Recyklace baterií elektromobilů: Proces a technologie

Nároky kladené na baterie elektromobilů jsou extrémně vysoké, a proto se je automobilky snaží vyrábět v co nejvyšší kvalitě a zároveň zajistit jejich smysluplné využití i ve chvíli, kdy už se nehodí pro nasazení ve vozidlech. S přibývajícím počtem elektromobilů je třeba se zabývat myšlenkou, co s nimi bude na konci jejich životnosti. S rostoucím počtem elektrických vozidel budeme koncem desetiletí řešit palčivý problém - co s bateriemi, které jsou na konci své životnosti?

Koncern Volkswagen si zakládá na tom, aby všechny použité baterie prošly na konci svého životního cyklu recyklací. Společnost Volkswagen v rámci své strategie týkající se opětovného využití baterií a recyklace přispěje k šetření důležitých zdrojů. Na počátku února se Volkswagen pochlubil krátkým videem, ve kterém podrobně ukazuje, jak taková recyklace baterií vlastně probíhá.

V současnosti běžná baterie elektromobilu váží kolem 400 kg a obsahuje spoustu cenných materiálů. Nejvíce hliníku, dále také grafit, nikl, měď, mangan, kobalt, ocel a další. Takový počet elektromobilů vyžaduje obrovské množství baterií, které jednou doslouží a buď budou použity jako stacionární systémy akumulace energie, nebo se budou muset recyklovat.

Alternativní využití baterií

Již dříve našly baterie nové využití v podobě zásobáren energie v útrobách velkých komerčních budov. Vyřazené autobaterie dnes také najdeme v manipulační technice nebo v autonomních robotických vozech ve velkých skladech. I zcela vyřazené akumulátory však jsou žádanými komponenty - velké využití nachází ve stacionárních systémech ukládání energie, lze je snadno propojovat do velkých bateriových polí a mohou se uplatnit i v instalacích sloužících celým městům.

Použité akumulátory nemusí jít automaticky do sběru. Stále je v nich energie, která může sloužit, a první zprávy ze světa, kde už slouží, přicházejí. V Japonsku například vysloužilé baterie z prvních Nissanů Leaf podporují veřejné osvětlení. Od roku 2015 slouží 208 baterií z Toyoty Camry jako úložiště pro sluneční elektrárnu národního parku Yellowstone. Mohou pomáhat, aniž by se válely kdesi na haldách, kde z nich unikají toxické látky včetně karcinogenního kadmia. Mohou podporovat samotný proces recyklace, který by měl při správném nastavení procesů vrátit zpět do oběhu až 95 % použitých vzácných kovů.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Technologie recyklace baterií

Elektromobilita má za cíl snižovat emise skleníkových plynů a je středem zájmu nového vývoje v celém automobilovém průmyslu. Část lidí však říká, že se baterie z elektromobilu nedají moc dobře recyklovat a že mají vysokou uhlíkovou stopu při výrobě. Obecně dnes můžeme říci, že je možné lithium-iontové články recyklovat a získávat z nich materiály, které obsahují.

Recyklace baterií zahrnují jak fyzikální (mechanické), tak chemické procesy. Mechanické zpracování obvykle zahrnuje předúpravu baterií. Před manipulací jsou baterie obvykle vybity či stabilizovány. Články jsou pak rozebrány, rozbity a roztříděny. Většinou jsou z nich také extrahovány elektrolyty. Mechanické zpracování umožňuje získat zpět plasty, hliník, měď a tzv. černou hmotu. Černá hmota obsahuje kritické kovy, je shromažďována a poté převzata pro hydrometalurgické zpracování.

Pyrometalurgie

Prvním procesem je Pyrometalurgie. Již z názvu je patrné, že se bude jednat o něco s ohněm. Lithium-iontové baterie se tedy taví v peci v teplotním rozsahu od 400 °C do 1 450 °C, aby došlo k rozpuštění organických sloučenin a jejich tepelné recyklaci. Vznikne tímto procesem slitina, ze které se hydrometalurgickým procesem zpracovává železo, měď, kobalt a nikl. Zbytkové složky, jako je mangan, lithium a hliník, jsou odváděny jako struska.

