Co se stane s odpadní baterií EV?

Recurrent miluje elektrická vozidla. Jsme společnost řízená posláním, která dává své peníze a čas tam, kde jsou naše srdce. Všichni pevně stojíme za dekarbonizací dopravy, čištěním vzduchu a snižováním závislosti na fosilních palivech. Chceme však být skuteční ohledně dopadů, které má těžba a výroba baterií na životní prostředí. Proto také podporujeme recyklaci baterií a růst tohoto kritického odvětví. Bez něj jsou elektromobily pouze krokem správným směrem, který však vyvolává své vlastní problémy.

Co se stane se starými bateriemi EV?

‍
Jediný kontext, který má mnoho lidí pro lithium-iontové baterie – druh baterií používaný v EV – je ten, že jsou to stejné baterie, které napájejí váš notebook a váš telefon. A i když jsou všechny tyto baterie stejného typu, baterie EV ne zkazit každých pár let. Jsou vyrobeny tak, aby vydržely mnohem déle než baterie v telefonu nebo počítači. Výrobci je zaručují po dobu nejméně 8 let nebo 100,000 15 mil, ale zdá se pravděpodobné, že baterie vyrobené pro elektrická vozidla dnes mohou fungovat až 20 nebo XNUMX let. Ve skutečnosti samotné baterie vydrží mnohem déle než zbytek EV, i když již nedodávají dostatek energie, aby auto fungovalo.

Přesto se například vyměňují některé ze starších baterií EV nalezených v prvních LEAFech. Co se stane se starými bateriemi a co se stane s tím, jak bude na cestách stále více elektromobilů? Jeden odhad je, že „Spojené státy budou mít v roce 80 k recyklaci asi 2030 metrických kilotun Li-ion baterií, zatímco Evropa bude mít 132 metrických kilotun. Stávají se všechny tyto baterie odpadky, nebo mohou pokračovat v bohatém a úspěšném životě?

Současný stav věcí

Za prvé, stojí za zmínku, že zatím nejde o velké množství starých použitých baterií EV. Jak řekl ředitel Nissanu Nic Thomas Forbes: „Téměř všechny baterie [elektrických aut], které jsme kdy vyrobili, jsou stále v autech. Automobilový průmysl očekává, že baterie vydrží déle než auta, do kterých se nasazují.

V srpnu 2022 prezident Biden podepsal zákon o snižování inflace (IRA), který poskytuje pobídky výrobcům vozidel i spotřebitelům, aby zvýšili zavádění elektromobilů. V tomto návrhu zákona je zahrnut požadavek, že do roku 2027 musí být 80 % tržní hodnoty kritických minerálů v baterii EV „vytěženo nebo zpracováno ve Spojených státech amerických“ nebo v zemi, se kterou USA uzavřely dohodu o volném obchodu. Důležité je, že do tohoto cíle se započítávají i minerály získané z recyklace v Severní Americe, což představuje další cestu k dosažení tohoto náročného čísla.

Před recyklací existuje opětovné použití

Baterie EV jsou náročné na materiál a na konci životnosti (EoL) jsou potenciálně nebezpečné, pokud se s nimi nezachází a nezpracovávají se opatrně. Přepracování a recyklace baterií může snížit environmentální a sociální dopady výroby baterií z původních materiálů a poskytnout domácí zdroj surovin. Z krátkodobého hlediska představují recyklované materiály pouze malou část celkové poptávky po bateriích, ale studie naznačily potenciál dodávat více než 50 % kobaltu recyklovaným materiálem. Zejména kobalt je kritickým materiálem v lithium-iontových bateriích a jeho těžba je náročná.

Pokud jde o aplikace, jako jsou automobily, EoL baterie je považováno za 20-30% snížení původní kapacity. U 100 kWh baterie bude EoL baterii stále zbývat 70-80 kWh využitelné kapacity, tedy zhruba dost energie na napájení průměrného amerického domova po dobu dvou dnů. Přestože je baterie v tuto chvíli pro EV aplikace z velké části nepoužitelná, pro jiné aplikace je stále velmi užitečná.

