Столкнувшись с автономией или ценой на электромобили, вопрос об утилизации батарей кажется, мягко говоря, анекдотическим. Тем не менее, эта тема является центральной по нескольким причинам, будь то уменьшение воздействия электромобилей на окружающую среду или ограничение стоимости батарей с истекшим сроком службы.
Что происходит с использованными батареями, когда их емкости больше не хватает для питания электромобилей (EV)? Немногие автомобилисты задаются вопросом, предпочитая оставить это производителям. Да, но вот оно: переработка и повторное использование батарей является важным шагом в жизненном цикле электромобилей и, в конечном итоге, имеет последствия для развития технологий,значительное экологическое воздействие и последствия для человека.
Множество проблем, связанных с переработкой батарей
Помимо нормативных обязательств, уменьшения воздействия на окружающую среду и экономической целесообразности, переработка аккумуляторов электромобилей сопряжена со всеми видами требований. Однако на данный момент кажется, что на операцию трудно ответить.Важный рычаг для уменьшения площади электромобилей
Главный интерес электромобиля - и который мотивирует его демократизацию во всем мире - заключается в меньшем воздействии на окружающую среду, чем у его теплового аналога, по крайней мере, при использовании. Включая производство энергии, электромобиль будет выделять почти в 8 раз меньше CO 2, чем используемый эквивалентный тепловой автомобиль, в основном из-за отсутствия выбросов загрязняющих веществ (1) . В значительной степени положительный результат, который, однако, следует квалифицировать, поскольку электромобиль грешит на нескольких других этапах своего жизненного цикла:- Производство электроэнергии, по-прежнему в основном осуществляется с помощью угольных или атомных электростанций (варьируется в зависимости от страны);
- Производство литий-ионной батареи, экологическая стоимость которой для добычи полезных ископаемых колоссальна;
- Утилизация аккумуляторов - техническая и нормативная область, которая может быть улучшена.
Согласно различным иногда противоречивым исследованиям, необходимо будет проехать от 25 000 до 150 000 километров (2) (3) - в основном в зависимости от структуры энергопотребления в анализируемой стране - прежде чем электромобиль станет менее загрязняющим, чем дизель или бензин. эквивалент. Хотя правда, вероятно, находится между этими двумя числами, она действительно показывает, что электромобили не такие «зеленые», как кажутся.
Поэтому для уменьшения общего экологического следа электромобиля первое решение могло бы заключаться во вмешательстве в производство энергии путем постепенного отказа от ископаемого топлива и ядерной энергетики в пользу возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой и т. так далее.). Похвальный проект, но он изо всех сил пытается выиграть в большинстве стран, в основном из-за важных экономических ставок. Вторая возможность состоит в том, чтобы сделать добычу сырья более эффективной. Однако в настоящее время, похоже, ни один жизнеспособный процесс не может заменить используемые методы, причем последние требуют большого количества энергии и воды, помимо загрязнения почвы.
Столкнувшись с этим двойным тупиком, кажется, что сразу можно использовать только один способ, который привлекает все больше и больше внимания: переработка батареи.
Правила, которые пока еще слишком нетребовательны
Однако было бы неправильно думать, что производители заинтересованы в утилизации аккумуляторных батарей электромобилей просто по доброте ума. Фактически они связаны принципом «Расширенной ответственности производителя» (РОП), возлагая на них ответственность за весь жизненный цикл продаваемых ими продуктов, в частности, в отношении обращения с отходами. В частности, Директива 2006/66 / EC, принятая Европейским парламентом в 2006 году, гласит, что «производители батарей и аккумуляторов и производители другой продукции, в которую встроены батареи или аккумуляторы, несут ответственность за управление отработанные батареи и аккумуляторы, которые они размещают на рынке ». Поэтому на практике производители обязаны обеспечить, чтобыесть система сбора и переработки, которую они могут использовать, особенно для аккумуляторов, перед продажей автомобиля(4) .Несмотря ни на что, правила все еще кажутся очень легкими перед лицом связанных с этим проблем. Следует отметить, что производители обязаны утилизировать только 50% от среднего веса «других отработанных батарей и аккумуляторов», в эту категорию, в частности, входят литий-ионные батареи. Для сравнения, европейские правила требуют минимальной переработки 65% свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых в тепловизионных транспортных средствах, и даже 75% никель-кадмиевых аккумуляторов, в основном используемых в промышленных целях (4). Это регулирование тем более идеально подходит для некоторых редких или драгоценных материалов, таких как, например, литий, чрезвычайно легких. Заинтересованность в их утилизации, хотя прежде всего необходимо утилизировать 50% веса батареи, может поэтому показаться производителям ограниченной.
