Recykling akumulatorów litowych

Akumulatory litowo-jonowe mają złożoną strukturę składającą się z wielu różnych komponentów.

Istnieją dwa główne powody recyklingu akumulatorów litowo-jonowych: koszty i kwestie środowiskowe.

Koszty

Zrównoważona koncepcja recyklingu może pomóc zmniejszyć zależność od nowo wydobywanych zasobów. Rynek ten będzie się rozwijać w miarę produkcji coraz większej liczby samochodów elektrycznych i gromadzenia większych ilości zużytych akumulatorów do recyklingu. Oprócz recyklingu zużytych akumulatorów wielu producentów ogniw akumulatorowych integruje zakłady recyklingu bezpośrednio ze swoimi gigafabrykami, umożliwiając im ponowne wykorzystanie odpadów produkcyjnych w procesie produkcji. Takie podejście nie tylko wspiera zrównoważony rozwój, ale również służy jako kluczowy czynnik w ramach oszczędności kosztów przy wytwarzaniu akumulatorów na dużą skalę.

W produkcji pojazdów elektrycznych zestaw akumulatorów jest najdroższą częścią. Może on odpowiadać za nawet 50% całkowitych kosztów pojazdu, przy czym większość tych kosztów to materiały. W związku z tym ekonomicznie uzasadniony jest recykling w jak największym stopniu i unikanie konieczności kupowania materiałów dla każdego nowego akumulatora. Ponadto zawartość metali w akumulatorze litowo-jonowym jest nawet wyższa niż w niektórych naturalnych rudach, co czyni akumulatory cennym źródłem do odzyskiwania materiałów.

Środowisko naturalne

Oprócz wysokich kosztów związanych z produkcją nowego akumulatora istnieją również kwestie ekologiczne, zarówno na początku, jak i na końcu cyklu życia akumulatora. Cenne metale zawarte w akumulatorze litowo-jonowym, takie jak lit, nikiel i kobalt, są materiałami o ograniczonym występowaniu – a zapotrzebowanie na nie rośnie. Bez recyklingu boom w elektromobilności szybko wyczerpie nasze obecnie znane złoża litu. Tym ważniejsze jest, aby przejście z mobilności konwencjonalnej na elektromobilność odbywało się również w sposób zrównoważony pod względem ekologicznym, a zdobywanie tych zasobów musi być zapewnione w sposób jak najmniej szkodliwy dla planety.

Pozyskiwanie surowców niezbędnych do produkcji akumulatorów litowo-jonowych jest procesem bardzo obciążającym środowisko. Podobnie jak w przypadku innych rodzajów górnictwa, powoduje nieodwracalne zmiany krajobrazu i zwiększa zanieczyszczenie powietrza. Zapotrzebowanie na ogromne ilości wody przy niektórych metodach wydobycia litu powoduje również zabranie zasobów wody od lokalnych społeczności i ze środowiska naturalnego.

Ponadto gdy akumulator litowo-jonowy osiągnie koniec swojej żywotności, należy go prawidłowo zutylizować. Materiały znajdujące się w zużytych akumulatorach mogą być niebezpieczne dla środowiska w przypadku uwolnienia. Dlatego konieczny jest bardzo wyspecjalizowany i kosztowny proces utylizacji, po którym zasoby są na zawsze tracone. Recykling, choć również wiąże się z kosztami, może przynajmniej zapewnić zachowanie i ponowne wykorzystanie zasobów. Ponadto recykling akumulatorów zmniejsza ich negatywny wpływ na środowisko poprzez rozłożenie śladu węglowego z górnictwa na wiele akumulatorów wykonanych z materiałów pochodzących z recyklingu.

W ramach przygotowań akumulator zostaje całkowicie rozładowany. Następnie można zdemontować i poddać recyklingowi lub ponownie wykorzystać różne komponenty, takie jak obudowa, kable i śruby. Ten demontaż sprawia, że cały proces recyklingu jest możliwie jak najwydajniejszy i że można najpierw oddzielić komponenty łatwiejsze w recyklingu. Istnieją cztery główne techniki recyklingu akumulatorów litowo-jonowych.

