Recyklace lithiových baterií

Lithium-iontové baterie mají komplexní konstrukci, která se skládá z mnoha různých součástí.

Existují dva hlavní důvody pro recyklaci lithium-iontových baterií: náklady a ekologická hlediska.

Náklady

Trvale udržitelný koncept recyklace může pomoci snížit závislost na nově vytěžených zdrojích. Tento trh bude růst s tím, jak se bude vyrábět stále více elektromobilů a shromažďovat větší množství použitých baterií k recyklaci. Kromě recyklace použitých baterií mnoho výrobců bateriových článků integruje recyklační závody přímo do svých gigatováren, což jim umožňuje znovu využít výrobní odpad ve výrobním procesu. Tento přístup nejen podporuje udržitelnost, ale slouží také jako kritické opatření pro úsporu nákladů ve velkosériové výrobě baterií.

Při výrobě elektromobilu je sada baterií nejdražším dílem. Může představovat až 50 % celkových nákladů na vozidlo, přičemž většinu těchto nákladů tvoří cena materiálu. Z ekonomického hlediska je proto rozumné recyklovat co nejvíce a vyhnout se nutnosti nákupu pro každou novou baterii. Kromě toho je obsah kovů v lithium-iontových bateriích dokonce vyšší než v některých přírodních rudách, což je činí cennými pro ekonomické využití.

Environmentální aspekty

Kromě vysokých nákladů spojených s výrobou nové baterie existují také ekologické aspekty, a to jak na začátku, tak na konci životního cyklu baterie. Drahé kovy obsažené v lithium-iontových bateriích, jako je lithium, nikl a kobalt, jsou konečné materiály – a poptávka po nich roste. Bez recyklace rozmach elektromobility rychle vyčerpá naše v současnosti známé rezervy lithia. O to důležitější je, aby přechod od konvenční k elektrické mobilitě proběhl udržitelným způsobem a aby byla dostupnost těchto zdrojů zajištěna tak, aby byl dopad na planetu co nejmenší.

Extrakce surovin potřebných k výrobě lithium-iontové baterie je velmi ekologicky náročný proces. Stejně jako jakákoli jiná těžba způsobuje nevratné škody na krajině a zvyšuje znečištění ovzduší. Obrovské množství vody potřebné pro určité metody těžby lithia také odvádí zásoby vody od místních komunit a přírodního prostředí.

Kromě toho musí být lithium-iontová baterie po skončení své životnosti odborně zlikvidována. Materiály obsažené v použitých bateriích mohou být při uvolnění do životního prostředí nebezpečné. Proto je nutný velmi specializovaný a nákladný proces likvidace – po kterém jsou zdroje navždy ztraceny. Recyklace, i když je spojena s náklady, může přinejmenším zajistit možnost zachování a opětovného využití zdrojů. Kromě toho recyklace baterií snižuje dopad na životní prostředí tím, že rozloží uhlíkovou stopu těžby na více baterií vyrobených z recyklovaných materiálů.

Přípravou je úplné vybití baterie. Různé komponenty, jako je pouzdro, kabely a šrouby, lze poté rozebrat a buď recyklovat, nebo znovu použít. Tato demontáž zajišťuje, že je kompletní recyklační proces co nejefektivnější a že lze nejdříve oddělit součásti, které jsou snadněji recyklovatelné. Existují čtyři hlavní techniky recyklace lithium-iontových baterií.

Mechanické zpracování: Při této metodě jsou součásti baterií fyzicky odděleny a zmenšeny, aby bylo možné získat zpět cenné materiály. To se děje prostřednictvím procesů, jako je drcení, šrotování a prosívání.

Hydrometalurgie: Tento proces využívá rozpouštědla, kyseliny nebo jiná chemická činidla k rozpouštění a selektivnímu získávání kovů z baterií. Často zahrnuje kroky jako vyluhování, srážení a čištění.

Tepelné zpracování: Tato technika zahrnuje využití tepla v procesu recyklace lithium-iontových akumulátorů. Prostřednictvím zahřívacích procesů lze chemikálie odpařit, například v procesu destilace, který se provádí za účelem oddělení kapalného elektrolytu. Teplo lze také použít k rozkladu určitých komponent, například k odstranění plastových materiálů.

Pyrometalurgie: Tato technika zahrnuje procesy s vysokou teplotou pro extrakci cenných kovů z vybitých baterií. Obvykle se jedná o tavení nebo pražení materiálů z baterií za účelem získání kovů, jako je lithium, kobalt a nikl. Proces může být energeticky náročný a uvolňuje plyny, jako je benzen, kyanovodík a formaldehyd, které je třeba zpracovat, aby se zabránilo poškození životního prostředí.

