Recyklace lithiových baterií a její dopad na životní prostředí v České republice

Vlivem rostoucího počtu lithiových baterií se Česká republika potýká s nedostatečnými kapacitami pro jejich recyklaci. Množství lithiových baterií uvedených na tuzemský trh neustále stoupá. Je to způsobeno rozvojem nových technologií, a to jak u elektrických článků obecně, tak například elektromobility. V České republice se ročně prodá více než sto tisíc elektrokol, elektroskútrů či elektrokoloběžek, které jsou vybaveny lithiovými bateriemi.

Nedostatečné kapacity a finanční náročnost recyklace

Závažným problémem je fakt, že v současné době není v ČR dostatek zařízení, která by se na ekologické zpracování lithiových baterií specializovala. Z toho důvodu je značná část odpadních elektrických článků odvážena ke zpracování do zahraničí. To zvyšuje nejen logistickou náročnost celého procesu, ale také finanční náklady na recyklaci.

Zpracování lithiových baterií je výrazně dražší než recyklace jiných typů baterií, například olověných. U klasických typů olověných baterií je cena za recyklaci pozitivní. To znamená, že zpracovatelé tyto baterie vykupují, zatímco u těch lithiových je situace zcela opačná. Náklady na jejich recyklaci se pohybují v řádu desítek korun za kilogram, přičemž neexistuje jednotný model financování této recyklace.

Až do roku 2020 výrobci a dovozci průmyslových elektrických článků nemuseli odvádět žádné recyklační poplatky, protože legislativa jim tuto povinnost neukládala. To znamená, že baterie, které byly uvedeny na trh v posledních deseti letech, představují obrovskou ekonomickou zátěž do budoucna.

Budoucí výzvy a legislativní změny

Očekává se, že s dalším rozvojem elektromobility a obnovitelných zdrojů energie se počet lithiových baterií uváděných na trh v ČR výrazně zvýší. Proto je nutné rozšířit kapacity pro jejich recyklaci a vytvořit jasná pravidla pro financování zpětného odběru a recyklace. Ministerstvo životního prostředí nyní připravuje novelu zákona o výrobcích s ukončenou životností, která by měla zajistit spravedlivější rozložení nákladů na recyklaci a zavést povinné příspěvky od výrobců a dovozců.

Čtěte také: Problémy recyklace lithia

Tyto změny by mohly významně pomoci s rozvojem recyklační infrastruktury v ČR a snížit objem odpadních baterií vyvážených do zahraničí. Novela však bude řešit pouze nově vyrobené a dovezené elektrické články.

Inovativní metody recyklace

Jednou z doposud nevyřešených otázek, která trápí branži elektromobility, je efektivní recyklace baterií. Rakouští vědci zkoumají možnost, jak při zpětném získávání lithia využít upravené bakterie. Teoreticky by se tato metoda mohla uplatnit i při recyklaci jiných kovů. Nového výzkumného projektu se ujali rakouští vědci. Cílem nejnovějšího zkoumání vědců je více rozvíjet slibnou technologii recyklace vysloužilých baterií z elektromobilů.

Vědci z Rakouského centra průmyslové biotechnologie (acib) k celé věci přistoupili velmi inovativně. Kovy z akumulátorů chtějí zpětně těžit pomocí speciálních bakterií. Proces se opírá o nejnovější poznatky z oblasti průmyslové biotechnologie. Klíčovou roli by zde mohly sehrát bakterie, konkrétně bakterie kyseliny sírové, které mohou vytvořit vhodné prostředí pro rozpouštění lithia z akumulátorů.

"Městská těžba" jako řešení nedostatku surovin

Získávání surovin z elektroodpadu a starých baterií se říká „městská těžba“ a k těžení je toho spousta. Například kobalt z použitých lithium-iontových baterií lze získat s třetinovou spotřebou vody oproti běžné těžbě. Recyklace tak pomáhá nejen šetřit zdroje, ale zároveň udržet klíčové suroviny v evropském oběhu. Společné výzkumné středisko Evropské komise (Joint Research Center, JRC) spočítalo, že recyklace by mohla pokrýt až 42 procent evropské poptávky po kobaltu do roku 2050.