Объем отходов, который может взорваться
В настоящее время эти низкие квоты рециркуляции по-прежнему оказывают ограниченное воздействие на окружающую среду, поскольку обрабатываемые объемы относительно малы. Во время слушаний в Сенате летом 2019 года Кристель Борис, тогдашний президент Стратегического комитета горнодобывающего и металлургического сектора, указала, что переработка аккумуляторных батарей для электромобилей на данный момент составляет лишь 15000 тонн. отходов в год. Но, учитывая ожидаемый рост электромобилей, этот объем можно увеличить в 3 раза к 2027 году или даже почти в 50 к 2035 году, чтобы достичь в общей сложности 700000 тонн в год (1).. Некоторые исследования, даже более уверенные в разработке электромобиля, даже предполагают, что перерабатываемые батареи уже будут составлять 2 миллиона тонн в год с 2030 года (5) . Безусловно, все будет зависеть от участия государственных органов в развитии сектора, но также и от состояния рынка подержанных электромобилей, что, возможно, позволит продлить срок утилизации.С учетом таких прогнозов улучшение вторичного использования - как с технической, так и с нормативной точки зрения - кажется важным и даже безотлагательным. Зачем ? Все просто потому, что законно ставить под сомнение судьбу отходов, которые не перерабатываются, будь то из-за технологических ограничений или отсутствия воли со стороны производителей. По словам Фредерика Салина, коммерческого директора по маркетингу компании SNAM - основного игрока в сборе и переработке аккумуляторов для электромобилей в Европе - все, что не перерабатывается, в конечном итоге уничтожается, сжигается и, наконец, захороняется. на 2% от первоначальной вместимости (1) . Таким образом, без капитального ремонта существующей системы к 2035 году ежегодно захоранивается до 14000 тонн отходов.
Утилизация аккумуляторов - область, требующая улучшений
Более чем когда-либо переработка является неотъемлемым этапом жизненного цикла аккумуляторов электромобилей. Но, несмотря на правила и участие многих игроков, операция все еще сталкивается со многими ограничениями как с технической, так и с экономической точки зрения.Каждому свой метод утилизации
Хотя методы рециркуляции различаются в зависимости от технологии батарей и участников, операция обычно начинается с разряда остаточной энергии, которая все еще присутствует - эту энергию можно даже использовать для питания другого оборудования -, контроль демонтажа компонентов. Основная цель - изолировать сотни литий-ионных элементов, из которых состоит аккумулятор, особенно электронные компоненты. Пластиковые и металлические компоненты, а также конструкция аккумулятора сортируются перед тем, как направить их в определенные каналы переработки.Затем следует самый сложный этап: разделение химических компонентов, лежащих в основе батареи, включая литий, кобальт, марганец, никель или даже редкоземельные элементы (церий, лантан, неодим и т. Д.). В настоящее время эту операцию можно выполнить двумя разными методами.
- Пирометаллургическая переработка : эта технология основана на газовых печах для пиролиза, позволяющих довести органические вещества до очень высокой температуры, чтобы разрушить их и улавливать загрязняющие элементы, содержащиеся в элементах. Таким образом, металлы можно разделять по их температуре плавления. Затем их помещают в специальный раствор для диссоциации химических элементов (лития, никеля, редкоземельных элементов и т. Д.) И их очистки.
- Механическая переработка : метод заключается в измельчении элементов перед извлечением электролита (жидкость, обеспечивающая циркуляцию ионов) испарением и его очистке путем конденсации. Таким образом, в отличие от термического процесса, электролит можно повторно использовать для новых батарей. После отделения от ионного раствора металлы, составляющие электроды, такие как литий, кобальт или марганец, можно будет легче отсортировать. Для этого используются такие процессы, как гравиметрическая (в зависимости от плотности материалов) или магнитная сепарация (в зависимости от поведения каждого материала, обращенного к магнитному полю).