Jedním z nejslibnějších využití starých lithiových baterií jsou velkokapacitní systémy pro ukládání baterií. Obnovitelná energie je fenomenální možností pro výrobu energie, protože se vzdalujeme od ropy a plynu, ale je přerušovaný. To znamená, že když slunce zapadá nebo nefouká vítr, nevytváří se žádná energie. Bateriové úložné systémy jsou vynikajícím způsobem, jak zachytit přerušovanou energii pro budoucí použití. Když jsou úložné systémy postaveny ze starých baterií, současně snižují čistý dopad každé baterie na životní prostředí.

Začátkem roku 2023 oznámila společnost B2U Storage Solutions, přední poskytovatel rozsáhlých systémů pro ukládání energie využívající baterie EV druhé životnosti, že jejich hybridní solární a skladovací zařízení SEPV Sierra je v provozu. Tento závod o kapacitě 25 MWh se nachází v Lancasteru v Kalifornii a skládá se z 1,300 3 opakovaně použitých baterií pro elektromobily pocházejících od společností Honda a Nissan. Skladovací zařízení je propojeno přímo se sítí a prodává energii a síťové služby na kalifornském velkoobchodním trhu s energií. Kromě nasazení baterií Honda a Nissan EV ve velkém měřítku také úspěšně otestovali integraci baterie GM Bolt a Tesla Model XNUMX, což prokázalo schopnost systému fungovat s jakoukoli baterií EV.

Jiné společnosti se snaží prokázat, že použité baterie mohou být užitečné ve scénářích velkého rozsahu. Jedním z takových využití je podpora americké elektrické sítě, která v posledních letech pociťuje tlak kvůli rostoucí poptávce po elektřině a nedostatečné nabídce. Baterie lze použít k dodávce akumulované energie, když poptávka vrcholí, doplnění tradičních energetických zařízení a odložení investic do nových, dokud čistá energie nezaplní prázdnotu. V Japonsku Nissan přeměňuje staré baterie jako záložní napájení pro vlakové signály a pro napájení pouličního osvětlení solární energií generovanou během dne. Další projekt ve Francii využívá staré baterie EV k napájení datového centra.

Bohužel všechna výše uvedená použití nezastaví pomalý postup degradace baterie. Lithium-iontová baterie nakonec přestane být užitečná. V tuto chvíli je čas jej recyklovat.

Zajímavá poznámka: Méně běžné použití starších baterií EV je vzdělávání. Jeli jsme do Massachusetts, abychom si promluvili s majitelem uznávané opravny EV, Leo & Sons, která věnuje spoustu starších baterií programům, které školí a vzdělávají budoucí techniky EV. Přečtěte si více o práci, kterou dělají. ‍

Recyklace baterie‍

Věděli jste, že krémový vnitřek KitKat je tvořen jinými, rozdrcenými KitKat? Lithium-iontové baterie mohou být brzy také vyrobeny ze starých lithiových baterií! Recyklace baterií se již rozvíjí, zvláště když cena lithia a dalších kovů stoupá v očekávání vzkvétajícího trhu s bateriemi.

Pouzdro pro recyklaci baterií EV

Populární teorií proti hnutí EV je myšlenka, že EV jsou stejně „špinavá“ jako vozidla ICE, pokud jde o těžbu, přepravu a přeměnu materiálů baterií. A je to pravda že těžba, zpracování a přeprava těchto bateriových nerostů škodí životnímu prostředí, včetně ovzduší, vody a kvality půdy. S tím souvisí i emise uhlíku. Kromě toho existují obavy, jak budou tyto materiály použity po výroba a použití.

