Quanto tempo dura a bateria de um carro elétrico? O que acontece na eliminação e reciclagem?

Publicado em 2020, 9 de março

Qual é a vida útil da bateria de um carro elétrico? A bateria de um carro elétrico dura muito tempo? O que acontece a uma bateria de iões de lítio no final do seu ciclo de vida? Como é feito o seu descarte? Ou é reciclada?

Transporte tem um impacto muito significativo (14% de acordo com o IPCC) sobre a quantidade total de emissões de gases de efeito estufa que os seres humanos libertam para a atmosfera. Os efeitos negativos da crescente taxa de poluição atmosférica, especialmente em áreas urbanas, estão sendo cada vez mais estudados e discutidos. E há uma necessidade urgente de atingir, em escala global, emissões líquidas zero até 2050 para manter a temperatura global abaixo de 2ºC.

Os veículos elétricos são uma solução muito importante para os desafios acima. Desde que a mobilidade eléctrica foi encontrada como uma solução mais ecológica e ecológica em comparação com os veículos térmicos, a sua procura tem vindo a aumentar.

De acordo com o Cenário EV30@30 da Agência Internacional de Energia, as vendas de veículos elétricos (EVs) podem chegar a 43 milhões e um número de estoque superior a 250 milhões. Mas lembremo-nos do lado muitas vezes ignorado dos chamados veículos com emissão zero: as suas baterias.

O Impacto das Baterias de Veículos Eléctricos: São más para o ambiente?

Uma das principais críticas feitas aos carros eléctricos e aos veículos eléctricos em geral tem a ver com as suas baterias. Estas baterias de iões de lítio (LIBs) são muito parecidas com uma versão em escala da bateria de um smartphone. Apenas os veículos eléctricos não utilizam uma única bateria como um telefone. Em vez disso, eles usam um pacote composto de milhares de células individuais de iões de lítio que trabalham em conjunto. Seja em pequena ou grande escala, estas baterias têm impactos ambientais e sociais significativos ao longo do seu ciclo de vida.

Primeiro: a extracção de minerais de terras raras para baterias de automóveis eléctricos. Por exemplo, se considerarmos os dois principais modos de produção primária, “são necessárias 250 toneladas de espodumeno de minério mineral quando extraído, ou 750 toneladas de salmoura rica em minerais para produzir uma tonelada de lítio”. Assim mesmo.

Na verdade, segundo a mesma fonte (Harper et. al. 2019), a demanda de água para processar o lítio produzido desta forma é muito alta: uma tonelada de lítio requer 1.900 toneladas de água para ser extraída, a qual é consumida por evaporação. Ainda sobre esta questão, os agricultores chilenos muitas vezes precisam importar água de outras regiões – já que o Chile tem áreas mineradas intensamente ativas. Apesar de seus altos custos ambientais, as reservas de lítio, do ponto de vista do tamanho, não são uma ameaça. Mas as reservas de cobalto podem ser.

Reservas de cobalto, cuja demanda de produção de baterias pode consumir cerca de 14% das atuais reservas de cobalto até 2050 são altamente concentradas na República Democrática do Congo – uma região política frequentemente instável. Assim, se um dos benefícios dos veículos eléctricos é a redução da dependência das importações de petróleo estrangeiro, as flutuações de preços do cobalto também podem ser um desafio. Além disso, as questões éticas relacionadas às minas artesanais que empregam trabalho infantil também podem ser levantadas.

• Relacionadas:
  • Are Electric Cars Really Greener?

How Long Do Electric Car Batteries Last For? São Recicladas?

Os impactos acima ajudam a explicar porque a etiqueta de emissões zero é muitas vezes considerada injusta e pode ser enganosa. Porque mesmo que os veículos eléctricos não libertem quaisquer emissões na estrada, as baterias dentro deles têm a sua quota-parte de impacto. Além disso, carros movidos por redes elétricas que funcionam principalmente com combustíveis fósseis podem não emitir em movimento, mas as emissões ainda ocorrem em alguma usina distante.

Nicknames à parte, estima-se que as baterias de íons de lítio tenham uma vida útil de 15-20 anos. Dezenas de centenas de ciclos de carga e descarga depois, o que acontece quando uma bateria está demasiado gasta para conduzir? O que acontecerá com as 250.000 toneladas de resíduos que resultarão dos 1 milhão de veículos elétricos vendidos em 2017 – pesquisadores da Universidade de Birmingham, e agora o leitor também, maravilha.

