Elektroauto bateriju utilizācija

Lai gan elektroauto bateriju pārstrāde ir savos pirmsākumos, nav pamata domāt, ka tās tiks noglabātas poligonos. To sastāvdaļas ir pārāk vērtīgas, lai šāds scenārijs piepildītos.

Parasti viens no pirmajiem iebildumiem, ko piemin EV noliedzēji – baterijas nevar vai netiks pārstrādātas, un tās satur bīstamus materiālus, kuri nonāks poligonos. Patiesībā šāds ļaundabīgs scenārijs nav ticams – lielākā daļa litija jonu akumulatoru sastāvdaļu ir vērtīgas. Tehniski un ekonomiski ir iespējams tās pārstrādāt. Vairāki automobiļu ražotāji, pētniecības institūti kā arī citi nozares dalībnieki visā pasaulē izstrādā sistēmas, lai litija baterijas pārstrādātu.

Tomēr ir taisnīgi teikt, ka akumulatoru pārstrāde ir savos pirmsākumos, un ka ir daudz darāmā, lai izveidotu pārstrādes režīmu, kas spēs tikt galā ar apjomu, tiklīdz tiks elektrificēts ievērojams skaitu transportlīdzekļu.

Ķīmijas inženieris Ajajs Kočhars un mašīnbūves inženieris un diplomēts finanšu analītiķis Tims Džonsons 2016. gadā nodibināja Li-Cycle (izrunā LIE cikls) – ilgtspējīgu akumulatoru pārstrādes ekosistēmu.

Stāsts ir par kritisko materiālu pārstrādi – litija, niķeļa un kobalta pārstrādi, lai tie no jauna atgrieztos baterijās. Kas patiesībā notiek ar visām šīm baterijām dzīves beigās? Vai tiešām ir kaut kāda veida šo materiālu atgūšana, lai tie atgrieztos akumulatoros?  

Viņi secināja, ka šobrīd faktiski dažiem materiāliem, piemēram, litijam, patiešām nenotiek pārstrāde, lai šo materiālu atkal pārstrādātu litija jonu akumulatoros, parasti tā ir atkritumu pieeja. Ir šie vispārējie pārstrādātāji, kas nodarbojas ar baterijām. Viņi bieži tās termiski apstrādā – akumulatoros sadedzina plastmasu un elektrolītu, un pārstrādātāji nav vērsti uz materiālu atgūšanu. Galvenokārt kobaltu, niķeli un varu var iegūt, izmantojot šo metodi. Litijs tiek sadedzināts vai arī tas nonāk atkritumu frakcijā. Citi komponenti, piemēram, plastmasa, elektrolīti, grafīts, parasti tiek sadedzināti.

Kā notiek ilgtspējīga pārstrāde?

Termiskā procesa vietā tiek veikts mehānisks un ķīmisks process. Tiek apstrādāti visu veidu litija jonu akumulatori, sākot no klēpjdatoru un mobilo tālruņu akumulatoriem līdz pat EV baterijām.

Pirmajā posmā tiek samazināti akumulatoru izmēri. Tas ir sasmalcināšanas process, kas, iespējams, neizklausās tik iespaidīgi, bet patiesībā ir saistīts ar drošību – tas jāveic, neradot ugunsgrēka vai termisku notikumu risku.

Otrajā posmā tiek izmantoti fiziski atdalītie materiāli un tiek pārstrādāts šis starpprodukts, lai iegūtu akumulatorā izmantojamas galīgās ķīmiskās vielas – litiju, niķeli, kobaltu -, kas ir piemērotas, lai atkal atgrieztos katodos. Kopumā tā ir 95% reģenerācija, un izgatavotie materiāli ir līdzvērtīgi, ja ne labāki, iegūtajiem un rafinētajiem materiāliem, un cenas ziņā tie ir ļoti konkurētspējīgi ar neapstrādātiem materiāliem.

Šis process ļoti atšķiras no līdz šim nozarē notiekošā, kur materiāli faktiski neatgriežas litija jonu akumulatoru piegādes ķēdē, bet parasti tiek izmantoti kā zemākas kvalitātes materiāli. Tātad pieeja ir pilnīgi atšķirīga.

Process ir analogs svina-skābes akumulatoru pārstrādes procesam, kurā materiāli tiek atkārtoti izmantoti. Acīmredzot litija jons ir nedaudz sarežģītāks par svinu, kurš ir diezgan viendabīgs.

Intervija

Zemāk intervijas ar Ajaju Kočharu tulkojums, ko publicējuši Charged EVs.

