Przegląd technologii recyklingu baterii

Alternatywa pirometalurgiczna

Oprócz opcji hydrometalurgicznej, najlepsze dotychczas wyniki wykazały metody pirometalurgiczne. Techniki te opierają się na wykorzystaniu wysokich temperatur (około 1.500 ºC) do stopienia baterii, a tym samym spalenia wszystkich związków węgla.

W ten sposób cenne metale zawarte w baterii trafiają do stopu, który w zależności od składu baterii może być mniej lub bardziej bogaty w kobalt, nikiel lub mangan i które można następnie indywidualnie odzyskać poprzez rozpuszczenie stopu za pomocą procesów hydrometalurgicznych.

Ponadto, w przeciwieństwie do drogi hydrometalurgicznej, ta alternatywa ogranicza wcześniejsze etapy obsługi i obróbki wstępnej zużytych akumulatorów, przyspieszając w ten sposób proces recyklingu. Cecha ta, wraz z łatwością kontrolowania ryzyka pożaru i wybuchu podczas procesu, czyni tę metodę jedną z najbezpieczniejszych do wdrożenia opcji.

Jednak największą wadą tego rozwiązania jest fakt, że podstawą procesu jest ciepło. W rezultacie bardzo trudno jest odzyskać wiele elementów akumulatora, takich jak elektrolit, grafit, stal, aluminium lub lit, ponieważ wszystkie są tracone jako żużel lub gaz.

Ponadto, jak wspomniano powyżej, indywidualne odzyskiwanie innych składników, takich jak metale, może zależeć od zastosowania technik hydrometalurgicznych. W wielu przypadkach może oznaczać, że hydrometalurgia staje się podstawą pełnego cyklu, tym bardziej biorąc pod uwagę, że droga hydrometalurgiczna wywiera mniejszy wpływ na atmosferę niż droga pirometalurgiczna, ponieważ w tym ostatnim przypadku występuje duża ilość emisji do atmosfery z powodu zastosowania jako podstawy procesu wysokich temperatur.

Na horyzoncie nowe techniki i wyzwania

Zarówno metody hydrometalurgiczne, jak i pirometalurgiczne są alternatywami, które mają obecnie największy potencjał i nad których optymalizacją i doskonaleniem obecnie skupia się cały sektor.  Jednak ze względu na trudności na drodze do minimalizacji niektórych słabych punktów każdej z tych alternatyw, w ciągu ostatnich kilku lat pracuje się nad innymi opcjami, aby spróbować znaleźć nową alternatywę, która poprawi obecne wyniki.

Ostatnio najwięcej uwagi zyskał tzw. ‘recykling bezpośredni’ jako potencjalna ‘trzecia droga’. Podstawa tego procesu jest prosta: celem jest recykling baterii przy pozostawieniu nienaruszonej struktury krystalicznej aktywnego materiału katody.

Celem recyklingu bezpośredniego jest przywrócenie początkowych właściwości i pojemności elektrochemicznej materiałów katodowych bez rozkładu na pierwiastki zastępcze, które można bezpośrednio ponownie wykorzystać do produkcji nowych baterii. W tym celu analizowane są różne procesy mechaniczne, termiczne, chemiczne i elektrochemiczne, pozwalające ‘ożywić’ akumulator podczas procesu recyklingu. Jak zawsze: celem jest zoptymalizowanie procesu recyklingu, tak aby osiągnąć jak najwyższą rentowność i zminimalizować negatywny wpływ na środowisko.

Trzeba też podkreślić, iż optymalizacja i doskonalenie procesów (zarówno tych najbardziej znanych, jak i nowych, znajdujących się w trakcie opracowywania) ma na celu nie tylko promowanie obecnego stanu techniki, ale także przygotowanie nowych, przyszłych technologii wytwarzania akumulatorów. Dlatego średnioterminowe badania koncentrują się na opracowaniu nowych formuł hydrometalurgicznych lub procesów wstępnych, takich jak recykling bezpośredni, w celu sprostania wyzwaniom masowej adopcji baterii z elektrolitem stałym.

Jako podsumowanie, CIC energiGUNE opracował infografikę, przedstawiającą obecny stan rozwoju najbardziej znanych procesów recyklingu, aby móc szybko porównać ich zalety i wady:

© CICenergigUNE, Analysis of the Major Recycyling Processes in the Battery Industry

Źródło: CICenergigUNE.com

Autorzy: Nestor Antunano, Iñigo Careaga