How Long Does An Electric Car Battery Last? Mi történik az ártalmatlanításnál és az újrahasznosításnál?

Közzétéve: 2020, március 9

Mi az elektromos autó akkumulátorának élettartama? Meddig tart egy elektromos autó akkumulátora? Mi történik egy lítium-ion akkumulátorral az életciklusa végén? Hogyan történik a megsemmisítése? Vagy újrahasznosítják?

A közlekedésnek nagyon jelentős hatása van (az IPCC szerint 14%) az ember által a légkörbe kibocsátott üvegházhatású gázok teljes mennyiségére. A légszennyezés növekvő arányának negatív hatásait, különösen a városi területeken, egyre inkább tanulmányozzák és megvitatják. És sürgős szükség van arra, hogy globális szinten 2050-re elérjük a nettó nulla kibocsátást, hogy a globális hőmérsékletet 2ºC alatt tartsuk.

A villanyautók nagyon fontos megoldást jelentenek a fenti kihívásokra. Amióta kiderült, hogy az elektromos mobilitás környezetbarátabb és környezetkímélőbb megoldás a hőenergiával működő járművekhez képest, egyre nagyobb a kereslet irántuk.

A Nemzetközi Energiaügynökség EV30@30 forgatókönyve szerint az elektromos járművek (EV-k) értékesítése elérheti a 43 milliót, állományuk száma pedig meghaladhatja a 250 milliót. De ne feledkezzünk meg az úgynevezett nulla károsanyag-kibocsátású járművek gyakran figyelmen kívül hagyott oldaláról: az akkumulátoraikról.

Az elektromos autók akkumulátorainak hatása: Rossz hatással vannak a környezetre?

Az elektromos autókkal és általában az elektromos járművekkel szemben megfogalmazott egyik fő kritika az akkumulátorokkal kapcsolatos. Ezek a lítium-ion akkumulátorok (LIB) nagyon hasonlítanak az okostelefonok akkumulátorának felnagyított változatára. Csakhogy az elektromos járművek s nem egyetlen akkumulátort használnak, mint egy telefon. Ehelyett több ezer egyedi lítium-ion cellából álló csomagot használnak, amelyek együtt dolgoznak. Legyen szó kis- vagy nagyméretű akkumulátorról, ezek az akkumulátorok életciklusuk során jelentős környezeti és társadalmi hatásokkal járnak.

Először is: az elektromos autók akkumulátoraihoz szükséges ritkaföldfém-ásványok kitermelése. Ha például az elsődleges kitermelés két fő módját tekintjük, “egy tonna lítium előállításához 250 tonna ásványi érc, a szpodumen bányászatakor, vagy 750 tonna ásványi anyagban gazdag sóoldat szükséges”. Csak így.”

Sőt, ugyanezen forrás szerint (Harper et. al. 2019) az így előállított lítium feldolgozásának vízigénye igen magas: egy tonna lítium kitermeléséhez 1900 tonna vízre van szükség, amelyet a párolgás fogyaszt el. Még mindig ezen a kérdésen a chilei gazdáknak gyakran kell vizet importálniuk más régiókból – mivel Chilében intenzíven bányászott területek aktívak. Magas környezeti költségei ellenére a lítiumkészletek a méretüket tekintve nem jelentenek veszélyt. A kobaltkészletek azonban veszélyesek lehetnek.

A kobaltkészletek, amelyeknek az akkumulátorgyártás iránti igénye 2050-re a jelenlegi kobaltkészletek mintegy 14%-át felemésztheti, nagymértékben koncentrálódnak a Kongói Demokratikus Köztársaságban – egy gyakran instabil politikai régióban. Ha tehát az elektromos járművek egyik előnye, hogy csökkentik a külföldi olajimporttól való függőséget, akkor a kobalt áringadozása is kihívást jelenthet. Ráadásul a gyermekmunkát alkalmazó kisüzemi bányákkal kapcsolatos etikai kérdések is felmerülhetnek.

• Kapcsolódó:
  • Az elektromos autók tényleg zöldebbek?

How Long Do Electric Car Batteries Last For? Recycled Are Their Recycled?

A fenti hatások segítenek megmagyarázni, hogy a nulla károsanyag-kibocsátás címkét miért tartják gyakran igazságtalannak és miért lehet félrevezető. Mert még ha az elektromos járművek nem is bocsátanak ki semmilyen károsanyagot az utakon, a bennük lévő akkumulátorok is kiveszik a részüket a hatásokból. A főként fosszilis tüzelőanyaggal működő elektromos hálózatról működő autók is lehet, hogy menet közben nem bocsátanak ki károsanyagot, de a kibocsátás akkor is megtörtént valamelyik távoli erőműben.

A lítium-ion akkumulátorok élettartamát 15-20 évre becsülik. Több tíz-száz töltési és kisütési ciklus után, mi történik, ha egy akkumulátor túlságosan elhasználódik a vezetéshez? Mi lesz azzal a 250 000 tonna hulladékkal, amely a 2017-ben eladott 1 millió elektromos járműből keletkezik – tűnődnek a Birminghami Egyetem kutatói, és most az olvasó is.

