Kolejne życia akumulatora

Jaka jest przyszłość odzyskiwania materiałów z baterii?

Wokół aut elektrycznych narosło sporo mitów i obiegowych opinii. Jedną z częściej pojawiających się jest ta o trudnościach z recyklingiem elementów akumulatorów. „Zaleją nas stare baterie” – piszą niektórzy i dodają, że w baterie z samochodów elektrycznych nadają się rzekomo „do wyrzucenia” już po kilku latach użytkowania pojazdu. Inni używają tego argumentu jako koronnego w dyskusjach o wpływie aut EV na środowisko. „Może i nie emitują spalin, ale potem utylizacja akumulatorów obciąża środowisko bardziej niż tysiąc diesli” – pojawiają się i takie opinie. Jak jest naprawdę? Przyjrzyjmy się sprawie.

Jedno jest pewne – temat recyklingu jest istotny, a najbliższych latach stanie się jeszcze ważniejszy. Liczba samochodów elektrycznych rośnie bardzo szybko. Dziesięć lat temu wozy z bateriami, czyli elektryczne, hybrydowe i hybrydowe plug-in stanowiły 0,5% całego europejskiego rynku. Dziś same „elektryki” to 12,1% rynku. W 2019 r. odpowiadały za 1,9% europejskiej sprzedaży. Wzrost jest więc szybki, a to jeszcze nie koniec. W związku z planowanym zakazem rejestracji nowych aut spalinowych w 2035 roku i wcześniejszym, stopniowym wycofywaniem modeli i wersji napędzanych benzyną lub olejem napędowym przez producentów, jedno jest pewne – flota aut elektrycznych będzie rosła. Szacuje się, że do 2030 roku zapotrzebowanie na akumulatory wzrośnie czternastokrotnie. To oznacza, że kwestia tego, co robić ze zużytymi elementami stanie się jeszcze ważniejsza niż obecnie. Wiedzą o tym zarówno producenci samochodów, jak i akumulatorów.

Ile „żyje” akumulator? Czy akumulatory w samochodach elektrycznych rzeczywiście mają krótką żywotność? Zjawisko zmniejszania się efektywności baterii i – co za tym idzie – skracania się maksymalnego zasięgu auta rzeczywiście istnieje. Jest jednak mocno demonizowane. Mam klienta, znanego zresztą w „teslowym” środowisku, którego samochód ma ponad 580 tys. km przebiegu. Zasięg ciągle jest całkiem normalny. Inny pokonał ponad 400 tys. km. Wciąż jego auto przejedzie 80% tego, co po wyjechaniu z salonu – mówił mi w wywiadzie Bartosz Jeziorański, szef firmy EV Repair Garage zajmującej się naprawami aut elektrycznych.

Producenci oferują gwarancje na akumulatory na 8 lat. Większość ze świeżych, popularnych modeli nie osiągnęła jeszcze tego wieku – ale obserwacja starszych modeli pokazuje, że w wielu przypadkach degradacja akumulatorów nie postępuje wcale tak szybko. Duża część „elektryków” z pewnością będzie oferować zadowalające parametry również po końcu gwarancji, przez 12 lat i więcej.

Prędzej czy później akumulator straci jednak swoje właściwości i nie będzie się już nadawać – cały lub poszczególne jego fragmenty – do napędzania samochodu. Co wtedy dzieje się z takim sprzętem? Nie trafia na śmietnik ani na szrot. Baterii nie można zresztą „potraktować” w taki sposób. Kwestia tego, co należy z nią zrobić, jest dokładnie ujęta w unijnej legislacji.

Odzysk a przepisy. Zasady postępowania z akumulatorami określa dyrektywa 2006/66/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 6 września 2006 r w sprawie baterii i akumulatorów oraz zużytych baterii i akumulatorów oraz uchylająca dyrektywę 91/157/EWG. Określa się w niej m.in. dopuszczalną zawartość rtęci i kadmu w bateriach.

