Recyklace lithiových baterií: Proces, ekonomika a ekologický význam

Nemálo lidí má stále za to, že recyklace lithiových baterií není možná, ačkoli jen v Evropě je už na dvě desítky velkých recyklačních center, která je zpracovávají. Rostoucí počet elektrických aut však představuje vážný problém v oblasti nakládání s odpady. Vybité baterie ovšem představují i příležitost, jak získat přístup ke strategickým prvkům a kritickým materiálům a jsou jejich cenným sekundárním zdrojem.

Proces recyklace lithiových baterií

Recyklace baterií zahrnují jak fyzikální (mechanické), tak chemické procesy. Tyto procesy mohou být prováděny samostatně nebo společně. Mechanické zpracování obvykle zahrnuje předúpravu baterií.

Před manipulací jsou baterie obvykle vybity či stabilizovány. Stabilizaci baterií lze dosáhnout pomocí solného roztoku nebo ohmického výboje. 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.

Získávání kovů z černé hmoty

Většina recyklačních center separuje pevné části jako hliníkový obal a výstupem je černá hmota (ta obsahuje ony důležité prvky pro výrobu nových baterií, k tomu je ale potřeba jejího dalšího zpracování). Některé z nich ale umí pracovat i s onou černou hmotou, a tedy jejich výstupem jsou už požadované sloučeniny lithia, manganu, mědi, kobaltu, hliníku a podobných prvků.

Čtěte také: Problémy recyklace lithia

To hlavní, jak z černého prášku získat užitečné kovy na výrobu nových baterií, se zatím dělá jen v zahraničí. Zpracovává se buď tepelně (pyrometalurgie), nebo chemicky (hydrometalurgie).

• Pyrometalurgie: Starší typ recyklace, který se dnes používá na všechny olověné akumulátory z běžných automobilů.
• Hydrometalurgie: Novější zpracování, kdy se pomocí loužení získají třeba uhličitany, hydroxidy či sulfidy jednotlivých obsažených kovů - lithia, manganu, niklu, kobaltu.

Alternativní metody extrakce

Zatímco mnohdy se k recyklaci používají nejrůznější anorganické kyseliny, které nejsou zrovna vzorem ekologie, vědci použili obyčejnou kyselinu šťavelovou. Jde o organickou kyselinu, kterou najdeme v ovoci a zelenině, výrazně se vyskytuje např. ve šťaveli (odtud i název) nebo rebarboře. 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 %.

Tyto dva prvky získali v rámci kapalných směsí jako první, což je opakem tradičních metod, kdy se naopak získávají jako poslední (a méně efektivně). Další prvky nicméně tento proces nijak výrazně neextrahuje, např. mědi a manganu získá jen 1,7 %, kobaltu pak 0,2 % a niklu se pak v podstatě ani nedotkne.

Ekonomické aspekty 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. V roce 2035 se podíl recyklátu zvýší.

Čtěte také: Lithiové baterie a recyklace v Česku

Náklady na recyklaci

Náklady na recyklační subjekt se skládají z variabilních a fixních nákladů. Variabilní náklady (VC) se zvětšují úměrně s objemem vstupního a výstupního materiálu a záleží na recyklační technologii, vstupní kvalitě materiálu (chemické složení, velikost, kvalita), geografické lokaci, atd.

Fixní náklady nejsou ovlivněny objemem výstupu recyklace, ale pokrývají platy, náklady za prostory atd. Důležitou roli v oblasti fixních nákladů má geografická poloha.

VC se mění s každým rokem a lišily se mezi 900 a 3650 euro na tunu li-ion baterií určených k recyklaci (3400 euro v Nizozemsku, 2500 euro v Dánsku a 2200 euro ve Francii).

Vzhledem k různorodosti technologií li-ion baterií nebude moci recyklační subjekt předpovědět, jaké chemické složení bude tvořit dodávka baterií určená k recyklaci. To přináší určitou nejistotu pro recyklační subjekt.

Ekonomické výhody recyklace

Z tuny li-ion baterie s chemickým složením LiCoO2 po recyklaci je možné získat zhruba 7302 eur. Jedná se o více jak osminásobek spodní hodnoty a dvojnásobek vrchní hodnoty VC. V případě chemického složení baterií LiNiMnCoO2 je možné získat zhruba 3758 eur z tuny recyklovaného materiálu.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Recyklace podle Kazdy z pohledu zdrojů dává pro Evropu smysl. „Některých prvků tu máme nedostatek, nemáme například velké zásoby kobaltu. Díky recyklaci můžeme nedostatkové materiály hned použít do výroby, nemusejí se dovážet,“ myslí si Kazda.

Ekologické výhody recyklace

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 a akumulátory jsou řazeny mezi nebezpečný odpad, který se nesmí skládkovat. Pokud je vyhodíme do komunálního odpadu, hrozí únik škodlivých látek do okolního prostředí, mimo to se baterie dle odhadů rozkládají 200 až 500 let. 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.

Typy baterií a jejich recyklace

Ačkoliv se podle obecně používaného termínu lithiové baterie zdá, že se jedná o jeden typ baterií, ve skutečnosti chemické reakce, které se odehrávají uvnitř každé z nich, se mohou značně lišit. Každý bateriový článek má specifické problémy s recyklací.

Rozdílné složení baterií nicméně komplikuje jejich recyklaci. Recyklátor přesně nezná složení, takže nemůže materiály správně roztřídit. Evropská komise proto chystá nařízení, podle něhož by měla každá baterie v elektromobilu jakýsi rodný list.

Druhy baterií:

• Alkalicko-manganové (AlMn)
• Nikl-kadmiové (NiCd)
• Lithium-iontové (Li-ion)
• Nikl-metal hydridové (NiMH)
• Lithium-polymerové (Li-pol)
• Olověné akumulátory
• Lithiové
• Zinko-uhlíkové (ZnC)

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. Čína již naznačila svůj záměr sledovat materiály baterií.

Tabulka: Materiály získatelné z recyklace Li-ion baterií

tags: #recyklace #lithiove #baterie #proces

Oblíbené příspěvky:

• Pneumatiky a odpad v Liberci
• Omezení světelného znečištění
• Vliv VOC na kvalitu vzduchu
• Jihočeská dechovka Babouci
• O vlivu člověka na životní prostředí