Переробка батарей електрокарів: екологічні та економічні фактори, перспективні технології

Цей матеріал - Авторська думка.
Редакція сайту може не розділяти думку автора
Переробка батарей електрокарів: екологічні та економічні фактори, перспективні технології

Революція електрокарів, що націлена на радикальну зміну автомобільної промисловості паралельно із розвитком акумуляторних технологій, загострила питання утилізації та переробки відходів від складових батарей, повторного використання корисних матеріалів тощо. На цьому тлі актуалізувалася потреба в технологіях, що дозволять отримати максимальну економічну вигоду та звести до мінімуму вплив на навколишнє середовище.

Експерти прогнозують, що прогрес стрімкого розвитку електромобільного виробництва у світі стає черговою проблемою для навколишнього середовища. Ще у грудні 2020 року Комісія ЄС ухвалила Регламент 2020/0353, що пропонує деякі ініціативи в європейському Законі «Про клімат». Регламент дозволяє більш ефективно формувати ринок промислових акумуляторів та їх переробки. Починаючи з 2024 року, виробники будуть вимушені переробляти набагато більше матеріалів, ніж зараз. Зокрема передбачається створення загально європейської системи збору та переробки.

Взагалі, в Євросоюзі вже більше десяти років діє законодавство, яке зобов’язує виробників приймати і переробляти автомобільні акумулятори. Заводи, що займаються переробкою, діють в Німеччині, Франції, Бельгії, Фінляндії. Інші країни збирають і відправляють їм батареї на переробку. До числа цих країн належить і Україна. Але в цьому питанні є свої нюанси.

Електромобілі в України

Як відомо, електрокарам в Україні також увімкнули «зелене» світло. Починаючи з цього року, комплектуючі та самі автомобілі ввозитимуться в країну на пільгових умовах, під їх придбання українська влада анонсувала масштабну лізингову програму. Влітку минулого року Верховна Рада ухвалила одразу два закони щодо електрокарів, які набрали чинності з 1 січня 2022 року. Перший (№ 1660-IX) зберігає пільгу з ПДВ на операції із ввезення «зелених» авто. ПДВ на такі операції скасували у 2016 році, але дія цієї преференції мала закінчитися наприкінці 2022 року. Новий закон продовжує цей термін до 1 січня 2026 року.

Але питання контрольованого збору відпрацьованих батарей від електрокарів поки що залишається відкритим. Як відомо, ще восени 2019 року Верховною Радою був зареєстрований проєкт закону «Про батареї і акумулятори» . Згідно з ним, з 2021 року всі компанії, що виробляють або ввозять в Україну батареї та акумулятори (сюди ж входять акумулятори електромобілів), мали створити екосистему для їх утилізації. Документ мав наблизити українське законодавство до законодавства ЄС, зобов’язати споживачів здавати батареї на утилізацію, а виробників — безкоштовно їх приймати і відправляти на екологічно безпечну утилізацію.

Сьогодні українські власники електромобілів мають можливість здати відпрацьований акумулятор у сервісні центри виробників, які продають нові авто через офіційних дилерів. Але таких в нашій країні небагато (це Renault, BMW, Hundai та АВТ Баварія — офіційний імпортер BMW). Якщо ж йдеться про б/у автомобіль або новий, але куплений не в офіційного дилера, то здати АКБ на утилізацію не вийде.

Коли в Україні з’явиться правова база, виробників зобов’яжуть приймати акумулятори від всіх автомобілів, незалежно від того, як і де вони були куплені. Хоча не всі сервісні центри з цим згодні і вважають такий підхід несправедливим, тому що для вивезення батарей за кордон потрібні гроші: на транспортування, закупівлю спеціальних ємностей і забезпечення умов безпеки. Одна справа — вкладати кошти, коли йдеться про нові автомобілі, продані через дилера, і зовсім інша — брати відповідальність за батареї електромобілів, які потрапили в Україну неофіційно.

Нагадаю, що традиційні свинцево-кислотні акумулятори звичайних авто підлягають повній переробці, на відміну від батарей електрокарів. У більшості електромобілів встановлені літій-іонні акумулятори — такі ж як в ноутбуках, телефонах або шурупокрутах. Вони розраховані на 8-10 років експлуатації, після чого втрачають близько 25-30% ємності. Просто так викидати їх не можна, тому що акумулятор містить в собі такі елементи, як літій, кадмій, нікель, свинець — метали, що будуть заражати ґрунт і ґрунтові води.

