Published at 2020, March 9th
電気自動車用バッテリーの寿命は？ 電気自動車のバッテリーの寿命は？ リチウムイオン電池はライフサイクルが終わるとどうなるのでしょうか？ 廃棄はどのように行われるのでしょうか？
輸送は、人間が大気中に放出する温室効果ガスの総量に対して非常に大きな影響（IPCCによると14％）を及ぼしています。 特に都市部では、大気汚染の割合が増加しており、その悪影響がますます研究・議論されています。 そして、地球の気温を2℃以下に保つために、2050年までに地球規模でネットゼロエミッションを達成することが急務となっています。
電気自動車は、上記の課題に対する非常に重要な解決策です。 電気モビリティは、熱自動車に比べて環境に優しいソリューションであることが判明して以来、その需要は増加の一途をたどっている。
国際エネルギー機関のEV30@30シナリオによると、電気自動車（EV）の販売台数は4300万台、ストック数は2億5000万台を超えるかもしれません。 しかし、いわゆるゼロ・エミッション車の無視されがちな側面、すなわちバッテリーのことを忘れてはなりません。
電気自動車や電気自動車に対する主な批判の1つは、そのバッテリーに関係しています。 このリチウムイオン電池は、スマートフォンのバッテリーを小型化したようなものです。 ただ、電気自動車はスマートフォンのように1つの電池を使うわけではありません。 電気自動車は、携帯電話のように1つの電池を使うのではなく、何千ものリチウムイオンセルの組み合わせで構成されるパックを使用します。
まず最初に、電気自動車用バッテリーのためのレアアースの採掘についてです。 たとえば、一次生産の主な2つのモードを考えてみると、「1トンのリチウムを生産するために、採掘時には250トンの鉱石スポジュメン、または750トンのミネラル豊富なブラインが必要」であるという。 まさにその通りです
実際、同じ資料（Harper et.al. 2019）によると、この方法で生産されたリチウムを処理するための水需要は非常に高く、1トンのリチウムを抽出するために1900トンの水が必要となり、それは蒸発によって消費されるのだそうです。 まだこの問題について、チリの農家はしばしば他の地域から水を輸入する必要があります – チリは集中的に採掘された地域が活発であるため。 環境コストは高いが、リチウムの埋蔵量は、規模から見て脅威にはならない。 しかし、コバルトの埋蔵量は、2050年までに現在のコバルト埋蔵量の約14%を消費する可能性があり、政治的に不安定なコンゴ民主共和国に非常に集中しているため、バッテリー生産に必要なコバルトの埋蔵量となる可能性があります。 そのため、電気自動車の利点の1つが外国からの石油輸入への依存を減らすことであるならば、コバルトの価格変動もまた課題となり得る。
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- 電気自動車のバッテリーの解体はロボットにとって複雑すぎる
- The Last Challenge In Dismantling Electric Vehicles Batteries (電気自動車のバッテリーの解体における最後の挑戦)。
- The Future Of Electric Vehicles And Lithium-Ion Batteries
電気自動車のバッテリーは何年もつのか？
上記の影響は、なぜゼロエミッションのタグがしばしば不当とみなされ、誤解を招く可能性があるのかを説明するのに役立ちます。 なぜなら、電気自動車が道路上で排出ガスを一切出さないとしても、その中のバッテリーはそれなりの影響を受けるからです。 また、化石燃料を主成分とする電力網で駆動する自動車は、走行中に排出ガスを出さないかもしれませんが、それでも、どこか遠くの発電所で排出ガスが発生しています。
ニックネームはさておき、リチウムイオン電池の寿命は15～20年と推定されています。 何十回、何百回と充放電を繰り返し、電池が消耗して走行不能になったらどうするのか。 2017年に販売される100万台の電気自動車から生じる25万トンの廃棄物はどうなるのか–バーミンガム大学の研究者は、そして今、読者も疑問に思っています。
Gaines, アルゴンヌ国立研究所の研究者は、ほとんどの電池は埋立地に送られるか、備蓄されて保管されるか、どちらも非常に批判される解決法だと指摘しています。 前者は周囲の土壌や地下水を汚染する可能性があり、後者はリチウムイオン電池（鉛蓄電池として送られる）が原因で廃棄物保管場所で火災が発生したため、批判されているのです。
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The Desired Lifecycle Of An Electric Car Battery
Birmingham University の研究者は、リチウムイオン電池の製造による純影響は、「使用済みの LIB から、できるだけ近い形で、多くの材料を回収できれば、かなり削減できる」と述べています。 同じ研究の中で、彼らはまた、廃棄物管理階層とさまざまなリサイクル オプションについても述べています。
このモデルによると、まず、電池は、重要な材料の使用をできるだけ少なくする方法で設計されるべきです。 つまり、電気自動車のバッテリーはリサイクルされる前に再利用されるべきであり、そこで材料はできる限り回収され、バッテリーの構造的価値と品質は維持されるべきなのです。
その次の「回収」段階では、一部の電池材料は、乾式製錬の燃料などのプロセスのためのエネルギーとして使用されるべきである。 最後の段階は、価値のないものを処分してもらい、埋立地へ送ることです。 つまり、電気自動車の電池が初期に比べて70〜80％しかエネルギーを蓄えられなくなった場合、その後に続くべきステップはリサイクルではなく、再利用が先なのです。 でも、電池はどこで再利用できるのでしょうか？ また、どのように再利用するのでしょうか？
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Where Can Be Electric Car Batteries Be Re-Used Before Being Recycled?