Obróbka mechaniczna: w ramach tej metody komponenty akumulatorów są od siebie fizycznie oddzielane i zostaje zmniejszony ich rozmiar w celu odzyskania cennych materiałów. Odbywa się to w takich procesach jak kruszenie, rozdrabnianie i przesiewanie.

Hydrometalurgia: proces ten wykorzystuje rozpuszczalniki, kwasy lub inne odczynniki chemiczne do rozpuszczania i selektywnego odzyskiwania metali z akumulatorów. Często obejmuje ona etapy wypłukiwania, wytrącania i oczyszczania.

Obróbka termiczna: technika ta oznacza wykorzystanie ciepła w procesie recyklingu akumulatorów litowo-jonowych. Procesy ogrzewania umożliwiają odparowanie substancji chemicznych, na przykład w procesie destylacji, który jest wykonywany w celu oddzielenia ciekłego elektrolitu. Ciepło może być również stosowane do rozkładu niektórych komponentów, np. do usuwania tworzyw sztucznych.

Pirometalurgia: technika ta wykorzystuje procesy wysokotemperaturowe w celu uzyskania cennych metali ze zużytych akumulatorów. Zazwyczaj obejmuje topienie lub prażenie materiałów z akumulatorów w celu odzyskania metali, takich jak lit, kobalt i nikiel. Proces ten może być energochłonny i uwalnia gazy, takie jak benzen, cyjanowodór i formaldehyd, które muszą być przetworzone, aby zapobiec szkodom dla środowiska.

Pojazdy elektryczne są przedstawiane jako najbardziej przyjazne dla środowiska rozwiązanie na naszych ulicach. A w codziennej jeździe są znacznie bardziej wydajne: ślad węglowy samochodu elektrycznego jest średnio ponad trzy razy mniejszy na kilometr niż w przypadku konwencjonalnego samochodu tej samej wielkości. Jednak po wyjeździe z fabryki mają one na starcie większy ślad węglowy niż samochód z silnikiem spalinowym. Jest to wynikiem złożonego procesu produkcyjnego akumulatorów. Typowy punkt wyrównania poziomu emisji CO2 – czyli moment, w którym samochód elektryczny zaczyna mieć mniejszy ślad węglowy niż samochód z silnikiem spalinowym – ma miejsce po przejechaniu około 50 000-80 000 km. Różni się to w zależności od źródła energii elektrycznej wykorzystywanej do ładowania pojazdu: samochód ładowany na przykład wyłącznie energią elektryczną ze źródeł odnawialnych będzie miał niższy całkowity ślad węglowy niż samochód, który pozyskuje prąd z konwencjonalnych elektrowni. Inne czynniki zewnętrzne, takie jak klimat i teren, również wpływają na ogólną wydajność pojazdu.

Jeśli jednak akumulator zostanie poddany recyklingowi w celu wykorzystania w pełni jego potencjału, można jeszcze bardziej zmniejszyć wpływ na środowisko. Procesy recyklingu, takie jak połączenie procesów mechanicznych i hydrometalurgicznych w próżni (opisane powyżej), mogą pomóc odzyskać około 90% cennych materiałów wewnątrz akumulatora. Oznacza to, że ślad węglowy procesu produkcyjnego jest znacznie niższy niż w przypadku stosowania nowych materiałów.

Technologia próżniowa jest stosowana zarówno na początku, jak i na końcu cyklu życia akumulatora litowo-jonowego.

W procesie produkcji akumulatora litowo-jonowego wykorzystuje się technologię próżniową w różnych procesach mieszania i suszenia zawiesiny, a także przy napełnianiu i uszczelnianiu akumulatora. Zapewnia to wysoką jakość produktu końcowego, który spełnia standardy niezbędne na rynku elektromobilności.