Досвід рециклінгу автомобільних виробників світу

Переробка батарей електрокарів: екологічні та економічні фактори, перспективні технології

У лютому 2021 року Volkswagen Group Components відкрила свій перший завод із переробки акумуляторів електромобілів у місті Зальцгіттер. У планах підприємства було передбачене забезпечення вилучення цінної сировини в промислових масштабах із перспективою його повторного використання. Йдеться про літій, нікель, марганець та кобальт у замкненому циклі разом з алюмінієм, міддю та пластмасами з досягненням коефіцієнта вторинної переробки понад 90% у довгостроковій перспективі. Сьогодні процес переробки на заводі налагоджений, на початку процесу кожен блок батарей проходить експертний аналіз щодо можливості його повторного використання в мобільних системах накопичення енергії.

Не відстає у розв’язанні цього питання і Renault. Французький автовиробник разом з Veolia — лідером у галузі оптимізованого управління ресурсами — та бельгійською науково-дослідною компанією Solvay у 2021 році створили партнерство, що забезпечує замкнутий цикл електромобілів, коли акумуляторні метали через вторинну переробку йдуть на виробництво нових батарей.

Нещодавно Veolia повідомила, що за два роки планує відкрити завод з переробки акумуляторів електромобілів у Великобританії, який займе понад 20% ринку з утилізації тягових батарей. До 2024 року компанія побудує новий завод у місті Мінворт. Він буде розряджати та розбирати акумулятори до завершення процесу переробки з хімічним поділом. Відкриття нового переробного підприємства дасть сфері утилізації батарей новий вектор — видобуток дорогоцінних та рідкоземельних металів з перероблених матеріалів. Це дозволить істотно скоротити використання викопної сировини. Також Veolia у партнерстві з Renault побудує дослідну лінію переробного заводу. Якщо всі теоретичні розрахунки компаній виправдаються, то до 2025 року аналогічний за можливостями завод з’явиться й у Франції.

Питання рециклінгу батарей для електрокарів привертає увагу і науковців з Інституту Фарадея (міждисциплінарний академічний науково-дослідний інститут, розташований в Кембриджі, Англія). Вони працюють над оптимізацією та спрощенням утилізації акумуляторів. Вчені закладу прагнуть перетворити цей процес на ефективну і рентабельну галузь, адже зараз велика частина елементів батареї втрачається в процесі переробки до так званої чорної маси — суміші літію, марганцю, кобальту та нікелю, що вимагає подальшої енергомісткої обробки.

У цілому процес розбирання батарей від електрокарів тривалий та важкий, але технологічно вірно використовувати саме ручний демонтаж. Він дозволяє ефективніше відновлювати більшість цих матеріалів, хоча має свої мінуси. Тому автоматизована утилізація батарей буде більш економічною і безпечною.

Майбутнє за «круговою економікою»?

Переробка батарей електрокарів: екологічні та економічні фактори, перспективні технології
Фото (с) www.autoevolution.com

У цілому тренд щодо переробки відпрацьованих акумуляторів електрокарів, підхоплених провідними виробниками, стрімко розвивається по всьому світі.

На початку цього року канадська сталеливарна компанія Stelco оголосила про плани з переробки електромобілів і літій-іонних акумуляторів, що вийшли з експлуатації, на своєму заводі в Онтаріо. Stelco використовуватиме запатентовану технологію Primobius GmbH — спільного (50/50) підприємства німецької SMS group GmbH та австралійської Neometals Ltd. Компанія планує отримувати зі старих електромобілів до 18 400 тон сульфатів нікелю, марганцю та кобальту, гідроксиду та карбонату літію, а також до 40 000 тон сталевого брухту, що становить понад 25% потреби Stelco у сталевому брухті.

Компанія Battery Resources повідомила, що до серпня 2022 року відкриє «найбільший у Північній Америці завод з переробки літій-іонних акумуляторів». Об’єкт вартістю 43 мільйони доларів зможе переробляти 30 000 метричних тон використаних літій-іонних акумуляторів та брухту на рік, а потім повертати літій, кобальт та нікель назад у ланцюжок поставок для виробництва акумуляторів.

Компанія Redwood Materials оголосила про співпрацю з Ford Motor Company щодо створення замкнутого циклу переробки акумуляторів та внутрішнього ланцюжка поставок критично важливих матеріалів для батарей. Також Redwood постачатиме для Panasonic мідь, витягнуту з перероблених батарей.

Китайська CATL — найбільший світовий виробник акумуляторів — оголосила про намір інвестувати близько 5 мільярдів доларів у завод із переробки акумуляторів, який буде розташований в Ічані — місті в провінції Хубей у центральному Китаї.

