Cât durează o baterie de mașină electrică? Ce se întâmplă la eliminare și reciclare?

Publicat la 2020, 9 martie

Care este durata de viață a unei baterii de mașină electrică? Cât timp durează o baterie de mașină electrică? Ce se întâmplă cu o baterie litiu-ion la finalul ciclului său de viață? Cum se face eliminarea acesteia? Sau este reciclată?

Transportul are un impact foarte semnificativ (14%, conform IPCC) asupra cantității totale de emisii de gaze cu efect de seră pe care oamenii le eliberează în atmosferă. Efectele negative ale ratei în creștere a poluării aerului, în special în zonele urbane, sunt din ce în ce mai mult studiate și discutate. Și există o nevoie urgentă de a ajunge, la scară globală, la emisii nete zero până în 2050 pentru a menține temperatura globală sub 2ºC.

Vehiculele electrice sunt o soluție foarte importantă pentru provocările de mai sus. De când s-a constatat că mobilitatea electrică este o soluție mai ecologică și mai ecologică în comparație cu vehiculele termice, cererea acestora a crescut.

Potrivit Scenariului EV30@30 al Agenției Internaționale pentru Energie, vânzările de vehicule electrice (VE) ar putea ajunge la 43 de milioane și un număr de stocuri mai mare de 250 de milioane. Să ne amintim însă de latura adesea ignorată a așa-numitelor vehicule cu emisii zero: bateriile acestora.

The Impact Of Electric Car Batteries: Sunt ele rele pentru mediu?

Una dintre principalele critici aduse mașinilor electrice și vehiculelor electrice în general are legătură cu bateriile acestora. Aceste baterii litiu-ion (LIB) seamănă foarte mult cu o versiune la scară mai mare a bateriei unui smartphone. Numai că vehiculele electrice s nu folosesc o singură baterie ca un telefon. În schimb, acestea utilizează un pachet format din mii de celule litiu-ion individuale care lucrează împreună. Fie că este la scară mică sau mare, aceste baterii au un impact semnificativ asupra mediului și social de-a lungul ciclului lor de viață.

Primul lucru: extragerea mineralelor de pământuri rare pentru bateriile mașinilor electrice. De exemplu, dacă luăm în considerare cele două moduri principale de producție primară, „este nevoie de 250 de tone de minereu mineral spodumen atunci când este exploatat, sau de 750 de tone de saramură bogată în minerale pentru a produce o tonă de litiu”. Chiar așa.

De fapt, conform aceleiași surse (Harper et. al. 2019), cererea de apă pentru a procesa litiul produs în acest mod este foarte mare: o tonă de litiu necesită 1.900 de tone de apă pentru a fi extrasă, care este consumată prin evaporare. Tot cu privire la acest aspect, fermierii chilieni trebuie adesea să importe apă din alte regiuni – deoarece Chile are la activ zone minate intensiv. În ciuda costurilor sale de mediu ridicate, rezervele de litiu, din punct de vedere al dimensiunii, nu reprezintă o amenințare. Dar rezervele de cobalt pot fi.

Rezervele de cobalt, a căror cerere pentru producția de baterii ar putea consuma aproximativ 14% din rezervele actuale de cobalt până în 2050, sunt foarte concentrate la nivelul Republicii Democratice Congo – o regiune politică adesea instabilă. Așadar, dacă unul dintre avantajele vehiculelor electrice este acela că reduc dependența de importurile de petrol din străinătate, fluctuațiile de preț ale cobaltului pot reprezenta, de asemenea, o provocare. Mai mult decât atât, pot fi ridicate și întrebări etice legate de minele artizanale care folosesc munca copiilor.

• Legate de:
  • Sunt mașinile electrice cu adevărat mai ecologice?

Cât timp durează bateriile mașinilor electrice? Sunt ele reciclate?

impactele de mai sus ajută la explicarea motivelor pentru care eticheta „zero emisii” este adesea considerată nedreaptă și poate fi înșelătoare. Pentru că, chiar dacă vehiculele electrice nu eliberează nicio emisie pe șosea, bateriile din interiorul lor au partea lor de impact. De asemenea, mașinile alimentate de rețele electrice care funcționează în mare parte pe bază de combustibili fosili ar putea să nu emită pe drum, dar emisiile au avut totuși loc într-o centrală electrică îndepărtată.

Lăsând la o parte pomenile, se estimează că bateriile litiu-ion au o durată de viață de 15-20 de ani. După zeci de sute de cicluri de încărcare și descărcare, ce se întâmplă atunci când o baterie este prea uzată pentru a mai conduce? Ce se va întâmpla cu cele 250.000 de tone de deșeuri care vor rezulta din cele 1 milion de vehicule electrice vândute în 2017 – se întreabă cercetătorii de la Universitatea din Birmingham, iar acum și cititorul.

