Как перерабатывают литий-ионные батареи?

В честь Дня российского эколога и Дня защиты окружающей среды 5 июня поговорим об электромобилях, а конкретно — о литий-ионных батареях и о том, как их перерабатывают, и когда ждать переработки в России.

45% россиян уже готовы пересесть на электрокары, а правительство России увеличивает финансирование развития электротранспорта до 2030 года с 418 до 777 миллиарда рублей.

Основная наша общая цель в этом случае — забота об экологии.

Но когда доказываешь кому-то экологичность электромобилей, все всегда вспоминают про аккумуляторы.

Все мешки на фото сверху — миллионы использованных литий-ионных батареек из электромобилей, скутеров, ноутбуков, телефонов, камер и прочей техники.

Эти батарейки ядовиты и легко воспламеняются, поэтому просто выбрасывать на свалки их нельзя.

При этом то, что они ядовитые, не значит, что они плохие. Они полезные — все эти старые батарейки можно использовать повторно — литий в них такой же, как новый.

Рынок литий-ионных батарей только к 2025 году вырастет минимум в два раза, а ведь запасов сырья мало и они быстро истощаются.

И что мы с ними будем делать?

Да.

Металлы и прочие вещества в литий-ионных батарейках очень хорошо перерабатываются.

В 2017 году бывший техдиректор Tesla Джей Би Штробел основал предприятие по переработке таких аккумуляторов Redwood Materials и таким образом соединил переработку и производство батарей, замыкая этим жизненный цикл продукта — это важно, потому что производство вредит экологии, а ресурсы заканчиваются.

В Redwood Materials из старых батарей извлекают 95-98% хорошего материала — никеля, кобальта и меди. Все эти материалы можно использовать раз за разом.

Для одного электрокара Tesla нужно 7000 литий-ионных батареек, которые скрепляются на одной панели.

К 2025 году электротранспорт займет 10% от всего объема транспорта, а к 2040 году — 58%.

Ресурсов на производство такого количества электромобилей нет, поэтому приходится перерабатывать имеющиеся батарейки, а мощности переработки наращивать. Сейчас темпы переработки уже опережают темпы поставок — и это хорошо, но неизвестно, справится ли завод с переработкой, когда спрос вырастет. Поэтому Штробел планирует строить еще несколько заводов.

Даже один завод Redwood Materials уже перерабатывает тонны использованных батарей и отправляет извлеченные материалы в Panasonic, где производят аккумуляторы для Tesla, чтобы там батарейки поставили обратно в новые электромобили. И их ставят — каждый год Panasonic вместе с Tesla на заводе Gigafactory в штате Невада производят 2 миллиарда литий-ионных батареек.

Традиционные виды аккумуляторов у нас уже перерабатывают, а литиевые — пока планируют.

Из электротранспорта у нас есть московские электробусы, батареи которых выйдут из строя в 2024 году. К тому времени ФЭО построит семь экотехнопарков, один из которых будет перерабатывать литиевые и другие сложные аккумуляторы.

Завод разместят в европейской части России, где сосредоточена большая часть электротранспорта.

С каждым годом к нам ввозят все больше и больше аккумуляторов, поэтому переработка будет очень востребована.

Ученые продолжают придумывать новые методы переработки литий-ионных батарей.

А что касается полностью выработанных батарей, они же не вечные, то недавно ученые НИТУ «МИСиС» представили технологию переработки батарей с выработанным ресурсом при помощи криогенно-вакуумной установки. Технология уже запатентована.

Разработка снизит себестоимость батарей примерно на 30-40% и решит проблему безопасного и экологичного хранения. Технология пригодится для программы развития электротранспорта в Москве.

На выходе из полностью использованной батареи получаются отработанный электролит, который идет на утилизацию, и ценные металлы: сталь, никель, титан и литий.

Не все так просто.

Сами электромобили не выбрасывают углекислый газ в атмосферу, но их производству еще далеко до углеродной нейтральности. Пока что.

Сейчас при производстве одного автомобиля ДВС в атмосферу уходит 5-7 тонн эквивалента СО₂, а при производстве одного электромобиля — 8-17 тонн, почти половина из которых уходит на процесс производства батарей.

Литий-ионные батареи состоят в основном из никеля, кобальта, лития, графита и меди. Их надо добыть и привезти. Та же история и с бензином. Но добыча нефти и газа налажена, а с литием и кобальтом все сложнее, потому что рынок новый.

Так как сейчас рынок электротранспорта небольшой, в краткосрочной перспективе он наносит больше урона окружающей среде.

Но скоро он вырастет в разы — и тогда углеродный след станет куда меньше, чем от привычного нам транспорта на бензине или дизеле, потому что почти все батареи будут производить из вторичного сырья.

Помимо производства, привычные нам автомобили надо заправлять, а электромобили — заряжать.

Затем они оба будут тратить свою энергию в поездке.

Но у ДВС и электромобилей разный КПД. У Tesla Model S — 95%. У автомобиля с бензиновым двигателем — всего 20%. У дизельного — 25%.

Из одного литра нефти получают 150-800 мл бензина. На 800 мл бензина автомобиль ДВС проедет всего 12,5 км. Выбрасывая при этом CO₂ в атмосферу.

Из одного литра нефти на современной ТЭС получают 3,4 кВт⋅ч энергии. Электромобиль на 3,4 кВт⋅ч проедет 24 км. Не выбрасывая при этом CO₂ в атмосферу.

В долгосрочной перспективе получаются сплошные плюсы — производится из вторичного сырья, на одном литре нефти работает дольше, а при наличии альтернативных источников электричества нефть не тратит вообще, углекислый газ в атмосферу не выбрасывает, еще и обходится дешевле.

Если вы живете в Санкт-Петербурге, то там зарядки для электромобилей уже есть и уже бесплатные. А если зарядки платные, то расчет получается 1 рубль за 1 км. В три раза дешевле, чем бензин.

Кому интересно — можно даже вручную посчитать углеродный след конкретных моделей и сравнить, кто полезнее — электрокар или ДВС.