Testowanie szczelności jest kluczowym etapem kontroli jakości w produkcji baterii, zapewniającym integralność i bezpieczeństwo baterii przed ich dostarczeniem do konsumentów. Akumulatory są hermetycznie zamknięte. Ma to kluczowe znaczenie dla zabezpieczenia przed działaniem wilgoci i powietrza, które w przeciwnym razie spowodowałoby degradację elektrolitu i zagroziłyby bezpieczeństwu. Ten proces pomaga sprawdzić, czy akumulator jest hermetycznie szczelny, oraz wykryć wady obudowy i uszczelnień plomb. Dzięki temu producenci mogą zapewnić wyższe standardy bezpieczeństwa, a także zwiększyć niezawodność i żywotność swoich produktów.

Po zakończeniu cyklu życia akumulatora próżnia odgrywa kluczową rolę w procesie recyklingu. Zwiększa bezpieczeństwo procesu i zapewnia wydajne oddzielanie komponentów oraz wysoki poziom czystości odzyskanych materiałów.

Dlatego próżnia stanowi niezbędny element gwarantujący zrównoważony pod względem ekologicznym i wydajny cykl życia akumulatorów.

Akumulatory litowo-jonowe to złożone elementy. Składają się z wielu różnych materiałów, takich jak lit, nikiel i kobalt. Ze względu na konstrukcję akumulatorów materiały te są trudne do oddzielenia i odzyskania w sposób, który zachowuje ich jakość i nie niesie za sobą nadmiernych kosztów. Inny problem stanowi brak „standardowego” akumulatora litowo-jonowego. Rozmiary są bardzo różne – wystarczy porównać inteligentny zegarek z rowerem elektrycznym – a technologia nadal się rozwija. W rezultacie występują duże różnice między akumulatorami, co utrudnia proces odzysku.

Ponadto akumulatory litowo-jonowe składają się z wielu różnych komponentów, takich jak elektrolity, separatory i elementy łączące. Utrudnia to proces recyklingu, ponieważ te kluczowe komponenty muszą być całkowicie oddzielone od siebie, aby zachować czystość i jakość materiału.

Również transport i przechowywanie odgrywają ważną rolę: uszkodzone lub nieprawidłowo przechowywane akumulatory litowo-jonowe mogą stanowić zagrożenie pożarowe, co powoduje kosztowne przenoszenie, transport i przechowywanie. W rezultacie istnieje wiele różnych norm dotyczących bezpieczeństwa, które mogą obejmować testy, etykiety i szczegółowe środki ostrożności w ramach bezpiecznego przechowywania. Wdraża się je w celu zapobiegania wypadkom i zapewnienia bezpieczeństwa środowisku. Podczas zbierania akumulatorów do recyklingu należy uwzględnić te normy.

Ponadto infrastruktura recyklingowa w wielu miejscach po prostu jeszcze nie istnieje. W przeciwieństwie do akumulatorów w samochodzie z silnikiem spalinowym, gdzie w wielu krajach na całym świecie obowiązuje program wymiany, nie jest to jeszcze powszechne w przypadku akumulatorów litowych. Jednak pojawiają się procesy umożliwiane przez wykorzystanie próżni zapewniające wskaźniki odzysku przekraczające 90%.

Ponad 90% cennych metali w akumulatorze litowo-jonowym można odzyskać i ponownie wykorzystać. Obejmuje to lit, kobalt, nikiel i miedź. Jednak dokładny wskaźnik odzysku zależy od zastosowanego procesu recyklingu. Pozostałe elementy akumulatora, takie jak obudowa, kable i śruby, można również zdemontować i ponownie wykorzystać. Komponenty niemetaliczne, takie jak elektrolit i separator, są trudniejsze w recyklingu i ich odzysk sprawia trudności.

Tak, akumulatory litowo-jonowe w samochodzie elektrycznym nadają się do recyklingu. Mogą one zostać rozmontowane i poddane procesowi recyklingu w celu odzyskania cennych materiałów, takich jak lit, nikiel i kobalt. Znaczna część tego procesu recyklingu odbywa się w warunkach próżniowych, aby zwiększyć jego wydajność i bezpieczeństwo. Recykling ma pozytywny wpływ zarówno na koszty, jak i oddziaływanie na środowisko: jest tańszy od wydobywania nowych zasobów i mniej obciążający dla środowiska. Rosnąca liczba pojazdów elektrycznych na drogach oznacza więcej akumulatorów litowo-jonowych osiągających koniec swojej żywotności. W rezultacie zapotrzebowanie na zakłady recyklingu gwałtownie rośnie.