Charged EVs: Jūs teicāt, ka pirmais solis ir droši sasmalcināt akumulatorus. Vai jūs varētu man pastāstīt mazliet par to, kā jūs to droši darāt? Vai jūs tos pilnībā izlādējat?

Ajajs Kočhars: Tas ir Hub-and-Spoke modelis, līdzīgi ritenim. Spieķi ir decentralizētas satelītu vietnes, kas sasmalcina, un centrmezgls ir rafinēšana, ķīmiskais process.

Liela problēma šajā nozarē ir bijusi loģistika. Ja es esmu autobūves uzņēmums un man ir akumulators, no kura man jātiek vaļā, ja man ir jāmaksā kādam, kas rūpējas par akumulatoru, tas ir liels jautājums. Tā kā par šo smago bateriju nosūtīšanu jebkurā attālumā jums ir jāmaksā diezgan daudz. Tātad, risinājums tam ir mūsu Spokes. Mēs tuvojamies avotam. Modulāri, pielāgojamas rūpnīcas, maza nospieduma zona, gandrīz kā “Lego būvētas” iekārtas. Tā mēs viņiem tās izveidojam, reģionāli izvietojot šīs rūpnīcas, lai baterijas nonāktu tuvu avotam, pārveidotu par ne-akumulatoru un pēc tam nosūtītu šo starpproduktu, kas tagad ir drošs, nevar aizdegties, ir lētāks un vieglāk transportējams.

C.: es zinu, ka litija jonu pārvadāšanai ir daudz noteikumu, šādi var tos apiet, manuprāt.

A.K.: Tā ir. Tātad, kā to droši pārvadāt? Mēs būtībā sasmalcinām tā, ka nav piekļuves skābeklim. To var izdarīt dažādos veidos – mēs to darām noteiktā veidā, tas ir patentēts. No drošības viedokļa tā nav tikai faktiskā apstrāde. Tomēr uzglabāšanai, loģistikai, apstrādei pielietojam daudz standarta darbības procedūru un ievērojam veselības un drošības prasības. Mums pašiem bija jāizstrādā vairākas drošības prasības.

C.: Kāda ir gala produkta tālākā apstrāde? Vai ir kādi īpaši piesardzības pasākumi, kas jums jāievēro ar sasmalcinātām baterijām?

A.K.: Daudz vieglāk ir rīkoties ar sasmalcinātiem produktiem. Būtībā tie ir jaukti metāli – diezgan inerti. Spieķos jūs saņemat jebkāda veida baterijas, minimāli demontējot. Jaukti mazi un lieli – viena plūsma, viens process. Otrā galā, iegūstam atdalītu plastmasu, varu, alumīniju. Un galvenā daļa, kas ir visvērtīgākā, ir katods un anods akumulatorā. Katods vienmēr satur litiju un potenciāli niķeli, kobaltu, citus metālus. Un anods parasti ir grafīts.

Tātad šis katoda/anoda maisījums ir visvērtīgākais. Viss, kas ir inerts, nav apgrūtinājums piegādei, salīdzinot ar akumulatoriem. Ir jānodrošina daži galvenie normatīvie aspekti, bet tie ir vieglāk izpildāmi nekā akumulatoriem. Šis melnais pulveris ir izejmateriāls mūsu centrmezgla procesam, rafinēšanas procesam.

C.: Tātad, šajā posmā jūs izmantojat ķīmiskos procesus?

A.K.: No šī katoda/anoda materiāla mēs atgūstam visu: grafītu, litiju, kobaltu, niķeli utt. No mūsu centrmezgla iznāk aptuveni astoņi dažādi produkti.

Pirmais posms ir daudz drošībai un automatizācijai. Otrajā posmā galvenokārt ir jārisina mainīgums. Mēs saņemam tik daudz dažādu veidu litija jonu akumulatoru variācijas. Ir tādi bateriju veidi, kur kobalta koncentrācija ir augsta, un ir tādi, kur niķelis ir augstā koncentrācijā. Tie ir mūsu izaicinājumi, ar kuriem mums nācās tikt galā.

Visā pasaulē pastāv daudz bateriju variāciju. Piemēram, Ķīnā ir daudz pārstrādes rūpnīcu, kas lieto šo katoda/anoda materiālu un iegūst kobaltu un niķeli. Bet parasti neatgūst litiju. Būtībā no jebkuras iekārtas visā pasaulē nav komerciālu, akumulatoriem paredzētas litija ķīmiskās reģenerācijas. Ir daudz prototipu, kas strādā ar maziem apjomiem. Bet realitāte ir tāda, ka tirgū nav neviena, kurš faktiski iegūtu litiju no litija jonu akumulatoriem, kas ir ļoti ironiski.

