Вирішено проблему утилізації літій-іонних акумуляторів

В Норвегії фінська компанія Fortum – дуже важливий гравець на ринку зарядки електромобілів. Їх швидкі і повільні зарядки стоять всюди

Деякий час назад фіни з Fortum Recycling & Waste вирішили вкластися в переробку батарей. І ось зараз компанія отримала патент на новий гідрометалургійний процес, який дозволяє витягувати з акумуляторів найбільш цінні метали.

Нагадаємо: Компанія Tesla пообіцяла змінити світ новими батареями

Гідрометалургія

Процес, запатентований Fortum, оптимізований для промислових акумуляторів, тобто для електромобілів і «power banks». Fortum очікує що до 80% літій-іонних акумуляторів на ринку через десять років будуть автомобільні.

Гідрометалургія включає вилуговування цінних елементів з твердого матеріалу і їх подальше осадження шляхом модифікації хімічного складу фази розчинника.

Нагадаємо: Японські стартапи обіцяють радикально збільшити ємність батарей електромобілів

Сам процес складається з трьох етапів. Спочатку акумулятор повністю розряджається, потім розбирається на більш дрібні компоненти. Елементи корпусу (метал і пластик) переробляються звичайним способом.

Спочатку осередки витягуються з корпусу батареї

Самі осередки подрібнюються на дрібні шматочки спеціальною машиною, розробленою Fortum і оптимізованої для використання з батареями, так що вони готові до третього і завершального етапу обробки так званої «чорної маси». Щоб витягти окремі метали і мінерали окремо один від одного, чорну масу пропускають через запатентований гідрометалургійний процес, який дозволяє витягувати кобальт, нікель, марганець і літій. Отримані елементи потім продаються виробникам акумуляторів.

Нагадаємо: Шанхайський виробник електромобілів буде пропонувати оренду акумуляторів для електрокарів

Особливість і «секрет» всього процесу якраз і полягає в цьому третьому етапі. Оскільки цей процес є гідрометалургійним і не заснований на традиційному переплаві металів, він не вимагає дуже високих температур і, отже, менш інтенсивний по CO2. Гідрометалургія дозволяє витягти також графіт і літій, які зазвичай губляться в термічно-металургійному процесах.

Складнощі

Сьогодні дуже складно знайти надійні і точні цифри по переробці літій-іонних акумуляторів. У кількох статтях і дослідницьких статтях згадується, що глобальний рівень утилізації становить від 2 до 7%. Однак це заперечується іншими джерелами, які замість цього заявляють, що близько 50% батарей сьогодні переробляються – в основному в Азії. Ця цифра, до речі, викликає великий сумнів. У більшості країн проблема просто експортується, тому що сьогодні можливості вторинної переробки дуже обмежені і технологій готових немає.

Гідрометалургійні процеси дуже цікаві, але у них є дві проблеми:

– часто потрібно сортування акумуляторних відходів за однорідними фракціям. Це дорогий процес, і вартість переробки виходить вище, ніж прибуток від неї;

– в результаті гідрометалургійних процесів утворюються хімічні відходи, від яких необхідно позбавлятися.

Процес не дешевий, і часто виробникам акумуляторів дешевше купити нові матеріали. Але у переробних підприємств є два джерела доходів: утилізація батарей як така плюс продаж матеріалів.

Фортум стверджує, що в ідеалі може переробити 95% активних металів з чорної маси батареї. Зараз в цілому вони переробляють близько 80% від усіх матеріалів в батареї, включаючи пластик і метал з корпусу, і продовжують шукати способи поліпшення.

Складний продукт для вторинної переробки

Літій-іонні батареї являють собою складні вироби як для проектування, так і для виробництва, оскільки вони повинні бути безпечними у використанні і мати тривалий життєвий цикл. Тому їх також складно переробити. Розбирання батареї може призвести до ураження електричним струмом, а самі осередки містять токсичні матеріали. У той же час існує великий попит на ці матеріали, але процес повинен бути ефективним і з мінімальними відходами. Тому для утилізації і переробки літій-іонних батарей потрібні високі стандарти безпеки. Було досить багато випадків загоряння невеликих літій-іонних осередків, тому що вони не так міцні, як осередки більшого розміру. Великі осередки в основному небезпечні високою напругою і токсичними матеріалами.

Крім того, грає роль і той факт, що викиди CO2 від виробництва електромобілів стали важливим фактором конкуренції – і тут вторинна переробка є важливим методом зменшення викидів. Отже, потенційна технологія рециркуляції повинна бути не тільки безпечною і ефективною – вона також повинна мати якомога більш низький ефект CO₂. Це також одна з причин, чому азіатські країни випереджають Європу в переробці літій-іонних акумуляторів: оскільки до процесу переробки пред’являється менше вимог, він вимагає менших вкладень і, отже, його швидше почати. При цьому азіатський ринок електромобілів ще й більш зрілий, ніж європейський.

Поки проблема переробки не стоїть гостро. Нові автомобільні акумулятори досить довговічні (10-15 років), і, ймовірно, пройде багато часу, перш ніж виникне серйозна проблема з їх переробкою. Крім того, акумулятори можуть бути повторно використані в різних накопичувачах енергії ще на протязі 10 років після кінця їх служби в електромобілях.