Gaines, cercetător la Argonne National Laboratory, sugerează că majoritatea bateriilor sunt fie trimise la gropile de gunoi, fie stocate și depozitate – ambele soluții foarte criticabile. În timp ce prima poate contamina solul din jur și apele subterane; cea de-a doua este criticată deoarece au existat incendii la locurile de depozitare a deșeurilor din cauza bateriilor litiu-ion (trimise ca baterii plumb-acid). Cu toate acestea, se găsesc noi și interesante ieșiri pentru bateriile mașinilor electrice.

• Related:
  • Mașini cu hidrogen vs. mașini electrice: Care este mai sustenabilă?

Ciclul de viață dorit al unei baterii de mașină electrică

Cercetătorii de la Universitatea din Birmingham spun că impactul net al fabricării bateriilor litiu-ion „poate fi redus considerabil dacă mai multe materiale pot fi recuperate de la bateriile LIB la sfârșitul ciclului de viață, într-o formă cât mai apropiată de cea utilizabilă”. În același studiu, ei vorbesc, de asemenea, de o ierarhie de gestionare a deșeurilor și de o serie de opțiuni de reciclare.

Potrivit acestui model, bateriile ar trebui mai întâi să fie proiectate astfel încât să folosească cât mai puține materiale critice. Acestea ar trebui apoi să fie reutilizate, ceea ce înseamnă că bateriile pentru vehicule electrice ar trebui să aibă o a doua utilizare înainte de a fi reciclate – unde materialele ar trebui să fie recuperate cât mai mult posibil, iar valoarea structurală și calitatea unei baterii ar trebui să fie păstrate.

În faza de „recuperare” care urmează, unele materiale din baterii ar trebui să fie folosite ca energie pentru procese cum ar fi combustibilul pentru pirometalurgie. Ultima etapă constă în eliminarea a ceea ce nu are valoare și trimiterea la depozitele de deșeuri. Acest lucru înseamnă că, atunci când bateria unui vehicul electric este capabilă să stocheze energie doar în proporție de 70-80% față de nivelurile sale inițiale, reciclarea nu este etapa care ar trebui să urmeze – reutilizarea este pe primul loc. Dar unde pot fi reutilizate bateriile? Și cum?

• Legate de:
  • Mobilitate sustenabilă: Sunt scuterele electrice ecologice?

Unde pot fi refolosite bateriile mașinilor electrice înainte de a fi reciclate?

Pe măsură ce piața bateriilor de vehicule electrice uzate pentru stocarea energiei este în creștere, cererea ar putea depăși oferta. Cu toate acestea, aceasta este o creștere lentă și, până la un anumit punct, incertă. Iar motivele pentru aceasta sunt în același timp simple și complexe.

Reutilizarea bateriilor pentru a le refolosi pentru un alt scop, cum ar fi stațiile de încărcare sau stocarea staționară a energiei (fie că este vorba de fabrici, clădiri rezidențiale, spitale…) este ieșirea logică pentru o baterie care lasă în urmă un vehicul electric. Numai că nu este la fel de simplu ca și cum ai duce o baterie dintr-o parte în alta.

Înainte de a trimite bateriile pentru a fi reutilizate, pachetele, modulele și celulele trebuie să fie evaluate cu privire la aspecte cum ar fi durata de timp în care mai pot menține o încărcătură și cât de încărcate sunt în acest moment. În timp ce primul aspect este deosebit de important pentru a determina dacă merită să trimiți o baterie pentru a fi reutilizată (și pentru ce aplicații), evaluarea cantității de energie stocată contează din motive de siguranță (sau chiar economice) în procesele de reciclare. În ambele cazuri (refolosire sau reciclare), drumul care urmează este destul de provocator.

• Related:
  • Cele mai ecologice orașe din lume. Ce putem învăța de la ele?

Dezmembrarea bateriilor: Un proces manual, periculos și costisitor

Ce se întâmplă în continuare cu o baterie, după evaluarea proprietăților sale de încărcare, aceasta trebuie demontată manual – și aici lucrurile devin dificile. Din cauza greutății mari a unei baterii și a tensiunilor mari de tracțiune, sunt necesare unelte specializate de izolare, împreună cu mecanici calificați (de care se pare că există o lipsă) pentru a le opera.

În plus, unele studii indică faptul că, în țările cu costuri ridicate ale forței de muncă, este posibil ca veniturile din materialele extrase să nu merite din punct de vedere economic. Din cauza tuturor acestor aspecte, tehnicile de dezasamblare automatizată devin parte a discuției ca o posibilă soluție.