Elektromobily jsou prezentovány jako nejšetrnější řešení pro naše ulice z hlediska životního prostředí. A při každodenním provozu jsou mnohem efektivnější: Uhlíková stopa elektromobilu je v průměru více než třikrát nižší na kilometr než u konvenčního vozu stejné velikosti. Nicméně, přímo z továrny mají ve skutečnosti vyšší uhlíkovou stopu než automobily se spalovacím motorem. Je to výsledek komplexního výrobního procesu na výrobu baterií. Typický bod zvratu pro emise CO2 – okamžik, kdy elektromobil začíná mít nižší uhlíkovou stopu než automobil se spalovacím motorem – nastává při ujetí přibližně 50.000 až 80.000 km. To se liší v závislosti na zdrojích elektřiny použité k nabíjení vozidla: Například automobil nabitý výhradně elektřinou z obnovitelných zdrojů bude mít nižší celkovou uhlíkovou stopu než automobil, který čerpá elektřinu z konvenčních elektráren. Na celkovou efektivitu vozidla mají vliv také další vnější faktory, jako je klima a terén.

Pokud však bude baterie maximálně zrecyklována, lze dopad na životní prostředí ještě více snížit. Recyklační procesy, jako je výše popsaná kombinace mechanických a hydrometalurgických procesů ve vakuu, umí získat zpět do oběhu přibližně 90 % cenných materiálů obsažených v baterii. To znamená, že uhlíková stopa výrobního procesu je výrazně nižší než v případě použití nových materiálů.

Vakuová technologie se používá jak na začátku, tak na konci životního cyklu lithium-iontové baterie.

Během výrobního procesu lithium-iontových baterií se vakuová technologie využívá v různých procesech k míchání a sušení suspenze a také k plnění a utěsňování baterií. Tím je zajištěn vysoce kvalitní koncový produkt, který splňuje standardy potřebné pro trh elektromobility.

Zkouška těsnosti je kritickým krokem kontroly kvality při výrobě baterií, který zajišťuje integritu a bezpečnost baterií před tím, než se dostanou ke spotřebitelům. Baterie jsou hermeticky utěsněné. To je zásadní pro zabránění vystavení vlhkosti a vzduchu, které by jinak vedly k degradaci elektrolytu a způsobily bezpečnostní riziko. Tento proces pomáhá ověřit, zda je baterie vzduchotěsná, a identifikovat vady v pouzdrech a těsnění baterií. Výrobci tak mohou zajistit vyšší bezpečnostní standardy a prodloužit spolehlivost a životnost svých výrobků.

Jakmile baterie dosáhnou konce svého životního cyklu, hraje vakuum také klíčovou roli v procesu recyklace. Zvyšuje bezpečnost procesu a zajišťuje účinnou separaci a vysokou čistotu regenerovaných materiálů.

Vakuum je proto zásadní komponentou při vytváření trvale udržitelného, bezpečného a efektivního životního cyklu baterie.

Lithium-iontové baterie jsou velmi komplexní. Tvoří je nejrůznější materiály, jako je lithium, nikl a kobalt. Vzhledem ke konstrukci baterie je obtížné tyto materiály oddělit a obnovit způsobem, který zachová jejich kvalitu a není příliš nákladný. Dalším problémem je, že neexistuje něco jako „standardní“ lithium-iontová baterie. Velikosti se velmi liší (stačí porovnat chytré hodinky s elektrokolem) a technologie se také stále vyvíjí. V důsledku toho existují velké rozdíly mezi jednotlivými bateriemi, což ztěžuje proces jejich zpětného získávání.

Kromě toho se lithium-iontová baterie skládá z řady různých součástí, jako jsou elektrolyty, separátory a pojiva. To komplikuje proces recyklace, protože tyto klíčové komponenty musí být od sebe zcela odděleny, aby byla zachována čistota a kvalita materiálu.

Důležitou roli hraje také přeprava a skladování: Poškozené nebo nesprávně skladované lithium-iontové baterie mohou představovat nebezpečí požáru, což zvyšuje náklady na manipulaci, přepravu a skladování. V důsledku toho existuje mnoho různých bezpečnostních norem, které mohou zahrnovat testování, označení štítky a podrobná opatření pro bezpečné skladování. Jsou na místě, aby se zabránilo nehodám a zajistila se bezpečnost pro životní prostředí. Při sběru baterií k recyklaci je nutné tyto normy zohlednit.

Kromě toho na mnoha místech zatím prostě neexistuje recyklační infrastruktura. Na rozdíl od baterií v automobilech se spalovacím motorem, kde je v mnoha zemích po celém světě zaveden program výměny, u lithiových baterií to zatím není běžné. Nicméně vznikají procesy podporované vakuem, které mohou mít míru obnovy vyšší než 90 %.