Mēs to darām. Mēs faktiski iegūstam litiju no litija jonu akumulatoriem. Un es domāju, ka mēs esam vienīgais objekts pasaulē, kas to spēj.

C.: Vai tas ir tikai litija tirgus izmaksu dēļ?

A.K.: Es domāju, ka tās ir divas lietas. Ja jūs atskatāmies apmēram 10 gadus atpakaļ, litija cenas bija daudz zemākas nekā šodien. Tātad tas, iespējams, ir daļa no tā. Es domāju, ka otra lieta ir tā, ka šī nozare ir pārvērtusies par pāreju no nišas biznesa ar nelielu apjomu par tādu, kam nākotnē būs diezgan lieli apjomi. Lai tur nokļūtu, ir vajadzīgs zināms laiks, bet, ja jums joprojām ir šie vecie, neefektīvie, vispārinātie procesi, jūs zaudējat daudz materiālu šajās baterijās, kuras var atgūt.

C.: kad akumulators mirst vai zaudē jaudu, tas lielā mērā ir saistīts ar nevēlamām blakus esošām ķīmiskām reakcijām un to uzkrāšanos vai elektrodu saskarņu bojājumiem utt. Bet visi sākotnēji izmantotie materiāli joprojām ir pieejami, tāpēc jūsu process tos atdala un process sākas no nulles, pareizi?

A.K.: Jā, tieši tā. Baterijas parasti mirst caur šīm sānu jeb parazitārajām reakcijām. Parasti tās ir fiziskas vai morfoloģiskas izmaiņas akumulatorā. Ir vairāki veidi, kā baterijas var nomirt, taču parasti to sauc par litija uzkrājumu, tas nonāk akumulatora daļās, kurās tam nevajadzētu būt, tas tiek iesprostots šajos blakus produktos, tāpēc jūs zaudējat jonu, kas būtībā ir tas, kas pārvietojas uz priekšu un atpakaļ, lai radītu strāvu. Tas ir visizplatītākais akumulatora miršanas cēlonis. Tiek zaudēta jauda, jo “skrējējs” kaut kur iestrēga vai daži no “skrējējiem” iestrēga dažās citās vietās, un tagad jūs tos nevarat izmantot elektriskās strāvas radīšanai.

Tā ir atrašanās vieta vai formas maiņa, kas notika fiziskajā formā. Mēs atgriežamies pie pamatelementiem. Litijs joprojām ir tur, tas ir tikai citā formā. Būtībā mēs atgriežam to pie pamatatomiem, pēc tam atjaunojam tās ķīmiskās vielas, kuras atkārtoti izmanto litija jonu akumulatorā.

C.: jūs tagad esiet jaunā fāzē – komerciālā procesā. Vai jūs varat man pateikt, kur jūs tagad esat un kurp dodaties tālāk?

A.K.: Šobrīd mēs esam lielākais litija jonu akumulatoru pārstrādātājs Ziemeļamerikā. Tas ir noticis diezgan ātri. Mums ir iekārta Ontārio, kas izauga no mūsu pētniecības un attīstības centra un tagad ir komerciāla iekārta – Ziemeļamerikas komerciālā Spoke 1. Un mums ir otra iekārta (Ziemeļamerikas komerciālā Spoke 2), ko mēs būvējam Ročesterā vecajā Eastman Kodak biznesa parkā, kas tagad ir pārtapis par tīro tehnoloģiju darbības centru.

Kur mēs ejam? Mēs turpināsim augt Ziemeļamerikā. Ārpus Ziemeļamerikas mēs sadarbojamies ar kopuzņēmumu starpniecību. Mūsu filozofija ir tā, ka tas ir ļoti reģionāls tirgus, nianses ir ļoti reģionālas, noteikumi ir ļoti reģionāli. Katrā pasaules reģionā tam būs atšķirīga pieeja, tāpēc ir vajadzīgi reģionālie partneri, kas palīdzēs sasniegt mērogu.

C.: vai biznesa modeļa ziņā jūs pērkat lietotās baterijas, vai arī viņi maksā jums par to apstrādi?