Automatizarea ar elimina factorul de pericol din ecuație și, pe măsură ce se dezvoltă, ar scădea în timp costul acesteia. Roboții ar contribui, de asemenea, la îmbunătățirea „separării mecanice a materialelor și componentelor, sporind puritatea materialelor segregate și eficientizând procesele de separare și reciclare din aval – potrivit lui Harper et al….

• Related:
  • Strategia de sustenabilitate: Companiile caută din ce în ce mai mult vehicule electrice

Dezmembrarea bateriilor vehiculelor electrice este prea complexă pentru roboți

Baterii vehiculelor electrice sunt greu de spart pentru roboți. Acest lucru se întâmplă deoarece automatizarea și robotica se bazează pe sarcini repetitive, iar bateriile electrice aduc cu ele cerințe dificile, cum ar fi diversitatea designului.

Există diferite modele de baterii electrice litiu-ion care nu permit un proces de automatizare standardizat. Sunt în curs de dezvoltare algoritmi de viziune computerizată pentru recunoașterea și diferențierea diferitelor baterii, componente și materiale în vederea utilizării. Cu toate acestea, pentru ca sarcinile lor să fie îndeplinite (mai ușor) cu succes, producătorii trebuie să imprime caracteristici care pot fi citite de mașini, cum ar fi coduri QR sau etichete sau altele pe elementele cheie ale bateriei.

În plus, demontarea bateriilor înseamnă, de exemplu, deșurubarea sau abordarea metodelor de lipire și a dispozitivelor de fixare care necesită o muncă puternică a roboților cu componente sensibile ale bateriei. Acest lucru duce la probleme complicate de dinamică și control, cum ar fi controlul simultan al forței și al mișcării. Este o treabă complexă, dar probabil realizabilă în viitor.

• Legate de:
  • Automatizarea și roboții se apropie – Cât de probabil este ca slujba ta să supraviețuiască?

Ultima provocare în demontarea bateriilor vehiculelor electrice: Reciclarea

Reciclarea, nu gropile de gunoi, ar trebui să fie soarta finală a tuturor bateriilor litiu-ion, chiar dacă înainte ca acestea să ajungă să fie folosite în alte scopuri decât stocarea energiei vehiculelor electrice. Astfel se evită poluarea nocivă din depozitele de deșeuri și posibilitatea unor explozii în bateriile îngrămădite. De asemenea, poate aduce beneficii economice importante datorită valorii mineralelor recuperate și poate evita extracțiile constante de minerale – punând mai puțină presiune pe lanțurile de aprovizionare.

După ce bateriile ajung la instalațiile de reciclare, ele ajung să fie descărcate și materialele care le compun sortate. Astfel, materiale precum nichelul, cobaltul, manganul sau cuprul sunt sortate prin procese de încălzire și mărunțire, urmate de altele precum feromagnetismul sau hidrofobicitatea.

Dacă bateriile rămân cu o încărcătură semnificativ periculoasă, bateriile fie sunt mărunțite într-un gaz inert, cum ar fi azotul sau dioxidul de carbon, fie pot fi descărcate prin soluții de sare – ambele sunt modalități de evitare a reacțiilor chimice cu avantaje și dezavantaje diferite.

Viitorul vehiculelor electrice și al bateriilor litiu-ion

Cum am văzut, există multe limitări care creează un decalaj între modul în care ar trebui tratate în mod ideal bateriile și ceea ce se întâmplă efectiv cu ele. Ținerea lor departe de depozitele de deșeuri va rămâne crucială pentru a asigura aprovizionarea cu materiale critice, cum ar fi cobaltul sau litiul, dar dezmembrarea lor rămâne o muncă periculoasă și costisitoare, efectuată manual.

Aceste provocări pot fi totuși depășite pe măsură ce se dezvoltă tehnologii de sortare mai bune, împreună cu dezasamblarea automatizată și segregarea inteligentă a diferitelor baterii către fluxuri diferite (recondiționare, reutilizare sau reciclare). Cu toate acestea, optimizarea modelelor de baterii pentru reutilizare și/sau reciclare ar facilita, de asemenea, dezasamblarea automată a bateriilor.

Studiul de la Birmingham consideră, de asemenea, că este important să se abordeze provocarea de a proiecta noi procese de stabilizare care să permită deschiderea și separarea bateriilor aflate la sfârșitul ciclului de viață și de a dezvolta tehnici sau procese pentru a se asigura că componentele nu sunt contaminate în timpul reciclării. Cel mai probabil, pe măsură ce mobilitatea electrică crește, la fel vor crește și cercetările și experimentele privind modalitățile de depășire a acestor provocări și a altor provocări inerente menținerii bateriilor vehiculelor electrice într-o buclă circulară și departe de depozitele de deșeuri.