A forgalomban lévő villanyautó-akkumulátorok mennyisége iparági szakértők szerint jelenleg még kezelhető. De minél több elektromos autó közlekedik Európa útjain, annál több lesz a kiselejtezett akkumulátorok száma, amelyeket újra kell hasznosítani. Az osztrák Industrie Magazin annak járt utána, hogyan készül az iparág erre a kihívásra és az uniós akkumulátor-irányelv új változatára.
Az Európai Parlament becslései szerint 2030-ra mintegy 30 millió elektromos jármű fog közlekedni Európa útjain – főként személygépkocsik és kétkerekűek, de egyre több teherautó is. Az európai zöld megállapodás fő célja, hogy 2050-re 90 százalékkal csökkentse a közlekedéssel kapcsolatos üvegházhatású gázok kibocsátását, egyre közelebb kerül, de még messze nem állunk jól. Ennek az ambiciózus tervnek azonban van egy árnyoldala is: ha a bejelentett több millió elektromos jármű valósággá válik, akkor az akkumulátorok gyártásának közel hússzorosára kell növekednie a következő években – erre a vonatra ült fel a magyar kormány is. Nyilvánvaló, hogy a hulladékipar és a jogalkotók már most azon gondolkodnak, hogy mindez hogyan befolyásolja majd a jövőbeli európai körforgásos gazdaságot, az anyagáramlásokat és azok újrahasznosítását.
Az Európai Parlament az akkumulátorokról szóló frissített uniós irányelvvel számos előírást tartalmaz. Először is, az irányelv új osztályozást hoz létre azáltal, hogy bevezet egy külön kategóriát az akkumulátorok számára, nevezetesen a könnyű közúti járművek, például az elektromos kerékpárok és az elektromos robogók meghajtására használt akkumulátoroknak. Az EU azzal érvelt, hogy a jövőben a könnyű járművek akkumulátorainak, valamint a nehéz járművek, például autók, hajók vagy repülőgépek meghajtására használt akkumulátoroknak is meg kell jelölni a szén-dioxid-kibocsátásukat, illetve ezeknek minimális arányban újrahasznosított anyagokat kell tartalmazniuk. Ezek a követelmények a 2 kWh-nál nagyobb kapacitású ipari akkumulátorokra is vonatkoznak majd.
Ambiciózus kvóták
Míg a bizonyos típusú akkumulátorokban bizonyos mennyiségű újrahasznosított anyag felhasználására vonatkozó követelmény már most is erős nyomást gyakorol az újrahasznosításra, az Európai Parlament elképzelése szerint ezt a nyomást szigorúbb begyűjtési célok előírásával fokoznák. Az új irányelv ezért azt is előírja, hogy a hordozható akkumulátorok begyűjtési célértéke a jelenlegi 45 százalékról 2027-re 63 százalékra, 2030-ra pedig 73 százalékra emelkedik. A könnyű közúti járművekből származó akkumulátorok esetében 2028-ra 51 százalékot, 2031-re pedig 61 százalékot kell elérni. Ezzel egyidejűleg meghatározták azokat a minimális mennyiségeket is, amelyeket az akkumulátorokból származó lítium, kobalt, réz, ólom és nikkel újrahasznosítása során el kell érni.
Az akkumulátorok újrahasznosítása azonban a jogi szabályozáson kívül is egyre inkább nélkülözhetetlen szükségletté válik. Csak az akkumulátorgyártás területén 2030-ra tizennyolcszor annyi lítiumra lesz szükség, mint ma, 2050-re pedig hatvanszor annyi lítiumra. A kobalt iránti igény 2030-ra ötszörösére, 2050-re pedig tizenötszörösére nő.
Az iparág általában véve nyitott a szabályozási követelményekre, amelyeket a jövőben teljesítenie kell ahhoz, hogy a szükséges nyersanyagok legalább egy részét újrahasznosítással nyerje.