Teoreticky jsou baterie EV navrženy s 80 % recyklovatelných komponent. Ve skutečnosti však design baterií, výroba vozidel a recyklační průmysl v tomto bodě nejsou. S obnovenými pobídkami pro elektromobily a zvýšenou poptávkou je zásadní zrychlit průmysl recyklace baterií. „Předpokládaná trajektorie poptávky po minerálech používaných k výrobě elektromobilů a baterií je obzvláště dramatická – více než třicetinásobný nárůst od dneška do roku 2040, přičemž poptávka po lithiu roste ve stejném časovém rámci více než čtyřicetkrát.“

Roky výzkumu EV přinesly silné důkazy o dlouhé životnosti lithium-iontových baterií, což naznačuje průměrnou ztrátu kapacity ~ 2 % ročně, což znamená životnost vozidel nejméně 10-15 let. Kromě toho lze mnoho bateriových sad omladit výměnou jednotlivých článků a mnoho dalších může být znovu použito pro použití při skladování energie, záložním napájení nebo jiném stacionárním použití na další desetiletí po jejich použití při přepravě. Mnoho odborníků, jako je Jake Fisher, vrchní ředitel autotestů ve Consumer Reports, je optimistických:

„Elektrických autobaterií není těžké se zbavit, protože i když přežily svou užitečnost pro elektromobil, stále mají pro někoho velkou cenu. existuje silná poptávka po bateriích se sekundární životností. Není to, jako když vám zemře motor na plyn a půjde do šrotu.»

Vzhledem k rozsahu elektrických vozidel očekávaných v blízké budoucnosti bude stále existovat stálý proud baterií, které dosáhly EoL a musí být vyřazeny z provozu. Podle Světového ekonomického fóra se do roku 600,000 očekává zhruba 2025 11 metrických tun odpadu z lithium-iontových baterií z elektromobilů a do roku 2030 až 10 milionů metrických tun po celém světě. Zastánci čisté energie a EV musí zajistit, aby se tento odpad vyhýbal skládkám. a že suroviny v nich jsou znovu zachyceny a znovu použity. I když se předpokládá, že recyklace může do roku 2040 kompenzovat pouze XNUMX % potřebných materiálů, je to stále začátek. Studie ukázaly, že recyklovaný materiál je méně náročný na životní prostředí než výroba materiálu z panenské rudy.

Naštěstí je nalezení dobrého řešení pro recyklaci baterií EV řešitelný problém. Máme technologii, ale musíme ji vylepšit, škálovat a navrhnout předpisy a legislativu, abychom zefektivnili procesy. Ve zbývající části tohoto článku prozkoumáme možnosti, které jsou v současné době k dispozici pro recyklaci baterií EV, od regulačních opatření po inovace a vše mezi tím.

Baterie EV: Pohled pod pokličku

Baterie EV jsou v podstatě sada článků, které interagují a vytvářejí energii. Mohou to být od několika desítek až po tisíce jednotlivých buněk.

Komponenty článků a konfigurace baterií se mezi výrobci liší, ale lithium-iontové baterie se obecně skládají z lithia, grafitové anody a katodového listu buď z nikl-kobalt-hliníkového nebo železo-fosfátového nebo nikl-mangan-kobaltového kompozitu. Atomy lithia se pohybují v elektrolytové bázi mezi uhlíkovou nebo grafitovou anodou a katodovým plechem a generují elektrické proudy, které pohánějí vůz a veškeré jeho vybavení.

Baterie EV: Tradiční procesy recyklace

Jak asi tušíte, hodnota recyklované baterie EV je určena hodnotou jednotlivých součástí. Recyklátoři nevidí velkou hodnotu v komponentě, jejíž recyklace stojí více než nákup nového. Lithiové a grafitové komponenty jsou nejméně hodnotnými částmi lithium-iontové baterie, ale také tvoří největší procento. Katodové kovy jako kobalt a nikl jsou velmi drahé, ale obvykle jich je málo a jsou daleko mezi nimi.

Recyklátoři využívají tři hlavní recyklační procesy:

• hydrometalurgický,
• pyrometalurgické a
• Přímo.