Akumulatory litowo-jonowe są wszędzie. Prawdopodobnie codziennie korzystasz z wielu urządzeń elektronicznych, które je wykorzystują: telefon komórkowy, laptop, bezprzewodowe słuchawki, elektryczna szczoteczka do zębów, inteligentny zegarek – być może nawet jeździsz samochodem elektrycznym, rowerem elektrycznym lub autobusem elektrycznym do pracy. I jednocześnie część z tych wykorzystywanych przez nas urządzeń jest codziennie wycofywana z eksploatacji. Powoduje to konieczność prawidłowej utylizacji dużej liczby akumulatorów. Wraz z pojawieniem się elektromobilności i wzrostem udziału energii odnawialnej w obiegu znajduje się coraz więcej dużych akumulatorów.

Dzięki recyklingowi komponentów akumulatorów litowo-jonowych można zmniejszyć ilość odpadów i oszczędzać cenne zasoby. Recykling mimo jego kosztów jest jednak bardziej opłacalny niż wydobywanie nowych surowców. Ponieważ akumulator litowo-jonowy zawiera cenne metale, takie jak lit, kobalt i nikiel, czasami w wyższych stężeniach niż to, co wydobywa się z ziemi, zdecydowanie warto poddać go recyklingowi. Wydobywanie litu zużywa również dużo zasobów. Dzięki recyklingowi można zaoszczędzić inne cenne zasoby, takie jak woda. Ponadto recykling sprawia, że gospodarka funkcjonuje w większym stopniu jako obieg zamknięty – to coraz ważniejszy czynnik we współczesnym świecie.

Recykling akumulatorów litowych ma wiele korzyści.

1. Pozwala oszczędzać zasoby: składniki akumulatora litowo-jonowego, takie jak lit, kobalt i nikiel, są skończone i skoncentrowane w określonych regionach. Dzięki ich ponownemu wykorzystaniu możemy zmniejszyć potrzebę ciągłego wydobycia, co pomaga oszczędzać zasoby naturalne i ograniczać ryzyko w łańcuchu dostaw.

2.Zmniejsza wpływ na środowisko: górnictwo umożliwiające pozyskanie nowych zasobów powoduje nieodwracalne szkody dla krajobrazu. Ponowne wykorzystanie pierwiastków zmniejsza zapotrzebowanie na wydobycie i minimalizuje ślad środowiskowy przy produkcji akumulatorów. Ponadto recykling rozwiązuje problem prawidłowej utylizacji akumulatorów: ich ponowne użycie oznacza, że nie jest ona konieczna.

3.Tworzy nowe szanse ekonomiczne: rozwój branży recyklingu akumulatorów litowych zapewnia możliwości zatrudnienia i stymuluje rozwój gospodarczy w regionach z zakładami recyklingu. Zakłady recyklingu są niezależne od zasobów naturalnych, co oznacza, że mogą zapewnić możliwości wejścia na rynek akumulatorów w regionach bez złóż litu. Stymuluje również innowacje w technologiach recyklingu.

Materiały zawarte w akumulatorach litowo-jonowych są bardzo lotne. Oznacza to, że podczas transportu po zakończeniu eksploatacji należy zachować szczególną ostrożność, aby uniknąć pożaru, wybuchu i uwalniania toksycznych gazów.

Przeprowadzając proces kruszenia i rozdrabniania w warunkach próżniowych, można uniknąć atmosfery wybuchowej. Ponadto zapobiega to powstawaniu i uwalnianiu toksycznych gazów. Ponieważ nie ma tlenu, roztwór nie może się zapalić.

Jako dwaj członkowie Busch Group Pfeiffer i Busch odpowiednio dostosowali nasze portfolio produktów, aby zapewnić większy wybór. Nasze rozwiązania wzajemnie się uzupełniają i umożliwiają znalezienie produktu idealnie dopasowanego do wymagań danego procesu.