A piac tapogatózó szakaszban
Ugyanakkor egyértelmű, hogy a piac jelenleg a tapogatózás fázisában van. Egyrészt jelenleg nincsenek nagy mennyiségű újrahasznosítandó járműakkumulátorok – az elektromos autók, kerékpárok és robogók akkumulátorainak többsége nem ért az életciklusa végére. Másrészt jelenleg nincs kapacitás a nagyobb mennyiségek újrahasznosítására. Az európai újrahasznosító üzemek többsége csak kísérleti projekt; ezek kereskedelmi szempontból életképes szintre történő bővítése lesz a következő lépés.
A német Fraunhofer Intézet tanulmánya szerint az akkumulátorok újrahasznosításának jelenlegi európai kapacitása (2021-es adat) évi 33 kilotonnára tehető. Ugyanakkor a tanulmány szerint az Európa-szerte újrahasznosítandó lítium-ion akkumulátorok és akkumulátor-alkatrészek mennyisége 2030-ra akár évi 300 kilotonnára is nőhet. Ez a szám 2040-re évi 1500 kilotonna lesz. Az akkumulátor-újrahasznosítók még mindig messze nem rendelkeznek megfelelő felszereléssel ahhoz, hogy ilyen mennyiségeket kezeljenek, még a logisztikai oldalon sem. Mindenki tudja, hogy nagy mennyiségek jönnek, de még mindig a jövőre való felkészülésről, a befektetésekről van szó jelenleg.
Az automatizálás lehetőségei az akkumulátorok újrahasznosításában
Az újrahasznosítási folyamat minden szakaszában számos technikai kérdést kell még megoldani. Egyrészt egyértelmű, hogy az automatizálás elkerülhetetlen lesz az akkumulátorok szétszerelésében, amint a mennyiségek növekednek. Másrészt a járművekbe jelenleg beépített akkumulátorok közül sok nem igazán alkalmas a robot általi szétszerelésre, például azért, mert olyan rugalmas részeket tartalmaznak, amelyeket a robotkar nehezen tud megfogni. Ettől függetlenül az automatizált szétszerelés számos biztonsági kérdést is felvet: a veszélyes anyagok szivárgásától kezdve a tűzveszélyig. Az is nyitott technikai kérdés, hogy a szétszerelő robotokat hogyan lehet a legjobban úgy megtervezni, hogy a lehető legtöbb gyártótól származó, minél többféle típusú akkumulátort tudjanak feldolgozni.
Fókuszban a fekete tömeg
Az akkumulátorok újrafeldolgozása terén jelenleg kutatott fejlesztések közül sok a használt akkumulátorok szétszerelését és aprítását követő lépésekhez kapcsolódik. Az aprítást általában az aprított anyag kezelése követi, amelynek során az acél, az alumínium és a réz komponenseket leválasztják, és az elektródanyagok, kötőanyagok, adalékanyagok és maradék elektrolit komponensek keverékét – az úgynevezett fekete masszát – hagyják hátra. Ez az újrahasznosítás szempontjából különösen értékes, mivel többek között kobaltot és lítiumot tartalmaz. A kettőnek a fekete masszából való kivonása az újrafelhasználás érdekében azonban egyáltalán nem triviális feladat. A jelenlegi visszanyerési technológiákkal például a lítium esetében negyven-ötven százalékos visszanyerési arányt érnek el, de középtávon akár 80 százalékos visszanyerés is lehetséges.
De még a 90 százalék is kevés lenne: már néhány ciklus után az eredeti lítium több mint fele elveszne. Néhány további ciklus után már csak nyomokban maradna meg. “Ez nagyon jól szemlélteti azt a problémát, amely minden olyan újrahasznosítható anyaggal kapcsolatban felmerül, amely nem 100 százalékban újrahasznosítható. Még magas visszanyerési arány esetén is nagyon gyorsan olyan nagy az anyagveszteség, hogy aligha beszélhetünk ciklusról – idézi Stefan Freunbergert az Industrie Magazin, aki az osztrák tudományos és technológiai intézet kutatója.