A.K.: Tas patiešām ir atkarīgs no akumulatora veida un reģiona visā pasaulē. Dažos reģionos ir noteikta norma, ka grupas maksā par akumulatoriem, bet citos reģionos ir pretēji. Tajā ir atšķirības, jo dažās baterijās ir daudz vērtīgu materiālu, bet dažās nav. Bet augšējā līmenī, ja runājat ar jebkuru transportlīdzekļu ražotāju, ikvienu, kam ir akumulatori, kurus nākotnē vajadzēs pārstrādāt, viņi vēlas, lai viņi nebūtu atbildīgi par tiem. Viņi vēlas, lai šis process būtu vai nu bezmaksas, vai pat ideālā gadījumā peļņu nesošs. Tāpēc mēs dibinājām šo uzņēmumu, kas lielā mērā bija atbilde klientu vajadzībām. Būtībā cilvēki saka: “Kāpēc mēs par to maksājam? Vai šeit nav daudz vērtīga materiāla? Kāpēc nav bijis jauninājumu, lai to atrisinātu? ”

Kad apjomi pieaugs nākamajos piecos līdz desmit gados, mēs ticam, ka mēs varam padarīt šo procesu skaidrāku. Vai tās ir izmaksas? Vai tas ir bezmaksas? Šodien tirgus ir nedaudz nenobriedis, taču vidējā termiņā un ilgtermiņā mūsu mērķis ir pārvērst to par skaidru ekonomisko dalībnieku.

C.: vai jūs šobrīd pārdodat izejvielas brīvajā tirgū?

A.K.: Mēs komerciāli pārdodam daudzus savus materiālus atpakaļ tirgū. Materiāla kvalificēšana, cilvēku pārliecināšana par tā kvalitāti ir ļoti intensīvs process. Parasti jūs sākat ar nelielu izlasi un pēc tam nonākat pie vidēja lieluma un pēc tam pie lielākas izlases, un tā galu galā nonākam pie līguma. Tas prasa daudz laika. Mēs piegādājam materiālus saskaņā ar līgumu grupām, kas ražo akumulatoru materiālus, kas atkal tiek izmantoti baterijās.

Kur es labprāt vēlētos redzēt mūs nākamajos, teiksim, trīs līdz piecos gados – un tas vēl nav tirgū, – ir aprites ekonomikas modelis. Pieņemsim, ka jūs saņemat akumulatorus no noteikta ražotāja un jūs no tā atgūstat materiālus, pēc tam jūs tos atkal integrējat tā paša ražotāja piegādes ķēdē vai dažu piegādātāju piegādes ķēdēs. Kad mēs tur nonākam, mēs noteikti to varam iespējot, bet tā būs vidēja termiņa realitāte.

Mēs izgatavojam litija karbonātu un niķeļa sulfātu un kobalta sulfātu. Tirgus atrašana, materiālu laišana tirgū, šīs specifikācijas fizisko īpašību atkārtošana utt. Mums jau ir pieredze.

Piemēram, litijam, kas nonāk katoda ražotājā, tam jāatbilst noteiktai specifikācijai. Ir zināms piemaisījumu jutīgums, un jums ir jābūt zem šiem sliekšņiem. Tātad, mēs piegādājam, lai izpildītu šo specifikāciju, un tad viņi izmantotu šo litiju jauna katoda izgatavošanā. Tas ir viens piemērs, kur tas atkal integrējas piegādes ķēdē.

Tomēr ir dažas akumulatora daļas, kur to atkārtot ir grūtāk, un tas maksās daudz, un varbūt tas nav tā vērts, vai arī ir grūtības. Grafīts ir viens no šiem piemēriem. Tātad, mēs izgatavojam grafītu, teiksim, tehnisku vai koncentrētu materiālu, kas var atgriezties pie citiem grafīta pielietojumiem, piemēram, elektrodiem vai zīmuļiem, neatkarīgi no tā, kāds tas varētu būt. Bet grafīts ir ļoti jutīgs. Tas atkarīgs no tā fizikālajām īpašībām. Jums ir dažādi grafīta veidi – sintētisks, dabīgs. Mēs iegūstam pilnīgu visu to sajaukumu. Vienā plūsmā mēs iegūstam sintētisku, jauktu, viena izmēra, otra izmēra utt.

Tātad teorētiski, jā, jūs varētu atgriezties pie grafīta akumulatoriem paredzētā izstrādājuma, protams. Bet ir daži stratēģiski lēmumi, kur mēs to esam apskatījuši un izmēģinājuši dažādas lietas, un mēs vienkārši teicām: “Nē. Tas nav tā vērts. ”

Tas ir liels solis nededzināt grafītu, kas līdz šim ir bijusi norma. Mēs to atgriežam atpakaļ tirgū, tas ir svarīgi. Bet ir dažas tehniskās realitātes. Jūs nevarat izmantot jauktus izejmateriālus un iegūt perfektu grafīta produktu. Ir dažas situācijas, kad mēs tirgojam atpakaļ akumulatoru piegādes ķēdē, un ir citas, kur ir grūtāk, un prioritāte ir to atgriezt ekonomikā caur citiem tirgiem.

