RECYKLING AKUMULATORÓW SAMOCHODÓW ELEKTRYCZNYCH

RECYKLING BATERII LITOWO-JONOWYCH – CO ZROBIĆ ZE ZUŻYTYM AKUMULATOREM AUTA ELEKTRYCZNEGO?

Wyobraź sobie świat pozbawiony spalin, krajobrazy nowoczesnych miast bez duszącego mieszkańców smogu, sunące po ulicach niemal bezszelestnie bezemisyjne samochody elektryczne i brak stacji benzynowych woniejących z daleka węglowodorami, zamiast tego nowoczesne i czyste stacje ładowania. Ta wizja nie jest utopią, to nasz cel, do którego wszyscy powinniśmy dążyć. Najnowszy raport Międzynarodowego Zespołu ds. Zmian Klimatycznych (IPCC) opublikowany w lutym 2022 nie pozostawia najmniejszych złudzeń co do tego, że to gospodarka człowieka odpowiada za zmiany klimatyczne.

Transport odgrywa istotną rolę w społeczeństwie i gospodarce. Trudno wyobrazić sobie funkcjonowanie naszej cywilizacji bez jego udziału. Jednocześnie wg danych z 2020 roku opublikowanych przez Europejską Agencję Środowiska transport zużywa jedną trzecią całej energii końcowej w Unii Europejskiej. Znaczna część tej energii pochodzi z ropy naftowej, co z kolei oznacza, że transport jest odpowiedzialny za znaczną część emisji gazów cieplarnianych w UE. Auta elektryczne są zeroemisyjne podczas jazdy. Jeżeli do tego zmaksymalizujemy produkcję energii elektrycznej ze źródeł zeroemisyjnych (energia odnawialna, fotowoltaika, energia wiatrowa, geotermia, hydroenergetyka, itp.), jesteśmy w stanie wyrugować z niekorzystnego dziś równania bilansu węglowego emisje z transportu, a dokładniej z samochodów osobowych (gdyż to one w pierwszej kolejności są dziś elektryfikowane). To jednak ważna część ograniczania emisji – według Europejskiej Agencji Środowiska transport drogowy odpowiada za ok. 70 proc. emisji gazów cieplarnianych, z tego aż ponad 60 proc. to auta osobowe.

Wiele osób zwraca jednak uwagę, na problem związany z utylizacją akumulatorów samochodów elektrycznych. Są też tacy, którzy uważają, że ewentualne korzyści ekologiczne z tytułu przejścia na elektromobilność będą zniwelowane właśnie przez problem ze składowaniem zużytych ogniw litowo-jonowych pochodzących z akumulatorów trakcyjnych samochodów elektrycznych. Tyle, że już teraz Ford, a także wielu innych producentów w branży motoryzacyjnej doskonale rozumie problem. Zużytych baterii aut elektrycznych nie zamierzamy wyrzucać, to nie tylko zagrożenie dla środowiska, ale też zwyczajne marnotrawstwo cennych zasobów. Oprócz opracowywania nowoczesnych napędów elektrycznych oraz funkcjonalnych i bezpiecznych samochodów o zerowej lub znacznie obniżonej emisji Ford aktywnie i intensywnie pracuje nad recyklingiem akumulatorów aut elektrycznych.