Именно этот второй метод кажется наиболее эффективным на данный момент по нескольким причинам: он потребляет примерно на 70% меньше энергии, выделяет меньше CO 2 и может - теоретически - восстанавливает до 85% веса отработанных батарей (6) и до 91% для материалов, из которых состоят элементы (против чуть более 30% для пирометаллургических процессов) (7) . В отличие от термической рециркуляции, которая потребляет много энергии и выделяет много CO 2. Из-за использования газа механическая переработка будет отличаться еще по одному пункту: извлеченные таким образом металлы и компоненты позволят при производстве новых батарей генерировать меньше парниковых газов, чем при сборке с новые материалы.
Многие игроки, результаты разные
Однако к ранее выдвинутым цифрам следует относиться с недоверием. Действительно, сектору утилизации аккумуляторов для электромобилей иногда не хватает прозрачности, в то время как его участники умножают рекламу, превознося достоинства своих процессов.Переработка механическим способом - результаты которого кажутся наиболее убедительными - все еще относительно недавний метод. В частности, используемый немецкой компанией Duesenfeld, на данный момент не кажется, что он был официально принят европейскими производителями. Однако многие из них присоединились к сектору SNAM (Société Nouvelle d'Affinage des Métaux) - например, Peugeot, Toyota и Honda (8).- чья технология переработки в основном основана на термическом методе. Французская компания, со своей стороны, утверждает, что утилизирует 70% веса литий-ионных аккумуляторов (1) .
В сюжет вовлечены и другие актеры. В то время как Renault делает ставку на компанию Euro Dieuze, Nissan доверился Recupyl. Однако ни один из двух производителей особо не сообщает о полученных результатах. В отличие от Volkswagen, который сам занимается переработкой аккумуляторов своих электромобилей, в центре, расположенном в Зальцгиттере. По заявлению производителя, предприятие будет перерабатывать 1200 тонн аккумуляторов в год, на данный момент уровень переработки составляет 53%. Результат, который немец намерен улучшить до 72% в среднесрочной перспективе, а затем до 97% за счет совершенствования используемых методов (9) .
Этот обзор перерабатывающих игроков не мог быть полным без упоминания проекта ReLieVe (переработка литий-ионных аккумуляторов для электромобилей), разработанного Suez, Eramet и BASF. Эта программа, финансируемая Европейским союзом, стартовавшая в январе, имеет четкую цель: к 2025 году обеспечить 100% переработку литий-ионных аккумуляторов (10) . Для этого идея состоит в том, чтобы работать в замкнутом цикле и перерабатывать металлы без изменения их физических и химических свойств. Цель? Ничего не теряйте во время процесса и максимально уменьшите углеродное воздействие рециркуляции, которое очень велико при использовании пирометаллургического метода. Однако трудно получить больше информации об используемой в настоящее время технике.
Операция далеко не прибыльная
Независимо от используемой техники или участников, вложенных в предмет, переработка батарей по-прежнему создает другую проблему: кажется, что это трудно быть жизнеспособным с экономической точки зрения. По данным SNAM, в настоящее время сектор нерентабелен, в основном из-за все еще ограниченного объема обработки по сравнению с необходимыми инвестициями. Если компании обычно зарабатывают деньги на переработанных металлах, которые они затем могут перепродавать, равновесие все равно, кажется, не достигнуто, в частности, потому, что цены на материалы иногда падают. Чтобы решить эту проблему, SNAM, например, запланировала с Honda, чтобы производитель выплачивал ей денежный платеж, если стоимость материалов не покрывает расходы на переработку. Соглашение, чтомы представляем, что сложно удерживать в долгосрочной перспективе.Однако ситуация может быстро измениться - при условии сохранения литий-ионной технологии - поскольку в ближайшие годы спрос, похоже, резко возрастет. Согласно наиболее оптимистичным сценариям, электромобили могут составлять треть мирового автомобильного рынка с 2025 года и 70% к 2050 году. Последствия? Потребности производителей только в литии могут быть в 3-7 раз больше, чем сегодня. И здесь вторичная переработка проявляет весь свой интерес (11) .
В дополнение к тому, что обычный процесс экстракции все еще является рудиментарным, в настоящее время он позволяет извлекать только 40-50% лития, содержащегося в рассоле (солевой раствор, содержащий этот химический элемент). В то время как «всего» 28 тонн литий-ионных батарей необходимо для получения 1 тонны лития, для получения того же количества требуется 750 тонн рассола (11) . Что усиливает экономический интерес вторичной переработки, но, опять же, при условии, что мировой автомобильный рынок быстро электризуется.