Gaines, az Argonne Nemzeti Laboratórium kutatója szerint a legtöbb akkumulátort vagy hulladéklerakókba küldik, vagy felhalmozzák és tárolják – mindkettő nagyon kritizálható megoldás. Míg az első szennyezheti a környező talajt és az alvilági vizeket; a másodikat azért kritizálják, mert a lítium-ionos (ólom-savakként elküldött) akkumulátorok miatt már voltak tüzek a hulladéktárolókban. Az elektromos autók akkumulátorai számára azonban új és érdekes kiutakat találnak.

• Kapcsolódó:
  • Hidrogénautók kontra elektromos autók: Which Is More Sustainable?

The Desired Lifecycle Of An Electric Car Battery

A Birminghami Egyetem kutatói szerint a lítium-ion akkumulátorok gyártásának nettó hatása “jelentősen csökkenthető, ha több anyag nyerhető vissza az elhasználódott LIB-ekből, a lehető leghasználhatóbb formában”. Ugyanebben a tanulmányban egy hulladékkezelési hierarchiáról és egy sor újrahasznosítási lehetőségről is beszélnek.

E szerint a modell szerint az akkumulátorokat először úgy kell megtervezni, hogy minél kevesebb kritikus anyagot használjanak fel. Ezután újra kell őket használni, ami azt jelenti, hogy az elektromos járművek akkumulátorait újrahasznosítás előtt másodszor is fel kell használni – ahol az anyagokat a lehető legnagyobb mértékben vissza kell nyerni, és meg kell őrizni az akkumulátor szerkezeti értékét és minőségét.

Az ezt követő “hasznosítási” fázisban az akkumulátorok egyes anyagait energiaként kellene felhasználni olyan folyamatokban, mint például a pirometallurgia üzemanyaga. Az utolsó lépés az értéktelenné vált elemek ártalmatlanítása és hulladéklerakókba juttatása. Ez azt jelenti, hogy amikor egy elektromos jármű akkumulátora a kiindulási szinthez képest csak 70-80%-ban képes energiát tárolni, nem az újrahasznosítás az a lépés, amelynek ezt követően kellene következnie – az újrafelhasználás az első. De hol lehet az akkumulátorokat újrafelhasználni? És hogyan?

• Kapcsolódó:
  • Fenntartható mobilitás: Környezetbarátok-e az elektromos robogók?

Hol lehet újrahasznosítani az elektromos autók akkumulátorait, mielőtt újrahasznosítják?

Mivel az energiatárolásra használt elektromos járművek akkumulátorainak piaca növekszik, a kereslet talán éppen meghaladja a kínálatot. Ez azonban lassú és egy bizonyos pontig bizonytalan növekedés. Ennek okai pedig egyszerre egyszerűek és összetettek.

Az akkumulátorok újrahasznosítása annak érdekében, hogy más célokra, például töltőállomásokra vagy helyhez kötött energiatárolásra (legyen szó gyárakról, lakóépületekről, kórházakról…) használják fel őket, az elektromos járművet hátrahagyó akkumulátorok logikus kijárata. Csakhogy ez nem olyan egyszerű, mint átvinni egy akkumulátort az egyik oldalról a másikra.

Az akkumulátorok újrafelhasználásra történő elküldése előtt a csomagokat, modulokat és cellákat olyan kérdések alapján kell értékelni, mint például, hogy mennyi ideig képesek még megtartani a töltést, és hogy jelenleg mennyire vannak feltöltve. Míg az előbbi különösen fontos annak meghatározásához, hogy érdemes-e egy akkumulátort újrafelhasználásra küldeni (és milyen alkalmazásokhoz), az újrahasznosítási folyamatok során biztonsági (vagy akár gazdasági) megfontolások miatt fontos annak felmérése, hogy mennyi energiát tárolnak. Mindkét esetben (újrafelhasználás vagy újrahasznosítás) az ezt követő út meglehetősen nagy kihívást jelent.

• Kapcsolódó:
  • A világ legzöldebb városai. Mit tanulhatunk tőlük?

Az akkumulátorok szétszerelése: A kézi, veszélyes és drága folyamat

Az akkumulátorral a töltési tulajdonságok felmérése után kézzel kell szétszerelni – és itt kezdődnek a nehézségek. Az akkumulátorok nehéz súlya és nagy vontatási feszültsége miatt speciális szigetelőszerszámokra van szükség, valamint szakképzett szerelőkre (akikből úgy tűnik, hiány van), akik ezeket működtetik.

Mellett egyes tanulmányok rámutatnak arra, hogy a magas munkaerőköltségű országokban a kitermelt anyagokból származó bevétel nem biztos, hogy gazdaságilag megéri. Mindezek miatt az automatizált bontási technikák mint lehetséges megoldás kerülnek a viták középpontjába.