RECYKLING AKUMULATORÓW LITOWO-JONOWYCH JEST KONIECZNY

Zrównoważona gospodarka wymaga zrównoważonego podejścia do wszystkich zasobów naszej planety. Dziś rozumiemy, że wprowadzenie na rynek milionów aut elektrycznych, z jednej strony ograniczy emisje, ale z drugiej wymaga opracowania oraz wdrożenia efektywnych i skutecznych metod odzyskiwania zasobów zużytych na produkcję akumulatorów trakcyjnych do pojazdów elektrycznych. Już w ubiegłym roku Ford ogłosił współpracę z firmą Redwood Materials, specjalizującą się w recyklingu akumulatorów litowo-jonowych. Wiemy już, że możliwe jest poddanie recyklingowi 95 proc. materiałów, z których składają się akumulatory litowo-jonowe. Nie jest też przypadkiem, że intensywne prace nad technologiami recyklingu akumulatorów prowadzone są równolegle z postępem elektryfikacji naszej gamy modelowej. Przypomnijmy, nasz pierwszy, w pełni elektryczny model: Ford Mustang Mach-E zadebiutował na światowym rynku w 2021 roku i w tym samym roku poinformowaliśmy o zdolności do odzyskiwania 95 proc. materiałów z zużytych akumulatorów trakcyjnych w naszych samochodach.

Impulsem do szybszego wdrożenia stosownych technologii recyklingu zużytych akumulatorów z pojazdów elektrycznych mają być również procesy legislacyjne i wprowadzenie nowych przepisów. Według organizacji Greenpeace, do 2030 roku na całym świecie ponad 12 milionów ton baterii litowo-jonowych przestanie nadawać się do użycia w pojazdach elektrycznych. Nie oznacza to jednak końca ich życia jako nośników energii. Samochody elektryczne mają pewne wymagania co do układów zasilania z ogniw litowo-jonowych, ale akumulatory, które nie będą nadawać się już do samochodów elektrycznych wciąż mogą być dalej wykorzystywane jako nośniki energii w mniej wymagających urządzeniach elektrycznych (np. hulajnogi elektryczne czy rowery), a także mogą pełnić rolę stacjonarnych magazynów energii stabilizujących np. proces produkcji energii elektrycznej z niestabilnych źródeł odnawialnych, takich jak np. fotowoltaika (słońce nie zawsze świeci) czy energia wiatrowa (wiatr nie zawsze wieje). To z kolei z jednej strony wydłuża faktyczny czas życia akumulatorów wykorzystywanych dziś w samochodach elektrycznych, a jednocześnie zapewnia nam wszystkim czas do wypracowania coraz to bardziej efektywnych i nowoczesnych technologii zarówno produkcji baterii, jak i ich skutecznego oraz maksymalnie efektywnego recyklingu.

Obecnie w niemal wszystkich pojazdach elektrycznych świata stosuje się głównie trzy rodzaje akumulatorów litowo-jonowych. Akumulatory NMC (z ogniwami opartymi na niklu, manganie i kobalcie), akumulatory NCA (nikiel, kobalt, aluminium) oraz akumulatory LFP (fosfor i żelazo) – pierwsze dwa rodzaje są powszechnie stosowane w osobowych samochodach z napędem elektrycznym, z kolei ogniwa LFP wykorzystywane są m.in. w autobusach z napędem elektrycznym. Oczywiście każdy z tych rodzajów akumulatorów korzysta z ogniw litowo-jonowych, ale wbrew nazwie, w nowoczesnym akumulatorze litowo-jonowym znajduje się zaledwie 1,5 proc. czystego litu.

Średnia żywotność akumulatorów litowo-jonowych nie kończy się wraz z upływem gwarancji, która – przypomnijmy – w Fordzie Mustangu Mach-E wynosi aż 8 lat. Jednak faktyczny okres użyteczności litowo-jonowego akumulatora trakcyjnego w samochodzie elektrycznym jest znacznie dłuższy, badania dowodzą bowiem, że współczesne auta elektryczne mogą być eksploatowane co najmniej przez kilkanaście lat, a w niektórych przypadkach nawet znacznie dłużej. Już dziś po Europie i Stanach Zjednoczonych poruszają się auta elektryczne z przebiegiem przekraczającym pół miliona kilometrów, a pojemność stosowanych w nich akumulatorów trakcyjnych wciąż jest wyższa niż 80 proc. Więcej informacji na ten temat znajdziecie w naszym wcześniejszym artykule dotyczącym żywotności baterii w samochodach elektrycznych.
https://www.ford.pl/swiat-forda/o-firmie/ford-blog/zywotnosc-baterii-w-samochodach-elektrycznych

JAKIE SĄ METODY RECYKLINGU AKUMULATORÓW SAMOCHODÓW ELEKTRYCZNYCH?