Důležité je, že náklady a dopad recyklace na životní prostředí jsou funkcí kde dochází k recyklaci, která zahrnuje konkrétní místo recyklace a způsob dopravy, což je aspekt, který byl v odhadech nákladů na likvidaci lithium-iontových baterií historicky přehlížen.

Například bylo zjištěno, že recyklace v USA vede k menšímu znečištění než recyklace v Číně kvůli kratší přepravní vzdálenosti a energeticky méně náročné elektrické síti. Bohužel náklady na recyklaci, které zahrnují dopravu, sběr, demontáž a skutečnou recyklaci, jsou v Číně mnohem levnější vzhledem k nižší ceně práce a nákladů na vybavení. Pobídky k recyklaci v USA, kde je proces čistší, jsou důležité.

Pyrometalurgie

Pyrometalurgie je běžnější metodou recyklace baterií a má podobnosti s extrakční metodou původně používanou při výrobě kovů. Linda Gainesová z DOE’s Argonne National Laboratory vysvětluje, že pyrometalurgie je

“v podstatě zacházet s baterií, jako by to byla ruda.”

Články jsou rozdrceny a poté spáleny, zanechávajíce ohořelé trosky plastů, kovů a lepidel, načež lze k odstranění kovů použít několik extrakčních metod.

Mezi hlavní nevýhody této metody patří energeticky náročné spalování a také bezpečnostní obavy ze spalování toxických látek. Recyklátoři si musí být jisti složením každé baterie a jejími aktivními součástmi, aby byli chráněni před ohrožením zdraví.

Hydrometalurgie

Hydrometalurgie znamená rozpouštění baterie v kyselině. Cenné komponenty mohou být extrahovány z vrstvené zásoby kovů a plastů. I když je méně pravděpodobné, že povede k prudkým výbuchům než pyro, použité toxické chemikálie mohou představovat vážná zdravotní rizika.

Celkově je hydrometalurgie mnohem efektivnější při získávání kovů ve srovnání se spalováním. Vědci pracují na rozpouštědlech, která dokážou rozpustit některé součásti baterie a přitom ponechat cenné kovy v jejich pevném stavu, což usnadňuje jejich obnovu. Některé recyklátory také kombinují jak hydrometalurgii, tak pyrometalurgii, protože mnoho továren je již na pyrotechniku ​​zřízeno.

Přímá recyklace

Přímá recyklace je většinou nevyzkoušená technika, která má velkou masovou přitažlivost. Udržuje katody neporušené, takže je mnohem snazší přepracovat je na nové produkty. Linda Gaines vysvětluje,

„Při přímé recyklaci pracovníci nejprve vysají elektrolyt a rozdrtí články baterie. Poté by odstranili pojiva teplem nebo rozpouštědly a použili flotační techniku ​​k oddělení materiálů anody a katody. V tomto okamžiku katodový materiál připomíná dětský prášek.»

Vědci se stále snaží, aby tato technika byla životaschopná ve velkém měřítku.

Přestože by přímá recyklace výrazně usnadnila recyklaci baterií, stále vyžaduje, aby recyklátoři přesně věděli, jaké jsou součásti každé baterie. Také ekonomická životaschopnost přímé recyklace závisí na hodnotě katodových kovů. S nižšími cenami katodových materiálů může být recyklace baterií pomalá.

Ostatní úvahy

Důležitou a nejistou proměnnou v budoucím materiálovém využití je mix recyklačních procesů v provozu. Pyrometalurgická recyklace není získává lithium, a proto se v USA postupně vyřazuje. Navíc přímá a hydrometalurgická recyklace obnoví více materiálu než pyrometalurgická recyklace, čímž se vyrovnává potřeba většího množství nového materiálu a související emise. Je však důležité poznamenat, že žádný z těchto procesů není bez emisí.

• Měď
• Ocel
• Hliník
• Grafit
• Plasty
• Li+ v produktu
• LCO
• NMC(111)
• NMC(532)
• NMC(622)
• NMC(811)
• NMA
• LMO
• LFP
• Co2+ v produktu
• Ni2+ v produktu
• Mn2+ v produktu
• Organické elektrolyty

Počet elektromobilů na našich silnicích bude nadále růst, ale co se stane s jejich bateriemi, až elektromobily doslouží?

