Решена проблема утилизации литий-ионных аккумуляторов
У нас тут финская компания Fortum - очень важный игрок на рынке зарядки электромобилей. Их быстрые и медленные зарядки стоят повсюду.
Быстрая зарядка Фортум
Некоторое время назад финны из Fortum Recycling & Waste решили вложиться в переработку батарей. И вот сейчас компания получила патент на новый гидрометаллургический процесс, который позволяет извлекать из аккумуляторов наиболее ценные металлы.
Гидрометаллургия
Процесс, запатентованный Fortum, оптимизирован для промышленных аккумуляторов, то есть для электромобилей и «power banks». Fortum ожидает что до 80% литий-ионных аккумуляторов на рынке через десять лет будут автомобильные.
Напомню, гидрометаллургия включает выщелачивание ценных элементов из твердого материала и их последующее осаждение путем модификации химического состава фазы растворителя.
Сам процесс состоит из трех этапов. Сначала аккумулятор полностью разряжается, затем разбирается на более мелкие компоненты. Элементы корпуса (металл и пластик) перерабатываются обычным способом.
Сначала ячейки извлекаются из корпуса батареи
Сами ячейки измельчаются на мелкие кусочки специальной машиной, разработанной Fortum и оптимизированной для использования с батареями, так что они готовы к третьему и заключительному этапу обработки так называемой «черной массы». Чтобы извлечь отдельные металлы и минералы отдельно друг от друга, чёрную массу пропускают через запатентованный гидрометаллургический процесс, который позволяет извлекать кобальт, никель, марганец и литий. Полученные элементы затем продаются производителям аккумуляторов.
Особенность и «секрет» всего процесса как раз и заключается в этом третьем этапе. Поскольку этот процесс является гидрометаллургическим и не основан на традиционном переплаве металлов, он не требует очень высоких температур и, следовательно, менее интенсивен по CO2. Гидрометаллургия позволяет извлечь также графит и литий, которые обычно теряются в термически-металлургическом процессах.
Сложности
Сегодня очень сложно найти надежные и точные цифры по переработке литий-ионных аккумуляторов. В нескольких статьях и исследовательских статьях упоминается, что глобальный уровень утилизации составляет от 2 до 7%. Однако это оспаривается другими источниками, которые вместо этого заявляют, что около 50% батарей сегодня перерабатываются - в основном в Азии. Эта цифра, кстати, вызывает большое сомнение. В большинстве стран проблема просто экспортируется, потому что сегодня возможности вторичной переработки очень ограничены и технологий готовых нет.
Гидрометаллургические процессы очень интересны, но у них есть две проблемы:
- часто требуется сортировка аккумуляторных отходов по однородным фракциям. Это дорогой процесс, и стоимость переработки получается выше, чем прибыль от неё;
- в результате гидрометаллургических процессов образуются химические отходы, от которых необходимо избавляться.
Процесс не дешёвый, и часто производителям аккумуляторов дешевле купить новые материалы. Но у перерабатывающих компаний есть два источника доходов: утилизация батарей как таковая плюс продажа материалов.
Фортум утверждает, что в идеале может переработать 95% активных металлов из черной массы батареи. Сейчас в общей сложности они перерабатывают около 80% от всех материалов в батарее, включая пластик и металл из корпуса, и продолжают искать способы улучшения.
Сложный продукт для вторичной переработки
Литий-ионные батареи представляют собой сложные изделия как для проектирования, так и для производства, поскольку они должны быть безопасными в использовании и иметь длительный жизненный цикл. Поэтому их также сложно переработать. Разборка батареи может вызвать поражение электрическим током, а сами ячейки содержат токсичные материалы. В то же время существует большой спрос на эти материалы, но процесс должен быть эффективным и с минимальными отходами. Поэтому для утилизации и переработки литий-ионных батарей требуются высокие стандарты безопасности. Было довольно много случаев возгорания небольших литий-ионных ячеек, потому что они не так прочны, как ячейки большего размера. Большие ячейки в основном опасны высоким напряжением и токсичными материалами.
Кроме того, играет роль и тот факт, что выбросы CO2 от производства электромобилей стали важным фактором конкуренции - и здесь вторичная переработка является важным методом уменьшения выбросов. Следовательно, потенциальная технология рециркуляции должна быть не только безопасной и эффективной - она также должна иметь как можно более низкий эффект CO₂. Это также одна из причин, почему азиатские страны опережают Европу в переработке литий-ионных аккумуляторов: поскольку к процессу переработки предъявляется меньше требований, он требует меньших вложений и, следовательно, его быстрее начать. При этом азиатский рынок электромобилей еще и более зрелый, чем европейский.
Пока проблема переработки не стоит остро. Новые автомобильные аккумуляторы довольно долговечны (10-15 лет), и, вероятно, пройдет много времени, прежде чем возникнет серьезная проблема с их переработкой. Кроме того, аккумуляторы могут быть повторно использованы в различных накопителях энергии ещё в течении 10 лет после конца их службы в электромобилях.
Моя более ранняя статья по теме: Обзор технологий переработки аккумуляторов
Список моих записей об электромобилях и не только.