Вторая жизнь, альтернатива утилизации
Столкнувшись с проблемами, с которыми сталкивается индустрия вторичной переработки, производители начинают понимать, что они должны максимально продлить срок службы аккумуляторов в электромобилях. Как? »Или« Что? Используя их для других целей, как только их вместимость становится недостаточной для транспортных средств.Решение для продления срока службы батарей на 10 лет
Большинство производителей считают, что срок службы аккумулятора электромобиля составляет от 1000 до 1500 циклов заряда-разряда. Кроме того, емкость хранилища обычно составляет от 70 до 80% от первоначальной. Поскольку уровень производительности больше не считается достаточным, в частности, потому, что он значительно ограничивает дальность действия транспортного средства, замена батареи становится необходимой.Но вместо того, чтобы напрямую перерабатывать его, чтобы извлечь как можно больше элементов, все чаще делается выбор в пользу использования всего оставшегося потенциала другими способами. Не имея достаточной эффективности для мобильного использования, использованный аккумулятор - сохраняя емкость от 70 до 80% - остается полностью пригодным для стационарного использования. Достаточно, чтобы продлить срок их службы еще до 10 лет для менее требовательных применений и, таким образом, снизить общее загрязнение, создаваемое батареями.
По-прежнему слишком мало инициатив
Хотя повторное использование батарей кажется подходящим решением для снижения их экологических и экономических затрат, так называемых проектов «второй жизни» по-прежнему мало.Ниссан и специальные стационарные хранилища
Nissan кажется наиболее продвинутым производителем в вопросе второй жизни аккумуляторов. В сотрудничестве с Eaton она разработала оборудование под названием xStorage Home, которым можно управлять со смартфона. Это полагается на использованные батареи для создания устройства хранения электроэнергии для людей. Если дом производит собственную возобновляемую энергию, в частности, с помощью солнечных батарей, система будет перезаряжаться, что позволит перераспределить накопленную таким образом электроэнергию, когда она понадобится дому, или продать ее обратно в сеть. В отсутствие фотоэлектрических панелей xStorage Home, тем не менее, имеет преимущество: он позволяет хранить электроэнергию в непиковые часы перед ее перераспределением в часы пик.
Вторая жизнь,главная тема для Renault
Для Renault вопрос переработки и повторного использования аккумуляторов также является центральным, поскольку 80% из них сдаются в аренду, и поэтому их замена редко осуществляется за счет автомобилиста. В дополнение к решению, аналогичному xStorage Home, французский производитель повторно использует использованные батареи, чтобы превратить их в зарядные станции, а также в систему аварийного хранения - например, в случае отключения электроэнергии. Это второе решение уже используется на голландском футбольном стадионе Johan Cruyff Arena, и это в ожидании возможного создания электростанции, способной обеспечивать электроэнергией не менее 120 000 домов. , всегда с использованными батареями.
Вторая жизнь столкнулась с серьезными проблемами
За исключением Nissan и Renault, инициативы по повторному использованию аккумуляторов электромобилей практически отсутствуют. Это удивительно, когда мы знаем, что стоимость хранения энергии может быть в 2 раза дешевле с переработанными батареями, чем с новыми конкретными батареями (12). К 2025 году разрыв может быть увеличен даже до 70% (13) .
Поэтому возникает вопрос: почему повторное использование не кажется единодушным среди производителей и производителей батарей? Просто потому, что для этого необходимо устранить (слишком) много препятствий.
- Технологическое несоответствие : используемые батареи одного и того же производителя могут отличаться от модели к модели, будь то с точки зрения их размера, химического состава или формата. Отсутствие стандартизации используемых технологий усложняет повторное использование аккумуляторов и, следовательно, требует очень больших объемов производства электромобилей, чтобы в конце их срока службы оставалось достаточно материала для повторного использования. Эта проблема тем более сложна, что к 2025 году может появиться более 15 различных производителей аккумуляторов для электромобилей (13) .
- Снижение производственных затрат : хотя литий-ионные батареи по-прежнему относительно дороги в производстве, их стоимость все еще снижается. В период с 2010 по 2019 год средняя цена за кВтч упала бы с 1200 до 156 долларов, то есть почти на 90%. К 2024 году цена может вырасти даже до 100 долларов за киловатт-час (14).. Это будет составлять «всего» 10 000 долларов (примерно 9 200 евро) за аккумулятор емкостью 100 кВтч, эквивалент того, что предлагает Tesla Model S, модель, занимающая верхнюю строчку в рейтинге самых автономных электромобилей. . Проблема в том, что повторное использование возможно только в том случае, если разница в стоимости новых и использованных батарей остается большой, в том числе для стационарного хранения. Однако этот разрыв, который, по оценкам, может достичь 70% в среднесрочной перспективе, может сократиться только до 25% к 2040 году, если стоимость производства новых батарей продолжит снижаться (13) .