Více než 90 % drahých kovů v lithium-iontové baterii lze recyklovat a znovu použít. Patří sem lithium, kobalt, nikl a měď. Přesná míra využití však závisí na použitém procesu recyklace. Ostatní díly baterie, jako je pouzdro, kabely a šrouby, lze rovněž demontovat a případně znovu použít. Nekovové součásti, jako je elektrolyt a oddělovač, jsou náročnější na recyklaci a nemusí být tak snadno obnovitelné.

Ano, lithium-iontové baterie nacházející se uvnitř elektromobilu lze recyklovat. Dají se rozebrat a zpracovat za účelem získání cenných materiálů, jako je lithium, nikl a kobalt. Velká část tohoto recyklačního procesu se provádí ve vakuu, aby se zvýšila jeho účinnost a bezpečnost. Recyklace má pozitivní vliv jak na náklady, tak na dopad na životní prostředí: je levnější než těžba nových surovin a méně zatěžuje životní prostředí. S rostoucím počtem elektromobilů na silnicích roste i počet lithium-iontových baterií, které dosahují konce své životnosti. V důsledku toho rychle roste potřeba recyklačních zařízení.

Lithium-iontové baterie jsou všude. Pravděpodobně každý den používáte několik elektronických zařízení, která ji obsahují: mobilní telefon, notebook, bezdrátová sluchátka, elektrický zubní kartáček, chytré hodinky – možná dokonce jezdíte elektromobilem, na elektrokole nebo elektrickým autobusem do práce. A stejně jako je v současné době v provozu mnoho zařízení, každý den je stejně tolik zařízení z provozu vyřazováno. Výsledkem je velké množství baterií, které je třeba řádně zlikvidovat. A s nástupem elektromobility a nárůstem obnovitelných zdrojů energie jsou nyní v oběhu stále větší baterie.

Recyklací součástí lithium-iontové baterie lze snížit množství odpadu a ušetřit cenné zdroje. Recyklace, i když se jedná o nákladný proces, je přesto nákladově efektivnější než těžba nových surovin. Jelikož lithium-iontové baterie obsahují cenné kovy, jako je lithium, kobalt a nikl, někdy v koncentracích vyšších, než jaké by bylo možné získat z hornin, je jejich recyklace rozhodně výhodná. Proces těžby lithia je také velmi náročný na zdroje. Recyklací lze ušetřit další cenné zdroje, jako je voda. Kromě toho recyklace přispívá k cirkulární ekonomice, což je v dnešním světě stále důležitější faktor.

Recyklace lithiových baterií přináší řadu výhod.

1. Šetří zdroje: Prvky, které tvoří lithium-iontovou baterii, jako je lithium, kobalt a nikl, jsou omezené a koncentrované v určitých regionech. Opětovným použitím můžeme snížit potřebu nepřetržité těžby, což pomáhá šetřit přírodní zdroje a zmírňovat rizika dodavatelského řetězce.

2.Snižuje dopad na životní prostředí: Těžba nových zdrojů způsobuje nevratné poškození krajiny. Opětovné použití jednotlivých prvků snižuje náročnou těžbu a minimalizuje ekologickou stopu výroby baterií. Kromě toho recyklace řeší problém, jak správně likvidovat baterie: jejich opětovné použití znamená, že to není nutné.

3.Vytváří ekonomické příležitosti: Rozvoj odvětví recyklace lithiových baterií vytváří pracovní příležitosti a stimuluje ekonomický růst v regionech s recyklačními zařízeními. Recyklační zařízení jsou nezávislá na přírodních zdrojích, což znamená, že mohou poskytnout možnost vstupu na trh s bateriemi regionům bez zásob lithia. Podporuje to také inovace v recyklačních technologiích.

Materiály uvnitř lithium-iontové baterie jsou vysoce těkavé. To znamená, že během manipulace s nimi na konci jejich životnosti je třeba zacházet se zvláštní opatrností, aby se zabránilo požáru, výbuchu a uvolňování toxických plynů.

Realizací procesu drcení a šrotování pod vakuem lze zabránit vzniku výbušné atmosféry. Kromě toho zabraňuje tvorbě a uvolňování toxických plynů. Vzhledem k tomu, že není přítomen kyslík, roztok se nemůže vznítit.

Jako dva členové skupiny Busch Group jsme ve společnostech Pfeiffer a Busch sladili naše produktové portfolio, abychom vám poskytli větší výběr. Naše řešení se vzájemně doplňují a umožňují vám najít řešení, které bude dokonale vyhovovat požadavkům vašeho procesu.