Recyklačních kapacit je však zatím ve státech sedmadvacítky málo. Světovým lídrem v recyklaci baterií je Čína, která má v roce 2030 podle odhadů ovládat tři čtvrtiny kapacity na jejich zpracování. Evropská unie má dosáhnout pěti procent.

Čtěte také: Problémy s lithiovými bateriemi

Povinnost zpětně odebrat alespoň 45 procent přenosných baterií a akumulátorů uvedených na trh platí ve státech Unie od roku 2016. Resort životního prostředí uvádí, že se v roce 2021 zpětně vybralo přes 130 tisíc tun elektrozařízení. Na trh bylo v tom roce uvedeno přes 300 tisíc tun zařízení. Do roku 2027 mají členské státy zajistit sběr minimálně 63 procent přenosných baterií uvedených na trh, do roku 2031 minimálně 73 procent. Od loňského roku rozšiřuje nařízení Evropské unie povinnost sběru i na baterie pro elektrokola a koloběžky.

Druhotné využití a recyklace materiálů

Postupně by však měl narůstat také význam recyklace těchto materiálů. Ta by mohla minimalizovat sociální a environmentální dopady těžby, zabránila by skládkování milionů tun baterií a snížila by spotřebu energie a produkci emise vznikajících při výrobě baterií. Tým testoval baterie s recyklovanými katodami NMC111, což je nejběžnější druh katody obsahující po třetině niklu, manganu a kobaltu. Recyklovaný materiál měl trochu jiné vlastnosti než nový. Na mikroskopické úrovni poréznější, a tedy propustnější pro lithiové ionty. Výsledkem jsou baterie s podobnou hustotou energie jako baterie vyrobené z komerčních katod, které však zároveň vykazují až o 53 % delší životnost.

Baterie pro elektromobily jsou ovšem složitá zařízení a jejich recyklace není snadná. Zahrnuje buď jejich spalování s využitím velkého množství energie, nebo rozmělňování a rozpouštění v kyselinách. Firemní postupy zahrnují drcení baterií a odstraňování ocelových pouzder, hliníkových a měděných drátů, plastů a materiálů pouzder určených k recyklaci. Zbývající hmota se rozpustí v rozpouštědlech a grafit, uhlík a nečistoty se odfiltrují nebo chemicky oddělí. Pomocí patentované chemické techniky se pak nikl, mangan a kobalt smíchají v požadovaném poměru a vytvoří se katodový prášek.

Správné nakládání s bateriemi

Při nesprávném nakládání s odpadními bateriemi mohou do půdy a vody pronikat kovy jako rtuť, olovo nebo kadmium. Pokud se baterie likvidují neodborně, může dojít k jejich rozkladu a uvolnění toxických látek. Proto poté, co doslouží, rozhodně nepatří do běžného koše. Místo toho je čeká cesta směrem k recyklaci a dalšímu využití.

Staré elektrické články, které už nelze použít, by neměly mířit do komunálního odpadu, ale ke zpětnému odběru. Není nutné běhat s každou použitou baterií do sběrné nádoby hned po jejím vybití. Doma je lze nějaký čas bezpečně skladovat a poté jich odevzdat více najednou. Baterie by měly být uchovávány na suchém a chladném místě, mimo dosah dětí a zvířat. V případě těch lithium-iontových je doporučeno přelepit kontakty lepicí páskou, aby se předešlo nechtěnému zkratu. Zároveň je důležité je uchovávat mimo zdroje tepla, jako jsou radiátory či krby, protože při vysokých teplotách hrozí takzvaný tepelný únik.

Čtěte také: Nebezpečný odpad v šuplíku: Baterie

Staré elektrické články míří do recyklačních závodů, kde jsou ekologicky zpracovány. Nejdříve jsou na třídicích linkách rozděleny podle velikosti a složení. Oddělují se například ty běžné lithiové či niklové od knoflíkových, které obsahují stříbro a rtuť. Recyklace umožňuje rozložení starých baterií na cenné suroviny, které lze znovu využít. Získává se z nich lithium, nikl, zinek, mangan nebo právě stříbro. Všechny tyto materiály pak nacházejí další uplatnění v různých průmyslových odvětvích.

