Baterie elektrycznych samochodów - tykająca bomba ekologiczna. Czy aby na pewno?

Zużyte baterie problemem tylko w opowieściach Polaków

Wiele osób zadaje pytanie co się stanie ze zużytymi bateriami samochodów elektrycznych. Przecież gdy tracą swoją pojemność muszą zostać wymienione ze względu na ograniczony zasięg. Zatem czy za kilka lat postanie ryzyko masowego problemu z utylizacją?

Popatrzyliśmy jak ten problem widzą Niemcy. Jest to o tyle istotne, że wg prognoz Polityków Niemieckiego Rządu, do roku 2030 będzie tam jeździło 15 milionów aut elektrycznych.

Okazuje się, że problem ze zużytymi bateriami nie jest – wg Niemieckich naukowców – tak poważny jak słyszymy to od polskich internautów.

1. Po pierwsze, opracowywane są nowe baterie akumulatorowe, który będą miały znacznie większy zasięg. Prace badawcze trwają dwutorowo. Jest to zwiększeniu gęstości elektrolity w bateriach litowo-jonowych, co wydłuży zasięg samochodu elektrycznego dwukrotnie. Równocześnie trwają też prace nad baterią półprzewodnikową.
2. Po drugie zaś, baterie które usuniemy z samochodów będą mieć jeszcze drugie życie - Second Life – następnie cenne surowce będą poddawane recyklingowi.

Zastosowanie Second-Life w trybie stacjonarnym

Akumulatory, które nie są już wystarczająco mocne do użytku w samochodzie, nie są bezwartościowe i mogą być nadal eksploatowane. Przyjmuje się, że akumulator trakcyjny po kilku latach eksploatacji i po kilku tysiącach cykli ładowania nadal ma możliwość magazynowania energii od 70 do 80 procent ich pierwotnej pojemności.

Utylizacja produktu w takim stanie sensu ekonomicznego ani ekologicznego. Stąd też pomysł użycia baterii w tzw. Second Life w trybie stacjonarnym.

Praca stacjonarna różni się od pracy baterii trakcyjnej tym, że akumulator jest znacznie mniej obciążony stałymi fazami przyspieszania i rekuperacji.

Praca stacjonarna jest również znacznie bardziej równomierna, a ładowanie i rozładowywanie jest powolne, dzięki czemu znacznie łatwiej jest korzystać z akumulatora.

Serie pomiarów procesów starzenia w laboratorium wykazały, że drugie życie akumulatorów może trwać jeszcze od 10 do 12 lat. Oznacza to, że akumulator samochodu elektrycznego będzie wymagał utylizacji dopiero po ponad 20 latach, jeśli będzie używany w przeciętnych warunkach.

Przykładem, że nie jest to jedynie utopia jest fabryka BMW w Lipsku; BMW utworzyło tam w roku 2017 stacjonarny magazyn, składający się z 700 połączonych akumulatorów z modeli i3. Są one magazynem energii słonecznej i wiatrowej wytwarzanej w fabryce BMW. Następnie energia jest wykorzystywana do produkcji.

Projekty takie są już realizowane także przez miasta. Przykładowo system magazynowy z bateriami i3 został również zainstalowany na terminalu promowym w porcie w Hamburgu.

Pojemność umieszczonych tam akumulatorów wynosi co najmniej dwa megawaty. Służą one do kompensacji wahań i szczytowego zapotrzebowania w hamburskiej sieci energetycznej.

Warto też zauważyć, że jedna bateria w aucie elektrycznym wystarcza do przechowywania energii elektrycznej dla prywatnych gospodarstw domowych. Akumulator o pojemności 20 kWh może zmagazynować więcej energii niż zwykle jest to wymagane w rodzinnym gospodarstwie domowym. Byłby to zatem bufor dla domowego systemu energetycznego.

Tym samym, wykorzystując akumulator z samochodu mamy możliwość ładowania go z instalacji fotowoltaicznej. Obecnie, prąd wytwarzany w dzień (bo tylko wtedy świeci słońce) odsprzedajemy po niższej cenie do sieci). Tym samym są to wymierne korzyści finansowe.

Osoby nie mające fotowoltaiki także mogą zyskać, gdyż zakupią prąd w taryfie nocnej (cena to ok 0,37 zł za 1 kWh), zmagazynują go w akumulatorze i wykorzystają, zamiast ściągać prąd w taryfie dziennej (koszt ok 0,65 zł za 1 kWh).

Recykling to się opłaca

Surowce zawarte w baterii trakcyjnej są zbyt cenne, aby pozostawić je niewykorzystane i wyrzucać akumulatory zaśmiecając środowisko. Stąd też recykling jest uzasadniony ekonomicznie. Akumulator zawiera znaczne ilości aluminium, stali i tworzyw sztucznych w obudowie, ale wewnątrz ma cenne czynniki jak lit, mangan, kobalt i nikiel.