Gaines, pesquisador do Laboratório Nacional de Argonne, sugere que a maioria das baterias seja enviada para aterros sanitários ou armazenada e armazenada – ambas soluções muito criticáveis. Enquanto a primeira pode contaminar o solo circundante e as águas subterrâneas; a segunda é criticada por ter havido incêndios em locais de armazenamento de resíduos devido a baterias de iões de lítio (enviadas como baterias de chumbo-ácido). Entretanto, novas e interessantes saídas para baterias de carros elétricos estão sendo encontradas.

• Related:
  • Hydrogen Cars Vs Electric Cars: O que é mais sustentável?

O ciclo de vida desejado de uma bateria de automóvel eléctrico

Os investigadores da Universidade de Birmingham dizem que o impacto líquido da fabricação de baterias de iões de lítio “pode ser consideravelmente reduzido se mais materiais puderem ser recuperados de LIBs em fim de vida, de forma tão próxima quanto possível da forma utilizável”. No mesmo estudo, eles também falam de uma hierarquia de gestão de resíduos e uma gama de opções de reciclagem.

De acordo com este modelo, as baterias devem primeiro ser concebidas de forma a utilizarem o menor número possível de materiais críticos. Elas devem então ser reutilizadas, o que significa que as baterias de veículos elétricos devem ter uma segunda utilização antes de serem recicladas – onde os materiais devem ser recuperados o máximo possível e o valor estrutural e a qualidade de uma bateria devem ser preservados.

Na fase de “recuperação” que se segue, alguns materiais da bateria devem ser utilizados como energia para processos como o combustível para a pirometalurgia. O último passo é ser descartado do que não tem valor e enviá-lo para aterros. Isto significa que quando a bateria de um veículo eléctrico só é capaz de armazenar energia a 70-80% em relação aos seus níveis iniciais, a reciclagem não é o passo que deve seguir – a reutilização vem em primeiro lugar. Mas onde é que as baterias podem ser reutilizadas? E como?

• Relacionado:
  • Mobilidade Sustentável: As Scooters Eléctricas são Amigas do Ambiente?

Onde Podem as Baterias Eléctricas de Automóveis Ser Reutilizadas Antes de serem Recicladas?

>

Como o mercado de baterias usadas de veículos eléctricos para armazenamento de energia está a crescer, a procura pode simplesmente ultrapassar a oferta. No entanto, este é um crescimento lento e, até certo ponto, incerto. E as razões para isso são simultaneamente simples e complexas.

Repor as baterias de modo a reutilizá-las para um fim diferente, como estações de carregamento ou armazenamento de energia estacionário (seja em fábricas, edifícios residenciais, hospitais…) é a saída lógica para uma saída de bateria que deixa para trás um veículo eléctrico. Só que não é tão simples como levar uma bateria de um lado para o outro.

Antes de enviar as baterias para serem reutilizadas, as embalagens, módulos e células precisam ser avaliados em questões como por quanto tempo ainda podem manter uma carga e como estão carregadas no momento. Embora a primeira seja especialmente importante para determinar se vale a pena enviar uma bateria para ser reutilizada (e para que aplicações), avaliar quanta energia é armazenada é importante para a segurança (ou mesmo para preocupações econômicas) nos processos de reciclagem. Em qualquer um dos casos (redireccionamento ou reciclagem), a estrada que se segue é bastante desafiadora.

• Related:
  • The World’s Greenest Cities. O que podemos aprender com elas?

Desmontando Baterias: Um processo manual, perigoso e dispendioso

O que quer que aconteça ao lado de uma bateria, depois de avaliar as suas propriedades de carga ela precisa de ser desmontada à mão – e aqui é onde as coisas ficam difíceis. Devido ao peso pesado e altas tensões de tração de uma bateria, são necessárias ferramentas de isolamento especializadas, juntamente com mecânicos qualificados (dos quais parece haver uma escassez) para operá-las.

