Мы смотрим, как можно перерабатывать батареи электромобилей

В 2021 году в Великобритании было продано больше электромобилей, чем за предыдущие пять лет вместе взятые. Этот бум электромобилей повторяется по всему миру, поскольку люди и страны стремятся к более экологичному транспорту. Однако перед отраслью электромобилей нависла проблема:что происходит со всеми отработанными батареями в конце их срока службы?

Аккумуляторы электромобилей содержат сложный химический состав, и многие из них до сих пор используют драгоценные металлы в своих компонентах. Аккумуляторы громоздки, тяжелы и — в начале жизни электромобиля — чрезвычайно энергозатратны в производстве. Большая часть углеродного долга электромобиля связана с производством его аккумулятора.

В результате, если электромобили действительно должны быть лучше автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем на протяжении всего их жизненного цикла — от создания до утилизации — переработка или повторное использование литий-ионных аккумуляторов является необходимостью. По данным исследователей из университетов Лестера и Ноттингема, в настоящее время эта проблема решается более чем 250 000 тонн отработанных компонентов аккумуляторов на миллион электромобилей, заканчивающих свой срок службы.

Однако достигнут значительный прогресс, и здесь мы рассмотрим, как аккумуляторы электромобилей можно превратить из отходов в полезное сырье.

Утилизация аккумуляторов электромобилей:заголовки новостей

Прежде всего, по данным Veolia, более 90% аккумуляторов электромобилей могут быть переработаны (в большинстве случаев ближе к 100%). Единственное, что может уменьшить эту цифру, — это экономика, поскольку только части аккумуляторов для электромобилей принесут прибыль компании по переработке. Однако с помощью регулирования компании могут быть обязаны максимизировать количество восстанавливаемых материалов, и это уже видно на примере Директивы ЕС по батареям, которая означает, что не менее 50 % батареи должно быть переработано.

Во-вторых, в Великобритании и на крупнейших рынках электромобилей есть множество компаний, которые уже занимаются утилизацией аккумуляторов. RSBruce — давно зарекомендовавшая себя фирма по переработке драгоценных металлов — открыла специальное предприятие для работы с аккумуляторными отходами в Великобритании. Французская фирма Veolia только что объявила, что к 2024 году у нее будет предприятие, способное перерабатывать 20 процентов отходов аккумуляторов электромобилей в Великобритании. год. Многие другие находятся в пути.

В-четвертых, сами производители начинают брать на себя ответственность за переработку. VW открыл пилотный завод в немецком Зальцгиттере, который перерабатывает 3600 аккумуляторных систем в год. Renault уже перерабатывает почти все свои аккумуляторы для электромобилей — путем демонтажа или повторного использования. GM в США стремится к 2025 году перерабатывать до 100 % возобновляемых материалов, из которых изготовлены аккумуляторы для электромобилей, и все остальные производители электромобилей инвестируют в инициативы.

Наконец, как упоминалось выше, переработка — это не только разборка аккумуляторов. Renault, BMW, Nissan, Volkswagen и другие производители электромобилей инвестируют в проекты по перепрофилированию «отработавших» аккумуляторов электромобилей для использования в качестве накопителей и источников энергии. На фото представлены мобильные накопители Renault. Называемый «второй жизнью», это эффективный способ использования аккумуляторов, которые все еще пригодны к эксплуатации, но не для нужд электромобилей.

Как перерабатываются аккумуляторы для электромобилей?

Существует несколько различных способов переработки аккумуляторов электромобилей, при этом постоянно разрабатываются более эффективные, чистые и высокоэффективные методы. Во всех случаях компаниям, занимающимся переработкой, действительно нужны такие материалы, как ценные металлы, такие как литий, никель и кобальт, поскольку их можно повторно использовать в новых батареях, а также их трудно утилизировать из-за их токсичности.

Наименее эффективным и наиболее простым этапом переработки является демонтаж путем измельчения. Анодные и катодные материалы аккумуляторов буквально помещаются в промышленный измельчитель, чтобы превратить их в «черную массу» — порошок, состоящий как из отходов, так и из желаемых веществ. Затем его перерабатывают либо путем плавки в печи — наименее эффективного, самого грязного и расточительного метода, — либо путем гидрометаллургии. При этом используются различные растворители и кислоты, чтобы выщелачивать драгоценные материалы из черной массы, хотя этот процесс очень водоемок и производит токсичные отходы.