C.: ir noteikumi, kas nosaka pārstrādei nepieciešamo svina-skābes akumulatoru daudzumu. Vai redzat, ka tā kļūst par normu arī litija joniem?

A.K.: Jā. Ja jūs man būtu jautājuši varbūt pirms 12 mēnešiem, es domāju, ka tas bija daudz neskaidrāk. Bet pat pēdējā gada laikā mēs esam redzējuši lielu interesi no tādām jurisdikcijām kā Ķīna, Eiropa, daži ASV štati, Kanādas provinces. No vienas puses parādās interese tam, kurš ir atbildīgs par akumulatoru dzīves beigās. Un tas ir bijis liels jautājums. Kas ar to nodarbosies un kas ir atbildīgs? Ķīnas gadījumā ir ļoti skaidri norādīts, ka par akumulatora darbības laiku ir atbildīgs automobiļu ražotājs.

No otras puses, tas ir par reģenerāciju. Parasti, ja jums ir noteikumi par pārstrādi, tie nosaka zināmu reģenerācijas līmeni. Piemēram, līdz šim Eiropā litija jonu akumulatoru atgūšanas pilnvarojums ir bijis 50%. Bet gaidāma šī normatīvā regulējuma atjaunošana, kas, iespējams, palielinās šo skaitu. Mēs redzam daudz dažādu regulējumu, kas nosaka atgūšanu, kas pārsniedz 50%, parasti 70%, 80%, pat 85% plus. Tas ir patiešām interesanti, jo ir lieliski, ja pārstrādātājs to var sasniegt. Tomēr mums ir jābūt mazliet uzmanīgiem attiecībā uz to. Dažās pasaules daļās šis risinājums var būt pieejams, citās – nē. Un tāpēc es domāju, ka automobiļu uzņēmumi cenšas pieslēgties un pārliecināties, ka šis netiek ieviests priekšlaicīgi, lai tirgū būtu pieejami risinājumi, kas atbilstu šīm prasībām.

C.: kā ar varu un alumīniju un plastmasu? Vai šīs lietas ir viegli mehāniski atdalāmas slīpēšanas fāzē?

A.K.: Tieši tā. Tas viss ir automatizēts, to atdalīšanai mēs izmantojam fiziskās īpašības, bez termiskās apstrādes, mēs neko nededzinām. Tad mēs tos ievietojam standarta vara, alumīnija un plastmasas pārstrādes piegādes ķēdē.

C.: kādi ir nākamie soļi jums? Vai jūs meklējat klientus? Vai jūs meklējat partnerus? Ja kāds Ķīnā vai Eiropā vēlētos licencēt jūsu tehnoloģiju, vai jūs to darītu?

A.K.: Vispārīgi runājot, jā, tas ir tas, ko mēs darām. Nodoms varbūt nav izmantot licencēšanu. Es domāju, ka šajā telpā ir daudz, teiksim, jaunāku uzņēmumu, kuru biznesa modelis ir tāds. Tomēr realitātē ir jāpierāda, ka tas, ko jūs darāt, darbojas komerciālā mērogā, pirms kāds cits riskēs un licencēs to.

Lai apkopotu, ļaujiet man pateikt, ka no patērētāja viedokļa par EV ir bijuši daudz jautājumu par: “Kādi ir dzīves beigu pārstrādes risinājumi? Vai tie ir ekonomiski dzīvotspējīgi? ” Es tikai gribu pateikt skaļi un skaidri: ir risinājumi un tie ir šeit. Un šī “dzīves cikla beigu problēma” ar litija jonu akumulatoriem un elektriskajiem akumulatoriem tā nav problēma. Lai to ieviestu, ir nepieciešami jauninājumi, bet patiesībā to var izdarīt jau tagad. Notiek tikai tas, ka mēs turpinām paplašināties, lai laika gaitā apmierinātu tirgus vajadzības.

Ir risinājumi, un ir svarīgi, lai to zinātu ne tikai patērētāji, bet arī valdības, ieinteresētās puses un paši ražotāji. Šī izpratne patiešām ir nepieciešama visai piegādes ķēdei, visai ekosistēmai. Jo, ja tādas nav, pastāv pretējais stāstījums, kurš nav pareizs.

C.: Var dzirdēt līdzīgus argumentus par dzīvescikla analīzi. Cilvēki saka: “Ziniet, šīs lietas veicina ogļu dedzināšanu.” Un: “Ko mēs darīsim ar visām baterijām?” ir nākamā lieta, ko viņi saka, un mana atbilde ir, ka abi ir atrisināti.

A.K.: Tieši tā. Un tie nav risinājumi, kas būs kaut kad nākotnē. Tie šodien ir jau pieejami.