Jeśli chodzi o recykling, zawarto tam zapisy określające wprowadzenie „najlepszych dostępnych technik w zakresie ochrony zdrowia i środowiska, aby zapewnić przetwarzanie i recykling zużytych baterii i akumulatorów”. Wszystkie identyfikowalne baterie i akumulatory muszą zostać obróbce i recyklingowi w ramach programów zgodnych z prawodawstwem wspólnotowym, w szczególności w odniesieniu do zdrowia, bezpieczeństwa i gospodarowania odpadami. Państwa członkowskie mogą jednak, zgodnie z Traktatem, usuwać zebrane baterie lub akumulatory przenośne zawierające kadm, rtęć lub ołów na składowiskach odpadów lub w podziemnych magazynach, gdy nie jest dostępny opłacalny rynek końcowy. Państwa członkowskie mogą również, zgodnie z Traktatem, usuwać zebrane baterie lub akumulatory przenośne zawierające kadm, rtęć lub ołów na składowiskach odpadów lub w podziemnych magazynach w ramach strategii wycofywania metali ciężkich, które na podstawie szczegółowej oceny środowiskowych, ekonomicznych i społecznych, pokazuje, że ta opcja utylizacji powinna być preferowana w stosunku do recyklingu – napisano.

W 2020 roku zaproponowano z kolei rozporządzenie dotyczące baterii i zużytych baterii, uchylające dyrektywę 2006/66/WE i zmieniające rozporządzenie (UE) nr 2019/1020, unowocześniające unijne prawodawstwo w tym zakresie w związku z strategią zrównoważonej i inteligentnej mobilności, której celem jest osiągnięcie do 2050 r. redukcji emisji gazów cieplarnianych związanych z transportem o 90%. Określono tam normy dotyczące wydajności i recyklingu, które muszą spełniać akumulatory.

Najnowsze przepisy, nad którymi obecnie pracują unijni urzędnicy będą m.in. określać, że akumulatory muszą być odbierane od użytkowników bezpłatnie. Co więcej, według nich baterie do samochodów i pojazdów lekkich będą musiały być oznaczone naklejkami określającymi to, jak bardzo proces produkcji ich ogniw jest uciążliwy dla środowiska. Określą także kwestie zawartości materiałów pochodzących z recyklingu dla nowych baterii. Przykładowo, gdy wejdą w życie, nowe baterie będą musiały zawierać przynajmniej 16 proc. kobaltu pochodzącego z odzysku, 85% takiego ołowiu i po 6% recyklingowanego litu i niklu.

Tak czy inaczej, normy dotyczące odzysku materiałów na przestrzeni najbliższych lat będą robić się coraz surowsze. To oznacza, że koncerny tym mocniej muszą inwestować w tę gałąź działalności.

Etapy recyklingu. Gdy bateria nie nadaje się już do samochodu osobowego, czeka ją jeszcze sporo „życia”. Jak mówi mi Andrzej Gemra (na zdjęciu powyżej), Zastępca Dyrektora Renault Terytorium East ds. efektywności i rozwoju nowych projektów, odpowiadający w firmie także za promocję elektromobilności, najpierw bez problemu można ją naprawiać, przedłużając jej „służbę” w samochodzie. Później może działać w magazynach energii. Poszczególne moduły mogą służyć w różnorodnych power bankach. Szczególnie przydają się jako uzupełnienie instalacji fotowoltaicznych lub wiatrowych. Słońce nie zawsze świeci, wiatr nie zawsze wieje – a dzięki dodatkowym akumulatorom cały układ działa bardziej stabilnie.

Renault rozwija w swoich fabrykach we Francji stacjonarne systemy magazynowania energii „Advanced Battery Storage”. W zakładzie w Douai mają pojemność 4,9 MWh, we Flins 15 MWh, a budowane układy będą mieć aż 60 MWh. Kontenery we Flins o pojemności 15 MWh odpowiadają aż trzymiesięcznemu zużyciu energii przez gospodarstwo domowe. Układy z „używanymi” akumulatorami mogą wspomagać także instalacje fotowoltaiczne np. przy ładowarkach samochodowych.

Kolejny etap życia. Gdy również służba baterii w magazynach energii dobiegnie końca, akumulatory czeka kolejny etap „życia”. Celem jest maksymalne odzyskanie surowców, w tym metali ziem rzadkich, które wykorzystano przy budowie akumulatora. Za najtrudniejszy do odzyskania uchodzi lit. Stale rozwijana jest jednak technologia, która sprawia, że cały proces będzie skuteczniejszy. Problemem przy recyklingu i odzysku materiałów jest obecnie konieczność zastosowania dużej ilości energii elektrycznej.