Mais ainda, alguns estudos apontam que em países com altos custos de mão-de-obra, as receitas dos materiais extraídos podem não valer a pena do ponto de vista económico. Por causa de tudo isso, técnicas de desmontagem automatizada tornam-se parte da discussão como uma solução possível.

Automação eliminaria o fator de perigo da equação e como o seu desenvolvimento diminuiria o seu custo ao longo do tempo. Os robôs também ajudariam a melhorar a “separação mecânica de materiais e componentes, aumentando a pureza dos materiais segregados e tornando os processos de separação e reciclagem mais eficientes – de acordo com Harper et. al.

• Relacionado:
  • Estratégia de sustentabilidade: As empresas estão cada vez mais à procura de veículos eléctricos

Desmontar baterias de veículos eléctricos é demasiado complexo para os robôs

>

As baterias eléctricas de veículos são difíceis de rachar para os robôs. Isto acontece porque automação e robótica são baseadas em tarefas repetitivas e baterias elétricas trazem consigo requisitos desafiadores como diversidade de design.

Existem diferentes designs de baterias elétricas de íon-lítio que não permitem um processo de automação padronizado. Algoritmos de visão por computador para reconhecer e diferenciar diferentes baterias, componentes e materiais estão sendo desenvolvidos para uso. No entanto, para que suas tarefas sejam (mais facilmente) cumpridas com sucesso, os fabricantes precisam imprimir características legíveis por máquina, tais como códigos QR ou etiquetas ou outros em elementos chave da bateria.

Além disso, desmontar baterias significa, por exemplo, desatarraxar ou lidar com métodos de colagem e fixações que requerem um trabalho forte por robôs com componentes sensíveis da bateria. Isto leva a dinâmicas complicadas e problemas de controlo como o controlo simultâneo da força e do movimento. É um trabalho complexo, mas provavelmente realizável no futuro.

• Relacionado:
  • Automação e Robots estão chegando – Como é provável que o seu trabalho sobreviva?

O último desafio na desmontagem de baterias de veículos elétricos: Reciclagem

Reciclagem, não aterros sanitários, deve ser o destino final de todas as baterias de iões de lítio, mesmo que antes de serem usadas para outros fins que não o de armazenar a energia dos veículos eléctricos. Evita a poluição nociva em aterros sanitários e a possibilidade de explosões em pilhas empilhadas. Também pode trazer importantes benefícios económicos graças ao valor dos minerais recuperados e evitar extracções minerais constantes – colocando menos pressão nas cadeias de abastecimento.

As baterias chegam às instalações de reciclagem e são descarregadas e os materiais que as compõem são separados. Desta forma, materiais como o níquel, cobalto, manganês ou cobre são separados através de processos de aquecimento e trituração seguidos por outros como ferromagnetismo ou hidrofobicidade.

Se as baterias permanecerem com uma carga significativamente perigosa, as baterias ou são trituradas num gás inerte como nitrogénio ou dióxido de carbono ou podem ser descarregadas através de soluções salinas – ambas são formas de evitar reacções químicas com diferentes prós e contras.

O futuro dos veículos eléctricos e das baterias de iões de lítio

Como vimos, há muitas limitações que criam uma lacuna entre a forma ideal de lidar com as baterias e o que efectivamente lhes acontece. Mantê-las longe dos aterros sanitários continuará a ser crucial para garantir o fornecimento de materiais críticos como o cobalto ou o lítio, mas desmantelá-las continua a ser um trabalho perigoso e caro feito à mão.

Estes desafios podem, no entanto, ser superados à medida que se desenvolvem melhores tecnologias de triagem, juntamente com a desmontagem automatizada e a segregação inteligente de diferentes baterias para diferentes fluxos (remanufatura, reutilização ou reciclagem). No entanto, a optimização do design das baterias para reutilização e/ou reciclagem também facilitaria a sua desmontagem automática.

O estudo de Birmingham também considera importante enfrentar o desafio de conceber novos processos de estabilização que permitam a abertura e separação das baterias em fim de vida e desenvolver técnicas ou processos para garantir que os componentes não sejam contaminados durante a reciclagem. Muito provavelmente, à medida que a mobilidade elétrica cresce, também crescerão as pesquisas e experiências sobre como superar esses e outros desafios inerentes a manter as baterias de veículos elétricos em um loop circular e longe de aterros sanitários.