Az automatizálás kiküszöbölné a veszélytényezőt az egyenletből, és fejlődésével idővel a költségek is csökkennének. A robotok segítenének javítani az “anyagok és alkatrészek mechanikai szétválasztását is, növelve a szétválasztott anyagok tisztaságát és hatékonyabbá téve a későbbi szétválasztási és újrahasznosítási folyamatokat – Harper et. al. szerint.

• Kapcsolódó:
  • Fenntarthatósági stratégia: A vállalkozások egyre inkább az elektromos járműveket keresik

Az elektromos járművek akkumulátorainak szétszerelése túl bonyolult a robotok számára

Az elektromos járművek akkumulátorait a robotok számára nehéz feltörni. Ez azért történik, mert az automatizálás és a robotika ismétlődő feladatokon alapul, az elektromos akkumulátorok pedig olyan kihívást jelentő követelményeket hoznak magukkal, mint például a tervezés sokfélesége.

Az elektromos lítium-ionos akkumulátorok különböző kialakításai nem teszik lehetővé a szabványosított automatizálási folyamatot. A különböző akkumulátorok, alkatrészek és anyagok felismerésére és megkülönböztetésére számítógépes látó algoritmusokat fejlesztenek ki használatra. Feladataik (könnyebb) sikeres ellátásához azonban a gyártóknak gépileg olvasható jellemzőket, például QR-kódokat vagy címkéket vagy mást kell nyomtatniuk a kulcsfontosságú akkumulátorelemekre.

Az akkumulátorok szétszerelése emellett például az érzékeny akkumulátor-alkatrészekkel való csavarozást vagy olyan kötési módszerekkel és rögzítésekkel való foglalkozást jelent, amelyek erős munkát igényelnek a robotoktól. Ez bonyolult dinamikai és szabályozási problémákhoz vezet, mint például az egyidejű erő- és mozgásszabályozás. Ez egy összetett, de a jövőben valószínűleg megvalósítható feladat.

• Kapcsolódó:
  • Automatizálás és robotok jönnek – mennyire valószínű, hogy az Ön munkája túléli?

Az elektromos járművek akkumulátorainak szétszerelésének utolsó kihívása: Újrahasznosítás

A lítium-ion akkumulátorok végső sorsa nem a hulladéklerakók, hanem az újrahasznosítás kell, hogy legyen, még ha még azelőtt, hogy az elektromos járművek energiatárolásán kívül más célokra is felhasználnák őket. Ezzel elkerülhető a hulladéklerakók káros szennyezése és a felhalmozott akkumulátorok robbanásának lehetősége. A visszanyert ásványi anyagok értékének köszönhetően fontos gazdasági előnyökkel is járhat, és elkerülhető a folyamatos ásványkincs-kitermelés, ami kisebb nyomást gyakorol az ellátási láncokra.

Amint az akkumulátorok újrahasznosító létesítményekbe kerülnek, kisütik őket, és kiválogatják az őket alkotó anyagokat. Ily módon az olyan anyagokat, mint a nikkel, a kobalt, a mangán vagy a réz, hőkezeléssel és aprítási eljárásokkal válogatják ki, majd más anyagokat, mint a ferromágnesesség vagy a hidrofóbitás.

Ha az akkumulátorok jelentősen veszélyes töltéssel maradnak, az akkumulátorokat vagy inert gázban, például nitrogénben vagy szén-dioxidban aprítják fel, vagy sóoldatokon keresztül ürítik ki őket – mindkettő a kémiai reakciók elkerülésének módja, különböző előnyökkel és hátrányokkal.

Az elektromos járművek és a lítium-ion akkumulátorok jövője

Amint láttuk, számos korlátozás teremt szakadékot aközött, ahogyan az akkumulátorokkal ideális esetben bánni kellene, és ami ténylegesen történik velük. Az olyan kritikus anyagok, mint a kobalt vagy a lítium ellátásának biztosítása érdekében továbbra is kulcsfontosságú, hogy ne kerüljenek a hulladéklerakókba, de szétszerelésük továbbra is veszélyes és költséges kézi munka.

Ezek a kihívások azonban leküzdhetők a jobb válogatási technológiák fejlesztésével, az automatizált szétszereléssel és a különböző akkumulátorok intelligens elkülönítésével a különböző áramlatokba (újragyártás, újrafelhasználás vagy újrafeldolgozás). Mindazonáltal az akkumulátorok újrahasználatra és/vagy újrafeldolgozásra való optimalizálása megkönnyítené az automatizált szétszerelést is.

A birminghami tanulmány fontosnak tartja továbbá az új stabilizációs eljárások megtervezésének kihívását, amelyek lehetővé teszik az elhasználódott akkumulátorok felbontását és szétválasztását, valamint olyan technikák vagy eljárások kifejlesztését, amelyek biztosítják, hogy az alkatrészek ne szennyeződjenek az újrafeldolgozás során. Valószínűleg az elektromos mobilitás növekedésével párhuzamosan nőni fognak a kutatások és kísérletek arra vonatkozóan, hogyan lehet leküzdeni ezeket és más, az elektromos járművek akkumulátorainak a körforgásban és a hulladéklerakóktól való távoltartásában rejlő kihívásokat.