В то время как вышеупомянутые методы являются наиболее часто используемыми в настоящее время, в настоящее время разрабатываются новые, низкоуглеродные и более эффективные методы. Исследовательский центр ReCell в США впервые применил новый метод под названием «пенная флотация».

Это процесс, который уже более века используется в горнодобывающей промышленности для разделения различных руд в зависимости от того, плавают они или тонут. В то время как катодные материалы обычно тонут и их трудно отделить, введение химиката, который заставляет плавать литий-никель-марганец-кобальт, облегчает разделение и не влияет ни на характеристики, ни на чистоту материала катода.

Большинство существующих методов восстановления приносят в жертву качество и, следовательно, менее применимы для изготовления новых аккумуляторов для электромобилей. Пенная флотация, впервые разработанная американским органом по переработке аккумуляторов ReCell Centre, позволяет большему количеству переработанных продуктов возвращаться на производственные линии новых аккумуляторов, улучшая экологические показатели и снижая затраты за счет снижения потребности в сырье для горнодобывающей промышленности.

Veolia, которая скоро откроет свой новый завод в Уэст-Мидлендсе, использует процесс, который она называет «городской добычей». Звучит заманчиво, но по сути это просто восстановление драгоценного материала батареи с использованием существующих методов. Термин вступает в свои права при описании того, как переработка существующих батарей уменьшит потребность в добыче сырья. Veolia считает, что за счет вторичной переработки — так называемой «городской добычи» — можно значительно сократить количество воды, используемой при производстве аккумуляторов, и сократить выбросы парниковых газов от производства примерно на 50 %.

Будущее утилизации аккумуляторов

Хотя, как показано выше, более 90% компонентов большинства современных литий-ионных аккумуляторов могут быть переработаны, процессы, с помощью которых это происходит, не являются простыми. Что сейчас делают некоторые производители аккумуляторов и эксперты, так это проектируют возможность вторичной переработки в элементы на этапе производства. Такое переосмысление батарей упростит и упростит их повторное использование по истечении срока службы.

Еще одним фактором является растущее движение к удалению кобальта из аккумуляторной химии. Это упростит процесс переработки и снизит его токсичность. Stellantis, например, планирует к 2024 году начать производство аккумуляторов без кобальта. Nissan делает то же самое, чтобы снизить затраты и повысить производительность, и большинство других крупных автопроизводителей движутся в этом направлении.

Глобальный аккумуляторный гигант CATL намерен полностью отказаться от лития. Он работает над натрий-ионными батареями, которые снизят стоимость батарей благодаря обилию натрия и простоте извлечения. Есть компромиссы в том, что натрий-ионные батареи обычно менее энергоемкие, чем литий-ионные. С другой стороны, они имеют более длительный срок службы, быстрее заряжаются, хорошо работают при низких температурах и менее подвержены внезапному возгоранию.

Наконец, значительно возрастет повторное использование аккумуляторов. Производители создают так называемую «экономику замкнутого цикла» с помощью схем второй жизни, о которых мы упоминали выше. Tesla планирует перерабатывать свои аккумуляторы, чтобы сократить потребность во вновь добытых материалах почти до нуля. По словам технического директора Дж. Б. Штробеля:«Tesla разрабатывает больше процессов для улучшения переработки аккумуляторов, чтобы вернуть больше активных материалов. Нам нужен замкнутый цикл, в котором повторно используются одни и те же переработанные материалы».

Некоторые скептики в отношении электромобилей укажут на разряженные батареи и заявят, что это расточительная катастрофа, но это не так. В конечном счете, пока батареи содержат материалы, которые нужны производителям электромобилей и которые снизят их затраты, переработка будет процветать. Кроме того, правительства почти наверняка будут регулировать отрасль, чтобы свести к минимуму захоронение отходов и обеспечить надлежащее обращение с опасными химическими веществами.

При этом важно помнить, что срок службы всех современных аккумуляторов для электромобилей составляет не менее 10 лет. Большинство производителей электромобилей гарантируют срок службы своих ячеек примерно столько же и не менее 160 000 км пробега. Мы видели примеры некоторых электромобилей, таких как Tesla Model X, которые проехали более 400 000 миль на оригинальных элементах. Кроме того, когда требуется новая батарея, ее замена является относительно простым процессом. Существует даже растущая индустрия независимых компаний (таких как электромобили Cleevley), модернизирующих более новые, более крупные и эффективные батареи и электронные системы управления для старых электромобилей с Nissan LEAF первого поколения, которые теперь оснащены батареями мощностью 60+ кВтч и современной силовой электроникой, которые продлевают срок их службы. и улучшить взаимодействие с владельцем.