Вскрытие покажет
Отечественные ученые предложили технологию переработки старых литиевых батарей, которая позволяет удешевить производство новых
Сотрудники НИТУ МИСиС разработали технологию безопасной утилизации аккумуляторных батарей, содержащих литий. Они представили всю технологическую цепочку переработки — от вскрытия батарей до возможного повторного использования составляющих их материалов (стали, никеля, титана и лития). По их мнению, этот метод позволит снизить себестоимость новых источников питания на 30–40% за счет использования при их изготовлении вторичных материалов. Предлагаемая технология в первую очередь может быть использована в рамках программы развития электротранспорта в Москве, где сегодня эксплуатируется около 600 электробусов и зарегистрировано порядка 10% отечественных электромобилей.
Как плавить литий
Специалисты МИСиС разработали универсальный метод вскрытия батарей, ресурс которых выработан, при помощи криогенно-вакуумной установки, которая является их ноу-хау и защищена патентом.
«В настоящий момент существует свыше 50 типоразмеров электрохимических систем, которые используются в бытовой и специальной технике, — поясняет директор Центра инжиниринга промышленных технологий НИТУ МИСиС Вадим Тарасов. — Для каждой из них необходим свой метод вскрытия и извлечения полезных компонентов, который должен быть не только эффективным, но и безопасным».
По словам разработчиков, установка, на которой они предлагают перерабатывать литий-ионные аккумуляторные батареи, представляет собой специальную вакуумную печь. В ней после всех процессов можно получать такие материалы, как гидроксид диалюминат лития, алюминат лития и т. д., поясняет Вадим Тарасов. «Технологическая площадка для нашей вакуумно-термической установки, способной перерабатывать тысячу батарей в месяц, занимает примерно 50–60 квадратных метров, не более, — уточняет он. — У нас сейчас разработано порядка пяти–шести вариаций, которые могут отличаться в зависимости от того, какие требования предъявляет заказчик».
Процесс прост: если батарея крупноразмерная, то предполагается ее механическая разборка: снимается крышка, вынимается электродный пакет, который опускается в специальный раствор. В итоге источник тока разделяется на литий и диоксид марганца. А корпусные детали отмываются и отправляются дальше по технологической цепочке либо на переработку, либо для повторного использования. Главная задача — отработать до мелочей процесс пожаровзрывобезопасного вскрытия батареи — решается как раз за счет использования в технологической цепочке вакуумной установки.
Накопление накопителей
Как считает директор по отраслевым решениям компании КРОК в энергетике Алексей Борисов, провозглашенная декарбонизация экономики предполагает ускоренное распространение литий-ионных аккумуляторов, используемых в системах накопления энергии и на электротранспорте. Так что технология переработки отслуживших свое аккумуляторных систем на основе лития более чем актуальна.
Да и статистика использования электротранспорта свидетельствует о неуклонном росте интереса к нему потребителей. По данным международного агентства JATO Dynamics, за январь–ноябрь 2020 года было зарегистрировано на 72% больше электроавтомобилей, чем за аналогичный период 2019 года. Разумеется, переход на «зеленый» транспорт займет какое-то время, но его количество с каждым годом растет, и этот фактор уже нельзя сбрасывать со счетов. По оценке Bloomberg NEF, доля электромобилей в общем автопарке планеты сегодня составляет около 1%, а к 2040 году вырастет до 31%. Так что счет использованным аккумуляторным батареям пойдет на миллионы штук.
Отсюда и потребность в том, чтобы искать новые способы эффективной переработки литий-ионных аккумуляторов.
Часть отработанных источников тока из электромобилей, еще сохраняющих какую-то часть заряда, используется в промышленных резервных накопителях энергии, где не так важны массогабаритные параметры. Однако и они в будущем все равно подлежат утилизации.
«Нас как ученых сейчас беспокоит вопрос о том, что в ближайшее время автобусный парк Москвы будет разгружать источники тока, установленные на электробусы, — поясняет Вадим Тарасов. — По моим подсчетам, уже к лету начнется съем крупноразмерных источников тока — литий-ионных систем на основе оливина (фосфата железа). И куда их девать, пока не совсем решено…»
По его словам, неизвестно, какой срок службы был заложен в источниках питания для этого вида транспорта. «Скорее всего, рассчитаны они на три, максимум пять лет, — полагает Тарасов. — Но, судя по тому, что после холодов электробусы стали вставать на подзарядку все чаще, срок эксплуатации подходит к концу. Все зависит от окружающей температуры: чем она ниже, тем быстрее батарея требует замены».
При этом сами аккумуляторы для электромобилей имеют довольно внушительные весовые характеристики. Более того, их показатели тоже могут меняться, особенно в российских условиях. Например, такая популярная марка электромобиля, как Nissan Leaf, имеет батарею со средней продолжительностью жизни шесть–восемь лет. «Однако в условиях российского климата это срок сокращается до четырех–шести лет, при этом масса батареи составляет около 270 килограммов, — напоминает Алексей Борисов. — С электробусами, курсирующими по дорогам Москвы, ситуация еще сложнее — там масса батареи около двух тонн, так что для утилизации таких объемов требуются специальные предприятия, которых у нас пока нет».
На нет и сырья нет
Ответ директора Национальной ассоциации производителей источников тока «Русбат» Сергея Орлова на вопрос о том, как обстоят дела с внедрением в России технологий переработки литий-ионных аккумуляторов, краток: «Никак!». По его словам, в России не так много этих аккумуляторов, чтобы их сбор и переработка были рентабельными. И это учитывая и те источники, которые используются в мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах и прочем. Плюс маленькие литиевые батарейки для различных бытовых электронных устройств.
«Можно, конечно, внедрять различные установки по утилизации таких аккумуляторов, но они вряд ли будут загружены, — констатирует Сергей Орлов. — К тому же предлагаемые сегодня технологии переработки не имеют под собой экономического обоснования».
Эксперт считает, что на выходе получается продукт, цена которого раз в десять выше начальной, что ставит крест на его повторном использовании: кому нужно вторичное сырье для производства источника питания, если его цена выше, чем у используемого впервые? И даже в случае со столичными электробусами ситуация, по его словам, не столь однозначна: «Эксплуатационный срок службы их источников питания — около пятнадцати лет, — отмечает Орлов. — Это максимум, но в любом случае лет пять-шесть они прослужат».
Так что время для того, чтобы решить вопрос об их дальнейшей судьбе, еще есть, считает Сергей Орлов.
Сбор литиевой «мелочи» в России не организован. Эти элементы питания если не выбрасываются в мусор, то сдаются вместе с обычными батарейками. Но это, как говорят специалисты, опасно.
«Нельзя забывать, что литий-ионные элементы даже по окончании срока годности сохраняют заряд на уровне 15–20 процентов, и, когда их выбрасывают, они могут взрываться», — предупреждает Вадим Тарасов. При этом в общей куче «пальчиковые» и «мизинчиковые» обычные батарейки могут служить взрывной массой, а какая-нибудь литий-ионная батарейка — детонатором.
Руководитель отдела исследований компании «Атол» Дмитрий Архангельский также отмечает, что ситуация с утилизацией таких аккумуляторов. «Если свинцово-кислотные батареи утилизируются практически на 90 процентов за счет денежной компенсации, то с литиевыми аккумуляторами все сложнее, — говорит он. — Крупные торговые сети в России осуществляют сбор бытовых аккумуляторов, но этих усилий недостаточно».
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl