Zużyte akumulatory do aut elektrycznych – co się z nimi dzieje?

Wygląda na to, że od aut elektrycznych nie ma już ucieczki. Podobnie zresztą jak od problemu, jaki sprawiają zużyte akumulatory, wykorzystywane do ich zasilania. Co się z nimi dzieje, gdy już nie są potrzebne?

Samochody elektryczne dają mnóstwo powodów, aby się w nich… wręcz zakochać. Urzekają ciszą, brakiem wibracji, natychmiastową reakcją na wciśnięcie pedału gaz oraz sposobem, w jaki nabierają prędkości. Ale z drugiej strony, wymagają delikatnego traktowania w czasie jazdy – inaczej ich zasięg szybko spada.

Mimo że nadal nie są doskonałe, w ciągu ostatnich kilkunastu lat auta na prąd przebyły ogromną drogę. Dotyczy to w szczególności ich akumulatorów, które oferują coraz wyższą gęstość energetyczną, są coraz trwalsze i zapewniają coraz większy zasięg (TUTAJ znajdziesz ranking aut elektrycznych z największym zasięgiem).

85 mln elektryków do 2030 r.

Ale akumulator każdego samochodu ma ograniczoną żywotność. Tak naprawdę zaczyna się ona pogarszać już po pierwszym naładowaniu. Cykle rozładowywania i ponownego „nabijania” powodują, że bateria trakcyjna traci energię i moc. Im więcej przechodzi ona takich cykli, tym szybciej ulega degradacji.

Gdy akumulatory osiągną 70 lub 80% swojej pierwotnej pojemności, co ma miejsce po około 5-8 latach użytkowania lub po pokonaniu dystansu około 150 000 km, należy je wymienić. Obecnie po samej Europie jeździ już 2,9 mln aut elektrycznych (dane na koniec 2021 roku), natomiast do 2030 roku po światowych drogach ma poruszać się aż 85 mln takich pojazdów – jak przewiduje Science Direct.

Do wyprodukowania najpopularniejszego obecnie typu akumulatora, a więc litowo-jonowego, potrzeba kilkaset kilogramów metali, w tym m.in. litu, kobaltu czy niklu. Według Volvo, przy wytwarzaniu aut elektrycznych emituje się o 70 procent więcej dwutlenku węgla niż w procesie powstawania porównywalnego samochodu benzynowego (dane dla XC40 w dwóch wariantach).

Eksperci szacują, że do 2030 roku trzeba będzie się uporać z… 12 milionami ton zużytych akumulatorów. Problem, przed którym stoi świat polega na tym, że obecnie nie ma zbyt wielu zakładów, w których poddaje się je recyklingowi. Oczywiście, ich liczba ma drastycznie wzrosnąć, jednak przetwarzanie baterii samochodowych to żmudny, skomplikowany i niebezpieczny proces (TUTAJ przeczytasz, jak przedłużyć żywotność akumulatora w autach elektrycznych).

Problematyczny recykling

Chociaż litowe baterie samochodowe można poddać recyklingowi, jest to proces kosztowny i energochłonny. Jedną z istotnych przeszkód stanowi modułowa budowa ogniw. Są one zespawane i sklejone ze sobą tak solidnie, że ich demontaż wymaga dużego nakładu siły ludzkiej lub maszynowej, a przy okazji emitowane są gazy cieplarniane. Firmy zajmujące się recyklingiem baterii stosują zazwyczaj dwie techniki: pirometalurgię i hydrometalurgię.

W pierwszej, preferowanej metodzie bateria jest rozdrabniana, a następnie w procesie spalania wydobywa się z niej metal. W przypadku hydrometalurgii jest ona z kolei zanurzana w kwasie w celu oddzielenia metalu. W obu tych procesach istnieje ryzyko emisji toksycznych oparów lub wybuchu.

Zużyte akumulatory – kolejne problemy

Są też kolejne problemy. W przeciwieństwie do innych akumulatorów, te do pojazdów elektrycznych ważą przeciętnie około 450 kg. A to oznacza, że znalezienie odpowiedniego transportu dla nich oraz miejsca do przechowywania może stać się logistycznym koszmarem.

Co więcej, akumulatory trakcyjne stosowane w samochodach stanowią zagrożenie pożarowe, jeśli są przechowywane razem, obok siebie. Z raportu samej Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska wynika, że w latach 2013-2020 w 64 zakładach utylizacji odpadów komunalnych wybuchło ponad 240 pożarów akumulatorów litowo-jonowych.

Choć przetwarzanie baterii jest już skutecznym procesem, w wyniku którego odzyskuje się większość metali, nie wszystkie z nich daje się poddać recyklingowi. Według Transport & Enviroment – kampanii na rzecz czystego transportu w Europie – po akumulatorach pozostaje około 30 kg odpadów wielkości przeciętnej piłki do „nogi”. Wśród nieodzyskanych elementów mamy około 1,8 kg litu, 0,4 kg kobaltu oraz 1,4 kg niklu (TUTAJ dowiesz się jak działa samochód elektryczny).