Moderní technologie však umožňují zpracování až 95 procent materiálů z použitých elektrických článků, což snižuje potřebu těžby nových surovin a přispívá k ochraně přírody. Například baterie s obsahem kadmia z jediného mobilního telefonu je schopná znečistit asi 600 tisíc litrů vody.

Mýty o recyklaci baterií

Ve veřejném povědomí stále přetrvává několik mylných představ o recyklaci baterií. Například se často předpokládá, že sběrné nádoby nikdo nevyváží a jejich obsah tak nakonec stejně skončí na skládkách. Vzhledem k nebezpečnému charakteru baterií je však jejich sběr evidován, a to přímo ministerstvem životního prostředí.

Udržitelná budoucnost

Technologie výroby baterií se neustále vyvíjejí a budoucnost přináší nové inovace. Klíčem k udržitelné budoucnosti se ukazuje vývoj recyklovatelných baterií s delší životností a lepší energetickou účinností. Experti po celém světě rovněž pracují na vývoji alternativních materiálů, které by mohly nahradit vzácné a problematické suroviny, jako je kobalt a lithium.

Komplikace a nákladnost recyklace

Recyklace lithiových baterií je drahá. Potíž je v tom, že zpracovatelský byznys v EU byl ustálený. Lze říci, že stabilizovaný. Ovšem v posledních několika letech markantně stoupl počet použitých lithiových článků. Systém, svázaný regulací a legislativou, nedokázal zareagovat. V Evropě jsou v současnosti pouze 4 velká zařízení, která jsou schopna zpracovat lithiové baterie.

Podle společnosti Ecobat se za zpracování 1 kg lithiových baterií platí až 60 Kč. Vezmeme-li v potaz váhu baterie v průměrném osobním elektromobilu, která může být kolem 100-300 kg, pak by to podle stávajících podmínek znamenalo poplatek za zpracování v řádu desetitisíců korun. A k tomu navíc i náklady na dopravu v bezpečnostních kontejnerech a manipulaci. Tuto službu musejí mít výrobci elektromobilů samozřejmě zajištěnou a jde o jednu z položek zvyšující cenu dopravních prostředků na elektrický pohon.

Proč je zpracování baterií tak nákladné? Již bylo řečeno, že každá baterie je kompilátem mnoha druhů materiálů, A tyto materiály mají logicky i jiné fyzikální vlastnosti. A to reflektují i způsoby jejich zpětného získávání. Jde zde zejména o kovy. Hliník, nikl, měď, kobalt, lithium, mangan nebo železo. V bateriích jsou však obsaženy i plasty, soli. Zatímco pro získání kovů jsou třeba vyšší teploty, některé jiné látky začínají hořet již při nižších teplotách. Co teď?

Lithium je vzácný kov, dovážíme ho z Austrálie či Argentiny a často za to platíme čínským těžařům, kteří ovládli polovinu trhu. Po použití ho ale necháváme ležet ladem, protože recyklace je dražší než další dovoz. (Zdroj: Ecobat)

Alternativní metody extrakce

Zatímco mnohdy se k recyklaci používají nejrůznější anorganické kyseliny, které nejsou zrovna vzorem ekologie, vědci použili obyčejnou kyselinu šťavelovou. V laboratořích si "hráli" s koncentrací kyseliny, dobou zahřívání i teplotou, přičemž nejlepších výsledků dostali při zahřívání po dobu 60 minut na teplotu 60 °C s 0,6M kyselinou šťavelovou. V takovém případě se jim povedlo získat veškerý hliník, který ve směsi byl, tedy dosáhli 100% účinnosti. Pokud jde o lithium, to se povedlo získat z 98,8 %.

Ekonomické a ekologické výhody recyklace

Hlavním podnětem k recyklaci li-ion baterií je obsah niklu a kobaltu. Z ekonomického hlediska je hlavním pozitivním faktorem možnost získat cenný materiál použitý na výrobu li-ion baterií, při současných cenách je to zejména kobalt. Současná cena kobaltu je na trojnásobku ceny v roce 2016 a velice pozitivně ovlivňuje výsledný zisk z recyklace.