Když auto na benzin nebo naftu dospěje do bodu, kdy už není ekonomicky životaschopné jezdit, existují protokoly pro jeho demontáž a likvidaci, přičemž tyto protokoly se ustálily v průběhu zhruba století, kdy na našich silnicích jezdí motorová auta.

Elektromobily představují jiný návrh: jejich baterie obsahují chemikálie a prvky, které mají jiné požadavky na manipulaci a zpracování než spalovací motory, přičemž protokoly vyžadované pro ně nejsou tak zavedené jako pro benzinové a naftové motory.

Zde nastíníme, co se stane s bateriemi elektromobilů, když dosáhnou konce své životnosti.

Předmluva: Baterie elektromobilů mohou přežít auta, která napájejí

Když sériově vyráběné elektromobily začaly okusovat prodeje benzínu a nafty, v některých oblastech se objevily obavy, že jejich baterie budou potřebovat pravidelnou výměnu. Někteří se zabývali bateriemi mobilních telefonů, které často po několika letech zaznamenávají výrazně snížený výkon, a obávali se, že by podobné paradigma mohlo platit i pro napájecí zdroje pro elektromobily.

Skutečnost tomu však byla poměrně vzdálená: baterie EV se skutečně časem degradují a po několika letech udrží méně nabité než když byly nové, ale rychlost degradace je mnohem méně významná, než někteří očekávali, přičemž kapacita pouze klesá. ve většině případů o 2 % ročně.

A i když se vyskytly ojedinělé případy vadných baterií a jejich výměna je nákladná, když k tomu dojde, ve vzácných případech může stejný osud potkat zážehové a naftové motory – ale prasklé rozvodové řetězy a podobně nezabránily lidem kupovat auta s vnitřním motory. Výrobci automobilů také nabízejí dlouhé záruky na pohon EV, přičemž zásady obvykle zaručují, že tyto baterie si udrží 70 % své kapacity po dobu sedmi nebo osmi let a 100,000 XNUMX mil.

Jedná se o mnohem delší záruky, než jaké se obvykle vztahují na auta jako celek, a v mnoha případech baterie EV přežijí vozidla, do kterých jsou namontovány.

Za zmínku také stojí, že baterie pro elektromobily se skládají z jednotlivých článků a za určitých okolností lze baterie opravit nebo nechat vyměnit vadné jednotlivé články, a to buď výrobcem, nebo nezávislým specialistou (i když ten by s největší pravděpodobností zneplatnil jakoukoli záruku, která by mohla zůstat).

Baterie EV se skládají z jednotlivých článků, které jsou samy obsaženy v balíčcích

Dobře, ale co se stane s bateriemi EV, když je auto sešrotováno?

Baterie elektromobilů nelze jen tak vyhodit na skládku a zahrabat: materiály, které obsahují, by nejen poškodily životní prostředí, ale také stojí příliš mnoho peněz na to, aby byly jednoduše zlikvidovány tímto způsobem. Místo toho jsou k dispozici dvě možnosti.

1. Sekundová výdrž baterie EV

Jakmile baterie elektromobilu dosáhne konce své životnosti – což bude s největší pravděpodobností způsobeno tím, že auto samotné dojelo na konec silnice – může baterie najít nový účel tím, že bude z vozidla vyjmuta a opakovaně použita. různých nasazení.

Nissan – první průkopník moderních elektrických vozidel – byl jednou z prvních firem, které v roce 2016 zkoumaly druhé životy baterií, přičemž 280 starých bateriových sad Nissan Leaf poskytlo 2.8 megawatthodiny energie do amsterdamské arény – domova fotbalového klubu Ajax. Tyto baterie poskytují záložní energii pro stadion a mohou pomoci vyvážit místní elektrickou síť, protože jsou navrženy tak, aby absorbovaly obnovitelnou energii generovanou větrnými a solárními zdroji, když je poptávka nízká, a v případě potřeby dodávala elektřinu zpět do sítě.