Szerves anyagból készült akkumulátorok
Jelenleg azonban az újrahasznosított anyagok az akkumulátorgyártás nyersanyagigényének csak nagyon kis részét képesek fedezni, mivel a nagy keresletet csak kis mennyiségű újrahasznosított akkumulátorral ellensúlyozzák. A Fraunhofer Intézet szerint azonban 2040-ben a kobalt iránti keresletnek még mindig csak negyven százalékát lehet majd újrahasznosított anyagokkal fedezni, de a lítium, a nikkel és a réz esetében is csak mintegy tizenöt százalékát.
A kutatók ezért már jó ideje igyekeznek olyan akkumulátorokat tervezni, amelyek nélkülözni tudják a problémás és ritka nyersanyagokat, és szerves anyagokat használnak. A jobb elérhetőség mellett az ilyen akkumulátorok az újrahasznosítás szempontjából is előnyt jelentenek. Még ha nem is minden szerves anyag bomlik le egyformán, a szerves anyagok általában könnyebben újrahasznosíthatók.
A Stefan Freunberger által vezetett kutatók olyan megoldást találtak, amelyben szerves anyagból olyan akkumulátort lehet előállítani, amely a vas-foszfát alapú lítium-ion akkumulátorokhoz hasonló energiasűrűséget ér el. A lítium-ion akkumulátorokat számos területen használják, többek között az e-mobilitásban, ahol a még energiasűrűbb nikkel-mangán-kobalt cellákat is alkalmazzák a csúcskategóriában.
Az elektromos autók akkumulátorainak későbbi felhasználása
A szerves anyagokon alapuló akkumulátorok felhasználásában hatalmas lehetőségek rejlenek. Ezeket már most is használják helyhez kötött alkalmazásokban. Az új technológiai megoldások mellett az akkumulátorok iránti nagy kereslet kezelésének egyik módja a különböző újrafelhasználási koncepciók és az akkumulátorok minél hosszabb ideig történő felhasználása is lehet. Egy induló német vállalkozás, a Battery Lifecycle Company (BLC), a TSR újrahasznosítási specialista és a Rhenus logisztikai szolgáltató közös vállalkozása érdekes üzleti modellé fejlesztette ezt az elképzelést. A javíthatatlanul meghibásodott és használatra már nem alkalmas akkumulátorokat mélykisütik és szétszerelik. Ezt követően az alkatrészeket nagy részét a javításokhoz és az akkumulátorcsomagok felújításához csere modulokként felhasználják.
Meghosszabbított életciklus
Fontos a megfelelő tesztelés is, mert a még működőképes akkumulátorokat, amelyek teljesítménye már nem elegendő a járművekben való felhasználáshoz, előkészítik más alkalmazási területeken történő újrafelhasználásra. A fenntarthatóság szempontjából is van értelme az újrafelhasználásra összpontosítani, hiszen az autóban már nem használható akkumulátorok még évek múlva is felhasználhatók például a szélturbinákból és a fotovoltaikából származó villamos energia tárolására. Ott mérsékeltebbek a munkakörülményeik, mint egy autóban, és még tíz-tizenöt évig jól működhetnek, mielőtt selejtezni vagy újrahasznosítani kell őket.
Iparági szükségletek
Ha 30 millió elektromos autó közlekedik Európában 2030-ban, akkor kelleni fog:
Lítium: 2030-ra a mai mennyiség 18-szorosa, 2050-re a mai mennyiség 60-szorosaKobalt: a jelenlegi mennyiség 5-szöröse 2030-ra, 15-szöröse 2050-re
Az EU begyűjtési célkitűzései
hordozható akkumulátorok: 45% 2027-ig, 63% 2030-ig.
könnyű közlekedési járművek akkumulátorai: 51% 2028-ra, 61% 2031-re.Az EU által tervezett hasznosítási arányok
Lítium: 50% 2027-ig; 80% 2031-ig
Kobalt, réz, ólom és nikkel: 90% 2027-re, 95% 2031-reAkkumulátor-újrafeldolgozási kapacitásszükséglet
2021 – 33 kilotonna
2030- 300 kilotonna
2040 – 1500 kilotonna