BASF будує прототип заводу з переробки акумуляторів у Бранденбурзі, неподалік нової гігафабрики Tesla. Підприємство покликане розробити операційні процедури та оптимізувати технологію для забезпечення високоефективного відновлення літію, нікелю, кобальту та марганцю з літій-іонних акумуляторів із минулим терміном служби, а також з некондиційних матеріалів від виробників акумуляторних елементів.

Нарешті, британський виробник авто класу люкс Bentley Motors планує до 2030 року виробляти виключно електромобілі і виділяє на ці цілі 2,5 мільярди фунтів стерлінгів. Згідно з цьом проєктом, Bentley вирішили стати компанією з повністю нульовим викидом CO2 до 2030 року. Голова Bentley Едріан Холмарк заявив, що проєкт Beyond100 — найзухваліший план в історії автомобілів класу люкс. Перехід на 100% виробництво BEV авто за вісім років — максимально амбіційна затія.

Таким чином, питання відходів електричного транспорту та достатності матеріалів для його розвитку поступово вирішуватиметься. Водночас це вкотре доводить, що багато країн взяли курс на будівництво «кругової економіки», яка передбачає вторинне використання ресурсів при (майже) нульовому захороненні відходів. Цей курс підкріплюється відповідними законами, нормами та ініціативами бізнесу.

Плани Tesla щодо відновлення близько 92% металів у своїх акумуляторах

У серпні 2021 року американська компанія-виробник електромобілів Tesla зробила гучну заяву про те, що планує відновити близько 92% металів у своїх акумуляторах. Про це компанія повідомила у своєму звіті про вплив на довкілля за 2020 рік. Tesla роками співпрацює з компаніями з утилізації, щоб покращити можливості для вторинної переробки акумуляторів. Цим вона сподівається обмежити екологічні витрати на видобувні матеріали, такі як кобальт, необхідний для батарей.

Ще раніше компанія вивела з експлуатації кілька споживчих акумуляторів, зокрема тих, що були в автомобілів Model S, які випустили дев’ять років тому. За даними Tesla, акумуляторні заводи компанії почали запроваджувати внутрішню систему замкнутого циклу переробки, що забезпечить переробку 100% батарей Tesla вилучених з автомобілів, які вийшли з ужитку, і до 92% металів в акумуляторах.

У звіті Tesla підтверджує, що в четвертому кварталі 2020 року вони встановили обладнання для переробки батарей на своєму заводі з виробництва літій-іонних акумуляторів Gigafactory Nevada. Виробник електромобілів також припустив, що технологія незабаром буде впроваджена і на його заводі Gigafactory в Німеччині. Tesla заявляє, що мета компанії — розробити безпечний, недорогий процес утилізації з високими показниками відновлення та низьким впливом на довкілля. Також компанія оприлюднила цифри щодо питомої кількості матеріалів, які вона переробила з акумуляторних батарей у 2020 році. У звіті зазначається, що компанія переробила 1300 тон нікелю, 400 тон міді та 80 тон кобальту.

Альтернативні методи використання відпрацьованих батарей електрокарів

Багато автовиробників шукають можливість повторно використовувати літій-іонні батареї, щоб сформувати замкнутий цикл переробки сировини. Адже навіть після 100 000 кілометрів пробігу батареї зберігають близько 70-80% ємності.

Наприклад, компанія Nissan за допомогою вживаних акумуляторів побудувала великий буферний накопичувач енергії, який тепер бере участь в робочому процесі сонячної електростанції неподалік від японського міста Осака.

Ще один приклад подають компанії General Motors і ABB: вони розробили технологію, яка дозволяє використовувати відпрацьовані батареї для електропостачання житлових будинків. Така система заряджається від сонця або від електромережі вночі, коли тарифи дешевші.

Запустити повторну переробку батарей електромобілів вирішили компанії Audi і Umicore. Так, з січня 2020 року вони почали використовувати перероблені матеріали для їх повторного застосування. Згодом компанія планує використовувати вторинну сировину повноцінно і виготовляти з неї батареї для нових електромобілів. Окремою проблемою, яка перешкоджає переходу до замкнутого циклу, є оцінка придатності акумуляторів — ця процедура коштує не дорого, але проводиться довго (перевірка однієї батареї займає від однієї до трьох діб). Наприклад, в Україні ця процедура обійдеться в 1,5 тисячі гривень.