Podobné projekty jsou plánovány nebo probíhají na různých místech po celém světě, přičemž Audi zahájí pilotní projekt v roce 2021, který pojme 60 EV baterií z vývojových vozidel Audi e-tron, které budou využívat k uskladnění 4.5 megawatthodin energie z vodního zařízení.

Toto jsou pouze dva příklady projektů druhého života, přičemž další se neustále vyvíjejí. Volkswagen navrhl použití starých baterií EV k napájení mobilních dobíjecích stanic pro elektromobily, zatímco indický-německý startup v roce 2022 oznámil, že plánuje namontovat staré baterie do elektrických rikš.

Existuje také potenciál pro instalaci starých baterií EV v domácnostech lidí, které se chovají podobně jako program Ajax společnosti Nissan, pohlcují energii generovanou obnovitelnými zdroji v noci, kdy je poptávka nízká, a v průběhu dne ji napájejí zpět do sítě. je vysoká.

2. Recyklace baterie EV

Baterie elektromobilu, která ztratila 30 % nebo více své původní kapacity, nemusí být pro auto skvělá, ale mnoho projektů druhé životnosti klade na baterie nižší nároky, zatímco ve stacionárních aplikacích tyto projekty obvykle pokrývají několik různých sad baterií. mohou být umístěny dohromady, aby se dosáhlo požadovaného výkonu a napětí.

I tak však dojde k bodu, kdy degradace baterie znamená, že články nelze použít v projektu druhé životnosti, zatímco baterie, které byly poškozeny například při dopravní nehodě, nemusí být vhodné pro opětovné použití a místo toho bude nutné recyklovat.

Volkswagen již s tímto projektem začal a v roce 2021 otevřel závod v německém Salzgitteru s cílem recyklovat 90 % surovin pro baterie. Mezi tyto materiály patří lithium, nikl, mangan a kobalt, jejichž těžba a zpracování jsou drahé a časově náročné.

Téměř všechny automobilové společnosti, které prodávají elektrická vozidla, mají plány nebo projekty na opětovné použití nebo recyklaci starých baterií, přičemž do těchto procesů je zapojena i řada společností třetích stran.

Staré baterie EV: právě jsme začali…

První generace Nissanu Leaf dorazila v roce 2011 a Tesla Model S následoval příští rok, takže i ty nejstarší sériově vyráběné elektromobily jsou staré jen něco málo přes deset let, zatímco prodeje elektromobilů teprve nedávno tvoří významnou část nových vozů ve Spojeném království. -prodej aut.

Původní Nissan Leaf z roku 2011 byl jedním z prvních masově prodávaných elektromobilů

V roce 2018 bylo například registrováno 15,474 0.7 nových EV, podle Společnosti výrobců a obchodníků motorů (SMMT), což představuje pouhých 2022 % trhu. Rychle vpřed do roku 38,116 a jen v září našlo domov 17 XNUMX nových elektromobilů, což představuje XNUMX % trhu.

Vzhledem k tomu, že údaje SMMT ukazují, že průměrné britské auto je staré 8.4 roku, zatímco auta bývají stará kolem 14 let, než budou sešrotována, bude nějakou dobu trvat, než budou vyžadovány rozsáhlé projekty druhé životnosti nebo recyklační procesy, což firmám poskytne spravedlivé stupeň dýchacího prostoru k rozvoji takových programů.

Změňte auta online s carwow

Hledáte snadný způsob, jak vyměnit své auto? Pak je carwow to pravé místo, kam jít. Můžete prodat své staré auto za skvělou cenu a získat nejlepší nabídky na nové. To vše prostřednictvím naší sítě důvěryhodných prodejců a to vše z pohodlí vašeho domova. Klepnutím na tlačítko níže můžete začít ještě dnes.