отдельные ячейки измельчаются в порошкообразное вещество, известное как «черная масса». Затем его обрабатывают химическими растворами (кислотами или основаниями), чтобы растворить металлы в жидком растворе. Это позволяет разделить материалы с помощью растворителей, которые избирательно связываются с определенными металлами. Затем их извлекают из раствора в виде твердых соединений.
Наконец, эти соединения подвергаются дальнейшей очистке для удаления примесей и получения высокочистых солей металлов, которые можно повторно использовать в новых батареях или других приложениях.
Литиевый рудник Гринбушес — это открытый карьер в Западной Австралии, крупнейший в мире литиевый рудник.
Прямая переработка
Новая технология переработки — «прямая переработка», которая направлена на сохранение функциональности катодных и анодных материалов в батареях, а не на их полное разрушение. Она включает в себя отделение их от других компонентов, а затем их очистку и восстановление, после чего их можно повторно использовать в новых ячейках батареи.
Этот метод снижает потребление энергии и затраты на переработку, а также сокращает отходы. Существует риск загрязнения и деградации материалов, что может повлиять на эффективность новых батарей. Между тем, некоторые другие компоненты, такие как электролит, сепаратор и материалы корпуса, все еще должны быть отделены и переработаны с использованием других методов.
Принудительная переработка
Экономическая целесообразность переработки аккумуляторов электромобилей является сложной, поскольку это дорого! Рассматриваются правила, обязывающие детальную маркировку компонентов аккумулятора для упрощения переработки.
Производители электромобилей все чаще несут ответственность за переработку батарей через нормативные рамки и программы расширенной ответственности производителя (EPR). В некоторых регионах компании даже должны выполнять определенные цели и отвечать за сбор батарей. К ним относятся ЕС (в соответствии с «Директивой о батареях») и Китай, которые предписывают, что производители электромобилей несут ответственность за весь жизненный цикл батарей от производства до утилизации. В Соединенных Штатах Калифорния также приняла законы на этот счет.
А как насчет натрий-ионных и твердотельных аккумуляторов?
Как натрий-ионные, так и твердотельные батареи становятся многообещающей альтернативой литий-ионным батареям для электромобилей. Натрий-ионные батареи уже появились в некоторых китайских продуктах, и в настоящее время идет гонка между такими компаниями, как Toyota, Nissan, Honda и другими, включая автопроизводителей из Китая, за право первыми внедрить твердотельные батареи в электромобили.
Натрий гораздо более распространен и, следовательно, дешевле лития, а его добыча оказывает меньшее воздействие на окружающую среду. У них может быть более короткий жизненный цикл, хотя хорошая новость в том, что их легче перерабатывать.
Аналогично, твердотельные батареи могут обеспечить большую дальность поездки, снизить риск возгорания и прослужат дольше. Хотя их сложно изготовить, использование твердого электролита вместо жидкого упрощает процесс переработки. Более ценные металлы внутри также повышают стимул для правильной переработки батарей.
Учитывая необходимость повторного использования редких материалов, экономические аспекты, требования законодательства и политики, а также ожидания общественности, становится ясно, что усилия по постоянному повышению эффективности и темпов переработки будут активизироваться в будущем.