Утилізація батарей від електрокарів як прибутковий бізнес

Переробка батарей електрокарів: екологічні та економічні фактори, перспективні технології
Фото (с) www.drive2.ru

У світі дедалі більше вживаних батарей та акумуляторів, і не лише через електромобілі й електровелосипеди. Втім, лише близько половини з них переробляється, тож іще потрібні значні інвестиції в потужності з утилізації.

Проте прогнозується, що дуже скоро утилізація батарей від електрокарів стане прибутковим бізнесом для автовиробників, а їх використання в системах зберігання енергії обіцяє багатомільйонні прибутки. Згідно з останнім звітом дослідницької групи Circular Energy Storage, глобальний ринок утилізації літій-іонних акумуляторів в цьому році досягне $1,3 мільярда. З них $1,1 мільярда припаде на сферу вторинного використання матеріальних ресурсів, які містяться в старих батареях, а решта $230 мільйонів — на сектор технічного обслуговування.

З огляду на обсяги продажів електрокарів в Китаї, 70% ринку вживаних акумуляторів сконцентрується саме там. Другим за величиною ринком стане Південна Корея з часткою в 16%.

До 2025 року ринок вторинної переробки літій-іонних батарей досягне $3,5 мільярдів. Ще більшою популярністю буде користуватися «друге життя» для старих акумуляторів — цей ринок через сім років зросте до $4,2 мільярдів.

На переробку підуть літій-іонні батареї зі смартфонів, переносних пристроїв та інших невеликих девайсів. А ось акумулятори електрокарів будуть перетворювати в системи зберігання енергії, причому вони придатні як для домашнього використання, так і для створення великомасштабних сховищ при сонячних або вітрових електростанціях.

На деяких світових ринках, наприклад, у Китаї, вимоги до охорони праці та захисту довкілля — менш жорсткі, а умови праці ­­— неприйнятні у західному контексті. Але робоча сила в Європі коштує дуже дорого, це робить проєкт економічно невигідним.

Китайські виробники навчилися отримувати вигоду з великого ринку накопичувачів енергії, мають субсидії від держави та доступ до переробленого матеріалу. Наприклад, виробник електромобілів повинен створити і стандартизувати системи утилізації акумуляторів. Ці системні об’єкти сумісно використовують як виробники електромобілів, так і виробники батарей та інші інтегровані компанії. Всі вони мають зобов’язання перед державою та звітують про утилізацію. Тому те, що Китай займає провідні позиції не лише у світовому виробництві акумуляторів (67%), а й в переробці сировини, — є недивним.

Висновки:

  1. Стійкий розвиток електромобілів — довготривалий процес, який впевнено рухається у всьому світі. У найближчому майбутньому центральну роль відіграватимуть концепції «другого життя» та ефективна переробка літій-іонних акумуляторів і літій-іонних полімерних акумуляторів, щоб зробити розвиток електромобілів стійким.
  2. Виникають абсолютно нові галузі та компанії, які беруть на себе цю задачу. За прогнозами експертів, найближчим часом переробка акумуляторів електромобілів може стати новим вектором світового розвитку «кругової економіки».
  3. Рециклінг батарей електрокарів потрібен світові не лише з екологічних, а й з економічних міркувань: роль повторного використання рідких природних компонентів буде зростати в міру їх подорожчання в умовах «буму» електромобільності.
  4. Вчені всього світу працюють над можливістю використовувати акумуляторні батареї від електромобілів для повторного вживання після їх застосування в транспортному засобі. Таке використання можливе, наприклад, в ролі накопичувача енергії з відновлювальних джерел, для електропостачання житлових будинків тощо.
  5. В Україні дотепер немає жодного заводу, який би мав сертифікат на безпечну переробку та утилізацію батарей. Існувало одне підприємство, яке займалося переробкою елементів живлення, — «Аргентум», але воно закрилося у 2018 році. Однак навіть у нього не було всіх необхідних промислових потужностей. Крім «Аргентуму» є й інші підприємства з ліцензією на утилізацію, але у всіх однакова проблема: відсутність необхідних технологій.
  6. На фоні росту популярності електрокарів в Україні та лояльної державної політики по відношенню по їхніх власників питання утилізації батарей автомобілів на законодавчому рівні країни має бути врегульованим.
  7. З огляду на позитивні прогнози щодо прибутковості бізнесу з утилізації батарей від електрокарів, питання розвитку відповідних виробничих потужностей має бути розглянуте на державному рівні нашої країни.

ЧИТАТИ ТАКОЖ:

ІНШІ ПУБЛІКАЦІЇ