エネルギー貯蔵用の中古電気自動車用バッテリー市場は成長しており、需要が供給を上回るかもしれません。 しかし、これはゆっくりとした、ある時点までは不確かな成長である。
充電ステーションや定置型エネルギー貯蔵（工場、住宅、病院など）のような別の用途に再利用するためにバッテリーを再利用することは、電気自動車を残していくバッテリーにとって論理的な出口です。
バッテリーを再利用するために送る前に、パック、モジュール、セルは、どれくらいの時間充電を維持できるか、現時点ではどれくらい充電されているかなどの問題で評価する必要があります。 前者は再利用に回す価値があるか（どのような用途に使うか）を判断するために特に重要ですが、エネルギー貯蔵量の評価は、リサイクルプロセスにおける安全性（あるいは経済性）の観点からも重要です。 どちらの場合 (再利用またはリサイクル) でも、その後の道のりはかなり困難です。
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Dismantling Batteries（バッテリーの解体）。 手作業で危険かつ高価なプロセス
バッテリーは、充電特性を評価した後、手作業で解体する必要がありますが、ここが大変なところです。 バッテリーは重量があり、牽引電圧も高いため、専用の絶縁工具が必要で、それを操作する資格のある整備士も（不足しているようですが）必要です。
さらに、人件費の高い国では、採取した材料からの収益が経済的に見合わない可能性を指摘する研究もある。 このようなことから、自動分解技術が解決策の一つとして議論されるようになりました。
自動化は方程式の危険な要素を排除し、その開発とともにそのコストは徐々に減少するだろう。 ロボットはまた、「材料とコンポーネントの機械的分離、分別された材料の純度の向上、下流の分離およびリサイクル工程の効率化」の改善にも役立つだろうと Harper らは述べています。
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電気自動車のバッテリーの解体はロボットにとって複雑すぎる
電気自動車のバッテリーは、ロボットにとって割るのが難しいのです。 これは、自動化とロボット工学が反復作業に基づくものであり、電気電池は設計の多様性などの困難な要件をもたらすからです。
異なるリチウムイオン電気電池設計があり、標準化された自動化プロセスを許可していません。 異なるバッテリー、コンポーネント、および材料を認識し、区別するためのコンピューター ビジョン アルゴリズムが開発され、使用されるようになっています。
さらに、電池の解体とは、たとえば、ネジを外したり、接合方法や固定具を扱ったりすることであり、繊細な電池部品を持つロボットによる強力な作業が必要とされます。 そのため、力と動きを同時に制御するような、複雑な力学や制御の問題が発生します。
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The Last Challenge In Dismantling Electric Vehicles Batteries (電気自動車のバッテリーの解体における最後の挑戦)。
リチウムイオン電池は、たとえ電気自動車のエネルギー貯蔵以外の用途に使われる前であっても、最終的には埋立地ではなく、リサイクルすることが望ましいとされています。 埋め立てによる有害な汚染や、積み上げられた電池の爆発の可能性を回避することができます。 また、回収された鉱物の価値により、重要な経済的利益をもたらし、絶え間ない鉱物の採取を回避し、サプライ・チェーンにかかる圧力を軽減します。
電池がリサイクル施設に到着すると、放電され、それを構成する材料が選別されます。 このようにして、ニッケル、コバルト、マンガン、銅などの材料は、加熱および破砕プロセスによって選別され、強磁性または疎水性などの材料も選別されます。
電池がかなり危険な電荷を持ったままであれば、窒素や二酸化炭素などの不活性ガス中で破砕するか、塩溶液を通して放電させるか、どちらも異なる利点および欠点を持つ化学反応を避けるための方法です。
The Future Of Electric Vehicles And Lithium-Ion Batteries
これまで見てきたように、電池が理想的に処理されるべき方法と、実際に電池に起こることの間には多くの制限があり、ギャップが生まれています。 コバルトやリチウムのような重要な材料の供給を確保するために、それらを埋立地から遠ざけることは引き続き重要ですが、それらを解体することは、手作業で行う危険で高価な仕事のままです。
それでもこれらの課題は、自動解体や異なる電池を異なる流れ（再製造、再利用、リサイクル）に賢く分離することと併せて、より優れた選別技術を開発することで克服することが可能です。 それでも、再利用やリサイクルのために電池の設計を最適化すれば、電池の自動解体も容易になります。
バーミンガムの研究では、使用済み電池を開けて分離できるようにする新しい安定化プロセスの設計や、リサイクル中に部品が汚染されないようにする技術やプロセスの開発という課題も重要であるとしています。 おそらく、電気自動車が普及するにつれ、電気自動車のバッテリーを循環型ループに保ち、埋立地から遠ざけるために固有のこれらの課題およびその他の課題を克服する方法についての研究や実験も行われるようになるでしょう。