Pyrolýza

Pyrolýza zahrnuje zahřátí článků ve vakuu na teplotu až 600 °C. Během tohoto zahřátí se elektrolyt, plastové části a pojivo vznítí a hliník zůstane částečně v podobě černé hmoty. Při tomto zahřívacím kroku se baterie otevře, většina fluorovodíku vytvořeného ve vodivé soli se uvolní a následně se čistí pomocí plynů. Vznikají tak toxické filtrační látky, které je nutné likvidovat. Poté se směs látek oddělí a prosévá, čímž se získá hliník a měď. Drahé kovy jako kobalt, mangan a nikl přecházejí do hydrometalurgického zpracování.

Mechanická recyklace pod vodou

Mezi jednu z efektivnějších variant recyklace můžeme zařadit mechanickou recyklaci pod vodou. Lithium-iontové baterie jsou v nabitém stavu rozdrceny pod vodou, což může způsobit značné množství uvolněné energie. Při této metodě tak dochází k prudkému nárůstu teploty v důsledku různých exotermických reakcí. Vznikají fluorovodíky, které jsou vázány ve vodě s přídavkem vápenatých iontů a velké množství fluoridu vápenatého (CaF2), jehož většina je obsažena v černé hmotě.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Mechanická termodynamická Duesenfeldova recyklace

Mechanická termodynamická Duesenfeldova recyklace je jednou z nejefektivnějších metod recyklace baterií elektromobilů, jelikož její účinnost je 91 %. Díky této formě recyklace nevzniká žádné CO2 a toxické filtrační materiály. Z baterie se během procesu šetrně oddělí cenné materiály jako grafit, elektrolyt, mangan, měď, hliník, lithium, nikl a kobalt. Použití těchto recyklovaných materiálů navíc snižuje uhlíkovou stopu nového lithium-iontového článku v nově vyráběném elektromobilu až o 40 %.

Recyklační zařízení a iniciativy

Také Evropa intenzivně rozvíjí infrastrukturu pro recyklaci baterií z elektromobilů s cílem snížit závislost na dovozu surovin a podpořit udržitelnost. Mezi průkopníky patří norský závod Hydrovolt, který dokáže recyklovat až 12.000 tun bateriových modulů ročně a získává cenné materiály jako měď, hliník či lithium. Ve Francii se zase skupina Eramet pustila do výstavby závodu schopného ročně zpracovat 25.000 tun hmoty z baterií. Dalším významným hráčem je belgická firma Umicore, která investuje do recyklačního závodu v Polsku, zaměřeného na vadné a vyřazené články.

K recyklačním iniciativám se připojuje i Česká republika. Společnost IBG Česko zkoumá ve spolupráci se společností nanoSPACE Technology a Univerzitou Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem nové možnosti recyklace baterií z elektromobilů. Nový systém recyklace získá 99,9 % lithia ze starých baterií.

Výzvy a budoucnost recyklace

Hlavní výzva nespočívá jen v samotných recyklačních procesech, ale také v návrhu baterií, které by vzaly v potaz nutnost budoucí recyklace. Pokročilé senzory a vylepšené metody monitorování baterií v terénu a testování na konci životnosti by umožnily, aby charakteristiky jednotlivých baterií co nejlépe odpovídaly navrhovaným aplikacím pro druhé použití. 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. Iniciativy směrem ke standardizaci a otevřeným formátům dat by značně usnadnily celý proces recyklace.

Současné recyklační procesy by také měly vést ke snížení emisí skleníkových plynů ve srovnání s primární výrobou. Jak objemy baterií elektrických vozidel, které vyžadují recyklaci, porostou, bude potřeba řešit otázky týkající se úspor z rozsahu ve vztahu k recyklaci.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

tags: #recyklace #baterii #elektromobilu #proces

Oblíbené příspěvky:

• Měření emisí
• Ochrana oceánů skrze sběr odpadu
• Cíle PRO-BIO
• Poplatek za znečišťování ovzduší v ČR
• Převzetí odpadu do vlastnictví