Wyróżnia się trzy rodzaje recyklingu. Pierwszy to pirometalurgiczny. Odzysk cennych metali odbywa się po poddaniu ich wysokotemperaturowej obróbce. Drugi to recykling hydrometalurgiczny, w którym składniki najpierw się wymywa, a potem wychwytuje z powstałego roztworu za pomocą reakcji fizycznych i chemicznych. Z kolei recykling częściowy to taki, w którym materiały odzyskuje się częściowo z zachowaniem fragmentów katody akumulatora i jej regeneracją.

Recykling w praktyce. Jak wskazuje Andrzej Gemra, celem marki Renault, dążącej do neutralności klimatycznej, jest stworzenie zamkniętego łańcucha, w którym elementy starej baterii będą skutecznie odzyskiwane i wykorzystywane do budowy nowych akumulatorów. W zakładzie we francuskim Flins stosuje się metodę ługowania kwasem z zastosowaniem ultradźwięków. Pozwala to na odzyskanie aż 98% litu i 96% kobaltu. Zużyte akumulatory są zbierane, a następnie demontowane i rozładowywane. Następnie materiały aktywne katody są kąpane w n-metylopirolidonie. Kolejnym krokiem jest przesączanie i suszenie materiałów. Potem następuje rozdrabnianie ultradźwiękami, a później ługowanie kwasem. Efektem jest odzysk pierwiastków Co i Li, czyli kobaltu i litu.

Oprócz metali rzadkich w czasie recyklingu odzyskuje się także m.in. aluminium czy stal i pozostałe elementy akumulatora. Firma Renault do 2030 r. planuje, by 80 proc. materiałów użytych do budowy akumulatora pochodziło z recyklingu. Oprócz tego, w zakładzie we Flins prowadzi zaawansowany program naprawy akumulatorów i wydłużania życia samochodów. W zakresie usług zakładu – który jest pierwszą europejską fabryką o obiegu zamkniętym i do 2030 r. ma uzyskać nawet nie zerowy, a ujemny bilans CO2 – jest także przerabianie samochodów spalinowych na elektryczne.

Recykling na świecie i w Polsce. Gdzie znajdują się zakłady, w których odzyskuje się elementy akumulatorów? Renault stworzyło zakład zajmujący się naprawą akumulatorów w Zabrzu, więc wkrótce nie będzie konieczności pozyskiwania akumulatorów (nie tylko z aut elektrycznych, ale także hybrydowych i elektrycznych) z rynku polskiego i wysyłania ich do Francji, całość odbędzie się nad Wisłą. Z kolei spółka Elemental Strategic Metals za ponad 50 milionów euro buduje zakład zajmujący się recyklingiem w Zawierciu w województwie śląskim. Będzie się zajmował odzyskiwaniem tworzyw ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych do aut elektrycznych, a także z baterii z laptopów, telefonów komórkowych i innych urządzeń. Obróbce będą poddawane również katalizatory. W procesie recyklingu w Zawierciu odzyskane zostaną m.in. lit, kobalt, platyna i pallad.

Budowa zakładu w Zawierciu jest niezwykle ważną inwestycją bateryjną w Polsce, która w dodatku jest jedną z pierwszych w całej Europie. Nasz projekt powstaje w oparciu o wszelkie standardy środowiskowe i ma na celu wsparcie odpowiedzialnego zarządzania ograniczonymi zasobami w gospodarce o obiegu zamkniętym poprzez recykling metali z grupy platynowców – powiedział Paweł Jarski, Prezes Elemental Holding cytowany przez portal SwiatOZE.pl.

Innym zakładem z tej dziedziny jest działający w Bukowicach w gminie Krośnice na Dolnym Śląsku, zbudowany przez południowokoreańskiego producenta stali, Posco Holdings. Rocznie jest w stanie przetwarzać nawet siedem tysięcy ton odpadów. Obsługuje największy na świecie zakład produkcji akumulatorów, czyli LG Energy Solution Wrocław.

Pozostali gracze na rynku także inwestują w zakłady, choć niekoniecznie w Polsce. Firma Stena Recycling współpracuje z Volvo i prowadzi recykling na terenie Szwecji.