Akumulator trakcyjny, który waży około 400 kilogramów i ma pojemność 50 kWh, zawiera około 4 kilogramy litu, 11 kilogramów manganu, 12 kilogramów kobaltu, 12 kilogramów niklu i 33 kg grafitu

Liczby pochodzą z badań Instytutu Ifeu.

Recykling: Oto etapy procesu

W celu osiągnięcia możliwie najwyższego stopnia odzysku podczas recyklingu, procesy są stosowane w kilku etapach.

Zaczyna się od ręcznego demontażu systemu baterii. Następuje sortowanie, rozdrabnianie i topienie termiczne. Na końcu procesu następuje separacja materiału. Dzięki temu dużą część materiałów akumulatorowych można łatwo odzyskać. Niektóre etapy procesu są energochłonne i drogie, ale bilans kosztów i korzyści będzie się stale poprawiać.

Obecnie istnieje wiele systemów, które umożliwiają recykling akumulatorów litowo-jonowych . Należą do nich systemy już działające oraz te, które są planowane na najbliższe lata.

Jednak nie można jeszcze poddać recyklingowi akumulatorów na skalę przemysłową, która będzie konieczna w przyszłości. Wynika to jednak z... braku akumulatorów. Po prostu nie ma jeszcze wystarczającej liczby akumulatorów do samochodów elektrycznych, które należy poddać recyklingowi.

Jednak najskuteczniejsze możliwe odzyskiwanie materiałów jest warunkiem wstępnym, aby było to opłacalne ekonomicznie i ekologicznie. Stąd opracowywane są już mapy drogowe takich przedsięwzięć.

Zakłady recyklingu: moce do 2030

Jak wskazują plany ekspertów z Niemiec, w kraju tym do roku 2030 ponad 70 000 ton surowców pochodzących z recyklingu powinno być dostępnych co roku z działających tam zakładów.

W Szwecji planuje się (głównie ma tego dokonać producent ogniw Northvolt) stworzenie jeszcze większych zakładów do recyklingu akumulatorów. Ma stamtąd docierać na rynek ponad 135 000 ton surowców z recyklingu.

Zaskakująca wydaje się ilość 23 000 ton z Polski i 25 000 ton z Węgier. Chyba, że w obydwu Państwach mają być specjalne zakłady recyklingu baterii (czyżby nasz zakład Izery miał być faktycznie tylko takim przedsiębiorstwem?)

Nowe rozporządzenie UE dotyczące baterii

Dyrektywa UE z 2006 r. miała zastosowanie do recyklingu starych baterii aż do 2022 r. W tamtym czasie władze i ustawodawcy nie zwracali bowiem uwagi na wymagania dotyczące baterii z samochodów elektrycznych.

Wymogi były zatem stosunkowo luźne: tylko 50 procent materiałów z akumulatora musiało być ponownie wykorzystane.

Wymagane 50 procent (liczone wg wagi baterii) można było osiągnąć po prostu zdejmując obudowę i komponenty, które są w większości wykonane z aluminium, stali lub tworzywa sztucznego. W efekcie cel odzyskania ważnych materiałów zostawał pominięty.

Wg nowego rozporządzenia UE w sprawie baterii są:

• Przepisowy wskaźnik recyklingu baterii wyniesie w przyszłości 90 procent.
• Nowo wyprodukowane baterie muszą zawierać minimalny procent materiałów pochodzących z recyklingu.
• Producenci muszą dokładnie obliczyć trwałość i żywotność swoich produktów

Wniosek: Recykling oznacza zabezpieczenie surowców

Obecnie większość akumulatorów trakcyjnych jest wykorzystywana cały czas w pojazdach lub w fazie zastosowania w drugim życiu.

Minie zatem jeszcze trochę czasu, zanim duża liczba zużytych akumulatorów trakcyjnych zostanie poddana recyklingowi.

Za kilka lat, co podkreślają wszyscy eksperci, będzie to konieczne z ekologicznego i ekonomicznego punktu widzenia. Będzie to konieczne z konieczności obniżania kosztów, ale także aby uniknąć coraz większego uwikłania w uzależnienia od surowców.

Podsumowując

• Program przedstawiony przez ekspertów o wykorzystaniu drugiego życia akumulatorów jest z pewności rozwiązaniem bardzo zasadnym.
• Liczba aut w ilości 15 mln jeżdżąca w Niemczech jest zapewne policzona i wskazuje jak Niemcy będą będą zmieniać swój rynek motoryzacyjny (w roku 2020 było w Niemczech 52,5 mln aut).
• Zastanawiające jest jak wyliczono, że Polska i Węgry będą potentatami w recyklingu baterii. Czyżby faktycznie w Jaworznie miał powstać ogromny zakład recyklingu, który z nudów wyprodukuje trzy samochody miesięcznie?