Šta se dešava s potrošenim baterijama električnih automobila?

Paket baterija koji se, primera radi, nalazi u Tesla Modelu S, veoma je složene konstrukcije, što u velikoj meri otežava stvari kada je reč o njegovoj daljoj sudbini, nakon što odsluži vek u vozilu.

Hiljade cilindričnih ćelija s komponentama koje pristižu s različitih strana sveta, transformišu litijum i elektrone u dovoljnu količinu električne energije, neophodnu da automobil pređe nekoliko stotina kilometara jednim punjenjem. Ovaj proces može da se ponovi veliki broj puta, naravno bez bilo kakve emisije štetnih gasova iz „auspuha“ tokom eksploatacije. Međutim, kada baterija dođe do kraja svog životnog veka, njeni „zeleni“ kredencijali blede. Ukoliko kojim slučajem završe na deponiji, ćelije će ispuštati veoma problematične toksine, uključujući i teške metale. Reciklaža baterija takođe može biti rizičan posao, upozoravaju naučnici. Ukoliko se prodre preduboko u Teslinu ćeliju ili se to učini na pogrešnom mestu, može doći do kratkog spoja, zapaljenja i ispuštanja otrovnih isparenja.

Naravno, to nije jedini potencijalan problem s kojim se suočavaju stručnjaci, pokušavajući da iznađu najbolju soluciju za ovaj rastući problem; kako reciklirati baterije miliona električnih vozila koje će proizvođači isporučiti kupcima u narednih par decenija. Dodatni problem čini to što aktuelne baterije nisu ni dizajnirane s reciklažom na umu.

To nije bio neki poseban problem dok su elektromobili bili malobrojni. Međutim, tehnologija ubrzano napreduje a nekoliko velikih proizvođača automobila je najavilo izbacivanje motora s unutrašnjim sagorevanjem iz ponude u narednih par decenija. Industrijski analitičari predviđaju da će najmanje 145 miliona elektromobila biti na putevima do 2030. Poređenja radi, prošle godine ih je bilo tek 11 miliona. Samim tim, jasno je da imamo ozbiljan problem u najavi.

Vlade mnogih zemalja su formirale programe koji uključuju izvestan stepen reciklaže. Kina je nametnula novu regulativu s ciljem promovisanja ponovne upotrebe komponenti iz automobilskih baterija. Očekuje se da Evropska unija finalizuje svoje početne zahteve ove godine. U SAD, federalne vlasti tek treba da unaprede regulativu vezanu za unapređenje reciklaže, s tim što nekoliko saveznih država, uključujući Kaliforniju, istražuje načine za formiranje sopstvenih pravila.

Ostvarivanje ciljeva neće biti lako. Baterije koje se koriste u različitim automobilima se značajno razlikuju na planu hemije koju poseduju i konstrukcije, što otežava kreiranje efikasnih sistema reciklaže. Ćelije se često povezuju moćnim lepkovima, što njihovo razdvajanje čini veoma teškim. Samim tim, to doprinosi stvaranju svojevrsne ekonomske prepreke. Naime, često je za proizvođače baterija jeftinije da kupe sveže izvađene materijale nego da koriste one reciklirane.

Bolji metodi reciklaže ne samo što bi sprečili zagađenje, već bi vladama brojnih zemalja pomogli u pojačavanju ekonomske efikasnosti i nezavisnosti u smislu resursa, tako što bi dotične države povećavale snabdevanje ključnim materijalima, koje kontroliše tek nekoliko nacija. S jedne strane, odlaganje automobilskih baterija predstavlja problem upravljanja otpadom. S druge, to je mogućnost za proizvodnju održive, sekundarne cirkulacije ključnih materijala.

Da bi započele reciklažu, vlade i industrija ulažu sredstva u čitav niz istraživačkih inicijativa. Američki departman za energiju je upumpao oko 15 miliona dolara u ReCell centar radi koordinacije naučnih studija iz akademske zajednice, industrije i vladinih laboratorija. Ujedinjeno Kraljevstvo je podržalo multiinstitucionalni ReLiB projekat. Kako industrija električnih automobila bude rasla, potreba za napretkom će postati imperativ, tako da je neophodno pokrenuti validne programe reciklaže.

Baterije za električne automobile su konstruisane nalik na lutke „babuške“. Glavno pakovanje obično sadrži nekoliko modula, od kojih je svaki napravljen od brojnih manjih ćelija. Unutar svake ćelije, atomi litijuma se kreću kroz elektrolit između grafitne anode i katodne ploče sastavljene od metalnog oksida. Baterije se obično definišu metalima u katodi, a postoje tri glavne vrste: nikl-kobalt-aluminijum, gvožđe-fosfat i nikl-mangan-kobalt.