Aby kromě nově vytěžených kovů či jejich sloučenin nakupovali výrobci baterií také recyklát, je má motivovat chystané evropské nařízení. Od roku 2030 se bude muset do nově vyrobených baterií přimíchávat minimálně 12 procent recyklovaného kobaltu a po čtyřech procentech lithia a niklu.

Z environmentálního hlediska možnost recyklovat materiály (kobalt, nikl, lithium,…) z li-ion baterií a využít materiál na výrobu nových, sníží zátěž na životní prostředí o 51 %. Baterie obsahují toxické látky, zejména těžké kovy jako rtuť, kadmium a olovo, které při úniku do okolí ohrožují životní prostředí a jsou toxické i pro člověka, například kadmium je klasifikováno jako karcinogen.

Získávání drahých kovů z recyklace je výrazně méně náročné na spotřebu energie, a díky tomu na škodlivé emise, které jsou vypouštěny do ovzduší (např. CO2). Těžba rud drahých kovů a její doprava a zpracování je mnohem více energeticky náročné než získání drahých kovů z již vyrobených baterií.

Druhý život baterií

Ještě předtím, než se baterie rozeberou na prvočinitele a rozemelou, dostanou některé z nich šanci na druhý život. Dají se využít například jako bateriové úložiště pro uchovávání energie vyprodukované solárními panely.

V hierarchii nakládání s odpady je opětovné použití či druhý život baterií považován za mnohem výhodnější než recyklace.

Automatizace recyklace

Vozidla mají velmi odlišné fyzické konfigurace baterií, které vyžadují různé přístupy k demontáži, což činí automatizaci téměř nemožnou. Demontáž bateriových sad z elektromobilů navíc vyžaduje vysokonapěťové školení a izolované nástroje, aby se předešlo smrti elektrickým proudem nebo zkratu baterie.

Iniciativy a standardizace

Správné označení baterií a jejich složení, aby recyklátoři věděli, jak s nimi nejlépe nakládat a to tak, aby samotné označení nebylo hazardem pro provoz baterie. Ideální řešení by bylo, kdyby informace o složení baterie byly dostupné. Iniciativy směrem ke standardizaci a otevřeným formátům dat by značně usnadnily celý proces recyklace.

Problém představuje i demontáž lithiových baterií, která se dosud provádí téměř výlučně ručně. Mezi průkopníky recyklace lithiových baterií patří kanadská společnost Li-Cycle, která vyvinula unikátní technologii, díky níž dokáže z použitých článků získat i prvky, jejichž recyklace dosud nebyla možná. Jde o kombinaci speciálního postupu při demontáži a následného hydrometalurgického procesu, jehož výsledkem je separace až 95 procent původního materiálu do stavu, který umožňuje jeho další použití.

Automobilka Škoda testuje u jednoho svého prodejce použití vysloužilých článků jako úložiště přebytků z výroby fotovoltaických panelů.

Evropský den recyklace baterií vyhlásila evropská asociace EUCOBAT původně na 9. září. Dnes patří baterie mezi nedílné součásti našich životů. Nějaký typ baterie je ostatně přítomen téměř ve všech zařízeních, s nimiž každý den přicházíme do styku. Baterie a akumulátory jsou řazeny mezi takzvaný nebezpečný odpad, který se nesmí skládkovat.

Environmentální přínos recyklace ovšem rovněž spočívá v tom, že se z vysloužilých baterií a akumulátorů získají zpět cenné suroviny, jejichž zdroje se tenčí. „Baterie a akumulátory obsahují mnoho recyklovatelných kovů, jako je zinek, železo, mangan, nikl, kadmium nebo olovo. Z typické autobaterie například lze zpětně získat přibližně 98 procent hmotnosti obsaženého olova. V roce 2017 se v Evropské unii vysbíralo k recyklaci v průměru 46 procent vysloužilých baterií.

tags: #lithiova #baterie #recyklace #ekologie

Oblíbené příspěvky:

• Co je to muzeum historie přírody?
• Aktivity pro děti: Recyklace a třídění
• Bioplynové stanice a životní prostředí
• Dokumenty o globálním oteplování
• Co patří do bioodpadu?