- Отсутствие правил : если переработка или ремонт использованных аккумуляторов уже регламентированы, это не относится к повторному использованию. Таким образом, отсутствие стандартов, относящихся к характеристикам аккумуляторной батареи во второй жизни, не дает потребителям гарантии качества разработанной системы (зарядная станция, специальные хранилища и т. Д.). Вопрос ответственности также является центральным, поскольку производитель и производитель могут обвинять друг друга в случае возникновения проблемы.
Рычаги развития повторного использования аккумуляторов
Столкнувшись с этими различными проблемами, легче понять недостаточное участие производителей автомобилей. Однако они далеко не непреодолимы при условии проведения активной политики в этой сфере и целенаправленных действий.- Подумайте о второй жизни от производства : первая необходимость для производителей - производить электромобили, думая - еще на стадии проектирования - о приложении второй жизни. Преимущество? Аккумуляторы производства идеально подходят как для автомобилей, так и для стационарного хранения, что снижает стоимость повторного использования. Это то, что сделали Renault и Nissan. Второй также официально оформил в 2018 году партнерство с Sumitomo Corporation по повторному использованию аккумуляторов будущего Nissan Leaf для государственных и частных стационарных хранилищ.
- Разработайте ремонт : этот метод, который в настоящее время используется относительно мало, заключается в замене использованных элементов аккумулятора с целью увеличения емкости последнего. Таким образом, идея заключалась бы в разработке и промышленном внедрении этого процесса «ремонта» в больших масштабах, чтобы поддерживать разницу в стоимости между новыми и использованными батареями.
- Создайте референтный орган : многие глобальные агентства и другие альянсы производителей уже заинтересованы в создании стандартов безопасности для повторно используемых батарей. Однако до сих пор отсутствует справочный орган, способный сертифицировать характеристики вторичных аккумуляторов и гарантировать, что их использование адаптировано к потребностям различных приложений хранения.
- Быть действующим лицом в практике завтрашнего дня : в отсутствие нормативных положений, указывающих, является ли переработка или повторное использование подходящим вариантом, производители имеют возможность сделать свой собственный выбор и найти решения, позволяющие им представить новые торговые точки. коммерческий. Именно это и делает Renault, участвуя как в программах утилизации, так и в программах вторичного использования аккумуляторов. Преимущество? Французская компания экспериментирует как с отдельными лицами, так и с государственными учреждениями, и на основе своих отзывов определяет, какой путь будет лучшим для нее.
(1) Электромобили: 700 000 тонн аккумуляторов будут переработаны в 2035 году - Le Parisien - 2019
(2) Исследование: электромобиль в 4 раза меньше загрязняет окружающую среду, чем бензин и дизельное топливо - Чистый автомобиль - 2020
(3) Из колодца к рулю - Volkswagen - 2019
(4) Европейская директива 2006/66 / EC Европейского парламента и Совета от 6 сентября 2006 г. - Официальный журнал Европейского Союза - 2006 г.
(5) Краткое руководство по повторному использованию и переработке аккумуляторов - Союз для заинтересованных ученых - 2020 г.
(6) Утилизация аккумуляторов: все более «зеленая» - Чистый автомобиль - 2019
(7) Высокоэффективная переработка для превосходного экологического баланса - Duesenfeld - 2020
(8) Партнеры - SNAM - 2020
(9) Volkswagen представляет программу по утилизации аккумуляторов своих электромобилей - Caradisiac - 2019
(10) Eramet, Suez и BASF хотят повторно использовать аккумуляторы электромобилей - Les Echos - 2019
(11) Электрификация мирового автопарка и критичность литий к 2050 году - Ademe - 2018
(12) Старые аккумуляторные батареи для электромобилей могут помочь снизить затраты на хранение энергии - Bloomberg - 2020
(13) Батареи для электромобилей со вторым сроком службы: новейший пул ценности в хранении энергии - McKinsey & Company - 2019
(14) Цены на аккумуляторные батареи падают, поскольку рынок растет до среднерыночного уровня в 156 долларов за кВт · ч в 2019 году - BloombergNEF - 2019