Trenutno, u procesu reciklaže se prvenstveno ciljaju metali u katodi, kao što su kobalt i nikl, koji na tržištu dostižu visoke cene. Litijum i grafit su suviše jeftini da bi njihovo recikliranje bilo ekonomski isplativo. Međutim, zbog malih količina, dotični metali su poput igala u plastu sena, teško ih je pronaći i izvaditi.

Vađenje željenih materijala iz potrošenih baterija

Naučnici rade na tome da osiguraju da se baterije koje se danas proizvode i koriste za potrebe električnih automobila, mogu reciklirati 2030. i kasnije, kada će hiljade baterija na svakodnevnom planu „ispuštati dušu“. One se isporučuju u različitim verzijama, ali uglavnom dele navedene komponente.

Da bi izvadila prethodno spomenute „igle u plastu sena“, reciklažna postrojenja se oslanjaju na dve tehnike, poznate kao pirometalurgija i hidrometalurgija. Uobičajenija je pirometalurgija, u okviru koje se najpre mehanički usitnjavaju ćelije, a zatim se sagorevaju, ostavljajući ugljenisanu masu plastike, metala i lepkova. U tom trenutku reciklažeri mogu da koriste nekoliko metoda za vađenje metala, uključujući i dalje sagorevanje. U suštini, ovaj proces se bavi baterijom kao da je reč o rudi. Hidrometalurgija, s druge strane, uključuje stavljanje baterijskog materijala u bazene ispunjene kiselinom, stvarajući na taj način „supu“ koja sadrži metal. Ponekad se ova dva metoda kombinuju.

Svaki ima svoje prednosti i mane. Pirometalurgija, primera radi, ne zahteva od reciklažera da poznaje konstrukciju ili sadržaj baterije, pa čak ni da li je ona u potpunosti ispražnjena, da bi se posao odradio bezbedno. Međutim, ovaj proces zahteva veliku količinu energije. Hidrometalurgija može izvući materijale koji se ne dobijaju tako lako putem sagorevanja, ali može uključiti hemikalije koje predstavljaju rizik po zdravlje. Izvlačenje željenih elemenata iz ove hemijske „supe“ može biti teško, iako istraživači eksperimentišu s jedinjenjima koja pružaju rastvaranje određenih metala u baterijama, dok druge ostavljaju u čvrstom obliku, čineći ih lakšim za ekstrakciju. Primera radi, identifikovan je jedan „kandidat“ u vidu mešavine kiselina i baza pod nazivom „duboki eutektički rastvarač“, koji rastvara sve sem nikla.

Oba procesa proizvode obiman otpad i emisiju gasova s efektom staklene bašte, pokazuju istraživanja. Ovaj poslovni model dakle, može biti klimav: većina operacija zavisi od prodaje recikliranog kobalta da bi se opstalo u poslu. Međutim, proizvođači baterija pokušavaju da naprave otklon od tog relativno skupog metala. Ako se to dogodi, reciklažeri se mogu naći u situaciji u kojoj pokušavaju da prodaju gomilu „prljavštine“.

Ciklusi recikliranja

Pirometalurgijom se sagorevaju potrošene baterije i pretvaraju u šljaku, dok ih hidrometalurgija rastvara u kiselinama. Oba procesa imaju za cilj da izdvoje i izvade katodne materijale. Idealno je direktno recikliranje, kojim se katoda izdvaja netaknuta. Međutim, da bi recikliranje bilo ekonomski održivo, ono mora biti konkurentno s materijalima dobijenim iz ruda.

Dakle, savršeno rešenje bi bilo direktno recikliranje, koje bi smešu u katodi održalo netaknutom. To je naravno privlačno za proizvođače baterija, jer reciklirane katode u tom slučaju ne bi zahtevale tešku obradu, iako će proizvođači možda morati da revitalizuju katode dodavanjem malih količina litijuma.

Tokom direktne reciklaže, radnici bi najpre usisali elektrolit i usitnili ćelije baterija. Zatim bi uklonili vezivni materijal toplotom ili rastvaračima, uz korišćenje tehnike flotacije za odvajanje anodnih i katodnih materijala. U ovom trenutku, katodni materijal podseća na bebi puder.

Za sada, eksperimenti na planu direktnog recikliranja su bili fokusirani isključivo na pojedinačne ćelije, s nekoliko desetina grama katodnog praha. Međutim, istraživači u Američkoj laboratoriji za obnovljivu energiju izgradili su ekonomske modele koji pokazuju da bi tehnika mogla, ukoliko se njen obim poveća u pravim uslovima, biti održiva u budućnosti.