Zakład Stena Nordic Recycling Center w Halmstad przetwarza rocznie blisko 40,000 samochodów Volvo. Ponad 95% materiałów pochodzących z pojazdów jest demontowanych, poddawanych recyklingowi lub przeznaczanych do ponownego wykorzystania. Jesteśmy dumni ze współpracy ze Stena Recycling na rzecz zrównoważonego rozwoju, dbałości o zasoby i ze wspólnych działań ku cyrkularnej przyszłości – powiedział Stuart Templar z Volvo Cars. Firma planuje wykorzystywać do recyklingu wkrótce 100% elementów pojazdów.

Firma Northvolt również recyklinguje w Szwecji. – Celem Northvolt jest pozyskiwanie 50% surowców do produkcji ogniw bateryjnych z recyklingu do 2030 roku, kiedy to nasze moce produkcyjne będą wynosiły 150 GWh rocznie. Przy takich możliwościach produkcyjnych będziemy w stanie zapewnić dostawy baterii do 2,5 miliona aut rocznie.

Aby zapewnić sobie realizację tak ambitnego celu, potrzebujemy zakładów recyklingu działających na dużą skalę. W związku z tym już kilka lat temu rozpoczęliśmy budowę pierwszych pilotażowych linii recyklingu, a dzisiaj posiadamy działające zakłady, w których prowadzimy odzysk surowców. Pilotażowy zakład recyklingu powstał 100 kilometrów na zachód od Sztokholmu, gdzie w procesie hydrometalurgii odzyskujemy nikiel, mangan i kobalt. Pod koniec 2021 roku wyprodukowaliśmy pierwsze ogniwo na bazie surowców pochodzących z recyklingu, a jego wydajność jest porównywalna z wydajnością ogniw wyprodukowanych ze świeżo wydobytych metali, co wykazały zaawansowane testy elektrochemiczne.

Procesy przetestowane w zakładzie pilotażowym będziemy skalować w zakładzie recyklingu Revolt Ett, który budujemy na północy Szwecji, zaraz obok gigafabryki Northvolt Ett. Jest to zdecydowanie największe tego typu przedsięwzięcie w Europie, które pozwoli na przetwarzanie około 125 000 ton zużytych baterii rocznie. W 2022 roku uruchomiliśmy największy w Europie zakład recyklingu akumulatorów o nazwie Hydrovolt. Znajduje się w Norwegii, gdzie po ulicach jeździ już ponad pół miliona elektryków. W Hydrovolt możemy przetworzyć 12 000 ton baterii rocznie z około 25 tysięcy pojazdów elektrycznych. To wystarczy do recyklingu całej rocznej ilości zużytych akumulatorów w Norwegii. Aktualnie w procesie hydrometalurgii jesteśmy w stanie odzyskać do 95% niklu, manganu i kobaltu oraz do 90% litu do poziomu czystości niezbędnej dla ogniw bateryjnych – powiedziała Anna Sobolewska Communications & Public Affairs Director Northvolt Systems Poland.

Recykling baterii to także biznes. Da się na tym zarobić i to porządne pieniądze – podkreśla Andrzej Gemra z Renault. Technologie dotyczące recyklingu są stale rozwijane. Celem jest osiągnięcie efektywności, która pozwoli na zaoszczędzenie przy pozyskiwaniu surowców – przede wszystkim metali ziem rzadkich – podczas budowy nowych akumulatorów. Prościej będzie je po prostu odzyskać niż pozyskiwać nowe z dalekich krajów spoza Unii Europejskiej. W recyklingu nie chodzi więc tylko o wypełnienie norm określonych przepisami, ale i o zysk – co może być pocieszające, bo skoro coś jednocześnie jest przyjazne dla środowiska i się opłaca, będzie chętnie udoskonalane i stosowane. Już teraz recykling jest bardziej przyjazny dla środowiska i wydajny niż głoszą obiegowe opinie. Najbliższe lata z pewnością upłyną nam pod znakiem szybkiego rozwoju technologii odzysku materiałów, także w Polsce. Powstaną nowe metody odzysku, nowe zakłady i nowe miejsca pracy.

[ materiały: elektromobilni.pl ]