A to jeszcze nie wszystko. Jeśli zużyte akumulatory trafią na wysypiska śmieci, ich szkodliwe elementy, takie jak ołów i nikiel, mogą skazić glebę, a także wody gruntowe.

Zużyte akumulatory – drugie życie

Poza recyklingiem, zużyte akumulatory pojazdów elektrycznych można wykorzystać jako odnawialne źródło energii dla domów i firm. Jak podaje Innovative News Network, nawet jeśli ich pojemność jest ograniczona, nic nie stoi na przeszkodzie, aby użyć ich do magazynowania energii wiatrowej i słonecznej. A to może wydłużyć cykl życia takich akumulatorów o kolejne 7 do 10 lat.

Dobrym tego przykładem jest inicjatywa Toyoty, mająca na celu zrównoważone zasilanie Parku Yellowstone. Japoński koncern zaopatrzył park w panele słoneczne zasilane za pomocą akumulatorów, które niegdyś znajdowały się w hybrydowych Camry, zastępując nimi spalinowe generatory.

Toyota nie była jedyna. Pewna hiszpańska firma przeprowadziła eksperyment, w którym z wielkim powodzeniem przekształciła zużyte akumulatory litowo-jonowe, pochodzące z samochodów, w baterie drugiej przydatności. Trafiły one do jednej z elektrowni, służąc jako źródło zasilania w przypadku czasowej przerwy w dostawie prądu.

Zużyte akumulatory – zadanie dla producentów

Niewykluczone, że w najbliższych latach proces recyklingu akumulatorów zostanie przerzucony na ich producentów. Tak też stało się w Chinach, gdzie obecnie wytwarza się najwięcej ogniw do samochodów.

Tamtejszy rząd podjął działania mające na celu przeniesienie odpowiedzialności za utylizację baterii z powrotem na producentów. Jakie? Za pomocą wyraźnych bodźców finansowych i regulacyjnych, zachęca do pozyskiwania materiałów z recyklingu, zamiast wydobywania nowych.

Ponadto działania te zmusiły producentów do znalezienia sposobów projektowania akumulatorów w taki sposób, aby proces recyklingu był bardziej efektywny. Jedna z chińskich firm (BYD) rozpoczęła prace nad nowym rodzajem akumulatora (typu „blade”). W jego przypadku odchodzi się od modułowej budowy, tworząc baterię wolną od klejów i spoiw, co w przyszłości ma ułatwić jej demontaż. W tym przypadku ogniwo można po prostu wyjąć ręcznie, co oszczędza energię i czas (TUTAJ dowiesz się jak jeździć autem elektrycznym, aby oszczędzać energię w akumulatorze).

Z kolei rząd USA podjął inicjatywę ReCell, na którą przeznaczył kwotę 15 mln dolarów. W jej skład wchodzą przedstawiciele przemysłu i naukowcy, a celem jest opracowanie nowych metod recyklingu akumulatorów.

W Wielkiej Brytanii działa podobna, również wspierana przez państwo, inicjatywa o nazwie ReLib. Tak samo jak amerykańska, skupia się ona na sposobach ochrony katody w procesie recyklingu. Wynika to z faktu, że prawdziwa wartość baterii jest zgromadzona w surowcach i w wiedzy specjalistycznej, z których składa się katoda. Odsprzedaż tego elementu w nienaruszonym stanie jest znacznie bardziej opłacalne niż rozkładanie wszystkiego na części składowe.

Jednak nawet jeśli uda się wyodrębnić katodę bez rozdrabniania całej baterii, nadal istnieją przeszkody w rozpowszechnieniu tej techniki. Jedną z nich jest po prostu koszt transportu zużytego akumulatora do zakładów recyklingu, a drugą fakt, że do zakładów recyklingu mogą trafiać katody o bardzo różnym składzie, z których niektóre mogą być zbyt trudne do oddzielenia. Ważne jest, aby organy regulacyjne zmusiły producentów do umieszczania szczegółowych informacji o zawartości katody na zewnętrznej stronie baterii.

Szansa na zwiększenie opłacalności

Mimo że mamy już możliwość korzystania z materiałów pochodzących z recyklingu ogniw, bardzo trudno jest przewidzieć, jak przydatne będą obecne zapasy zużytych akumulatorów litowo-jonowych, gdy ich żywotność dobiegnie końca. Za 15 lat, a więc w momencie, w którym dzisiejsze elektryki będą zjeżdżać z dróg na złom, materiały potrzebne do produkcji nowych katod mogą się bardzo różnić od tego, z czym mamy do czynienia dzisiaj.

Jednak pomimo tych przeszkód, zamiast postrzegać masowy wzrost liczby pojazdów elektrycznych jako problem, naukowcy widzą w nim szansę. Otóż zwiększenie skali sprawi, że recykling zacznie być bardziej opłacalny.