Ipak, da bi realizovali direktno recikliranje, prozvođači baterija, reciklažeri i istraživači moraju da reše mnoštvo problema. Jedan se odnosi na označavanje baterija u prozvodnji, tako da reciklažeri znaju s kakvom ćelijom imaju posla i da li katodni metali imaju bilo kakvu vrednost. S obzirom na tržište baterija koje se ubrzano menja, katode proizvedene danas možda neće moći da pronađu kupca u budućnosti. Može da se desi da zapravo niko neće želeti taj proizvod.

Još jedan izazov predstavlja efikasno lomljenje EV baterija da bi se otvorile. Za Nissanov pravougaoni modul u Leafu može biti potrebno i dva sata da se demontira. Tesline ćelije su s druge strane jedinstvene, ne samo po svom cilindričnom obliku, već i po gotovo neuništivom poliuretanskom cementu koji ih drži na okupu.

Rešenje bi moglo da dođe u vidu konstruisanja robota koji bi mogli ubrzati rastavljanje baterija, ali problemi sa zalepljenim komponentama ostaju na snazi i nakon ulaska u ćeliju. Razlog je taj što se koristi više vrsta lepkova za držanje anoda, katoda i drugih komponenti na jednom mestu. Jedan od rastvarača koje reciklažeri koriste za rastvaranje veziva katode je toliko toksičan, da je Evropska unija uvela restrikcije na njegovo korišćenje, dok je Američka agencija za zaštitnu životne sredine utvrdila prošle godine da predstavlja „nerazuman rizik“ za radnike. Međutim, da bi se baterija rastavila, problem s lepkom mora biti adekvatno rešen, kako bi sve imalo ekonomskog smisla.

Da bi olakšali ovaj proces, istraživači apeluju na proizvođače električnih automobila i baterija  da svoje proizvode dizajniraju i konstruišu s reciklažom na umu. Idealna baterija bi bila poput upakovanog poklona koji se otvara tako što se u isto vreme povuče svaki kraj, otkrivajući na taj način sadržaj. Kao primer ovde možemo navesti „Blade“ bateriju, litijum-gvožđe-fosfatnu jedinicu koju je prošle godine predstavio kineski proizvođač elektromobila, BYD. Ovaj paket ukida komponentu modula, a umesto nje ravne ćelije skladišti direktno unutar kućišta. Ove ćelije se mogu lako ukloniti ručno, bez borbe sa žicama i lepkovima.

„Blade“ baterija se pojavila nakon što je Kina 2018. prebacila odgovornost na proizvođače električnih automobila kada je o reciklaži baterija reč. Ova zemlja sada reciklira više litijum-jonskih baterija nego čitav svet zajedno, koristeći uglavnom piro i hidrometalurške metode.

I druge zemlje, koje usvajaju sličnu politiku, suočavaju se s nekim problemima koji moraju biti prevaziđeni. Prvo pitanje koje se nameće je ko treba da bude odgovoran da do reciklaže uopšte dođe? Da li to treba da bude kupac automobila ili proizvođač koji je proizveo bateriju i pustio je u prodaju?

U Evropskoj uniji, moglo bi da dođe do odgovora na jedno od pitanja u toku ove godine, kada zvaničnici budu na snagu stavili prvo pravilo. Sledeće godine, očekuje se da panel eksperata koji je kreirala savezna država Kalifornija, analizira preporuke koje bi mogle imati veliki uticaj na američku politiku uopšte.

Istraživači u oblasti recikliranja, u međuvremenu, kažu da će efikasna reciklaža baterija zahtevati više od pukog tehnološkog napretka. Visoki troškovi transporta zapaljivih materija preko velikih distanci ili preko državnih granica, mogli bi da obeshrabre napore uložene u recikliranje. Samim tim, pozicioniranje reciklažnih centara na pravim lokacijama bi moglo da izvrši pozitivan uticaj. Međutim, izazov dolazi u vidu sistema integracije i spajanja svih različitih oblasti istraživanja.

Uglavnom, vremena je sve manje, a ono što niko ne želi da se desi je desetogodišnja proizvodnja ćelija koje je nemoguće razdvojiti. Još uvek ništa nije urađeno na tom planu, ali dobro je što su struka i javnost počeli da dižu glas.

Na kraju, živo nas interesuje šta bi na sve ovo rekao šef VW grupe, Herbert Dis, budući da čovek voli „nauku“ i „naučna objašnjenja“, koja kažu da su baterije bolje rešenje od vodoničnih gorivnih ćelija…

Vrele Gume

Pavle Barta