Obecnie znane są głównie trzy metody odzyskiwania materiałów z zużytych akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w samochodach elektrycznych. Przyjrzyjmy się im bliżej.

• Recykling pirometalurgiczny – w tym procesie cenne metale stanowiące składniki akumulatorów litowo-jonowych są poddawane wysokotemperaturowej obróbce, co pozwala odzyskać zużyte materiały w postaci stopu konkretnych metali.
• Recykling hydrometalurgiczny – w tym przypadku cenne składniki akumulatora poddawane są wymywaniu, a następnie dzięki reakcjom fizyko-chemicznym są wychwytywane z powstałego roztworu.
• Recykling częściowy – proces częściowego odzyskiwania materiałów z akumulatora z zachowaniem części katody akumulatora i jej regeneracją.

Wszystkie te metody są znane światu już dziś, jednak wciąż mamy wiele do zrobienia w kwestii efektywności energetycznej różnych technologii recyklingu akumulatorów. W ten sposób dochodzimy do kolejnego ważnego pytania.

JAK UTYLIZACJA BATERII LITOWO-JONOWYCH WPŁYWA NA ŚRODOWISKO?

Przesadnym optymizmem byłoby stwierdzenie, że recykling akumulatorów jest czymś prostym i wykonalnym dla każdego. To skomplikowany proces, który również wymaga nakładów energetycznych. Na przykład w przypadku akumulatorów litowo-jonowych typu LFP (fosforowo-żelazowych), stosowanych przede wszystkim w elektrycznych autobusach, naukowcy z amerykańskiego Carnegie Mellon University w Pittsburghu stwierdzili, że przy dzisiejszych cenach energii i surowców bardziej opłacalne i korzystniejsze dla środowiska jest wytworzenie nowego akumulatora niż recykling zużytych baterii. I to niezależnie od przyjętej metody recyklingu spośród trzech wymienionych przez nas powyżej.

Jednak w przypadku ogniw litowo-jonowych typu NMC i NCA, wykorzystywanych powszechnie w osobowych samochodach z napędem elektrycznym, wpływ recyklingu na środowisko był mniejszy niż podczas produkcji obu typów akumulatorów, zarówno w przypadku wykorzystania procesu hydrometalurgicznego, jak i recyklingu z zachowaniem i regeneracją części katody. Niestety proces recyklingu pirometalurgicznego wciąż generuje więcej emisji cieplarnianych niż proces produkcji akumulatorów typów NMC i NCA. Za najkorzystniejszą metodę recyklingu dla środowiska badacze z Carnegie Mellon University uznali recykling z zachowaniem i regeneracją części katody i wskazują, że właśnie tę metodę warto rozwijać w celu dalszego zmniejszenia emisji w procesie odzyskiwania cennych surowców z akumulatorów trakcyjnych aut elektrycznych.

Jeżeli chodzi o opłacalność ekonomiczną, to dziś  jest ona silnie uzależniona od cen metali, które pozyskujemy w wyniku recyklingu baterii. Ceny te nie są stabilne, ale na pewno już dziś opłacalne jest pozyskiwanie kobaltu w wyniku recyklingu. Trend ten będzie się tylko umacniał, a korzyści z recyklingu będą rosły w miarę postępu elektromobilności przy ograniczonych zasobach naszej planety. Warto też wspomnieć, że dziś największe źródła kobaltu znajdują się w Demokratycznej Republice Konga, którego wydobycie metodami niewolniczymi budzi sprzeciw wielu organizacji humanitarnych z całego świata. Zatem recykling to nie tylko kwestia ekonomii i ekologii, ale też rozwiązanie lepsze w czysto ludzkim wymiarze.