Dokážeme recyklovat baterie?

15.7.2019

SKLADOVÁNÍ ENERGIE - Vyhozené lithium-iontové baterie jsou dnes nevyužívaným zdrojem. Změna je možná a dá se očekávat.

Zoom galleryTrh s bateriemi čeká exploze. Pokud by došlo ke splnění všech dnes uváděných plánů, podle nedávného sčítání analytiků z Benchmark Mineral Intelligence by mělo po světě vyrůst do roku 2028 zhruba 70 velkých „megatováren“, tedy takových, z nichž každá dokáže za rok vyrobit baterie o kapacitě více než jedna gigawatthodina (GWh). Celkem by všechny tyto mohly při stoprocentním vytížení vyrobit baterie o kapacitě až 1500 GWh. To je přibližně desetkrát více než globální produkce v roce 2018. 

Co se s horou hořlavého, a přitom cenného odpadu stane, až doslouží? Zkušenosti z naší současnosti svádějí ke skepsi: vždyť elektronický odpad představuje přes svou papírově značnou hodnotu v nízkých miliardách dolarů ročně stále jen… odpad. Neexistují postupy ani motivace, jak z hromady odhozených notebooků či mobilních telefonů vytěžit stovky tun zlata, které obsahují.  Může to být s bateriemi jiné? 

Dvojí život baterek

Dnešní situace opravdu není příliš uspokojivá. Dnes neexistují například žádné systémy na sběr menších „lionek“. Ukládání energie v chemických bateriích ve velkém měřítku, tedy masová produkce elektromobilů či využívání bateriových systémů v energetice, je naprostou novinkou. Zatím se trh teprve formuje, není vůbec jisté, jak bude vypadat a jak veliký bude. 

Většina větších dnes používaných baterií je tedy na samém počátku své životnosti a ještě roky se zřejmě budou používat.

Množství například lithia, které z nich v příští dekádě bude možné „vytěžit“, by i v nejlepším případě představovalo pouze malý zlomek rychle rostoucí poptávky po tomto materiálu. Tedy samozřejmě za předpokladu, že poptávka skutečně poroste tak rychle, jak dnešní velmi ambiciózní odhady naznačují. 

Řada baterií také zřejmě bude moci najít „druhý život“, tedy druhotné využití, které výrazně prodlouží jejich celkovou životnost. Zatím se uvažuje o takovém nasazení baterií z plánovaných flotil elektromobilů. V automobilovém průmyslu se zřejmě bude dodržovat standard, podle kterého až kapacita baterií klesne pod 80 %, budou se vyřazovat a nahrazovat novými. Takové baterie by mohly velmi snadno najít využití ve stacionárních úložištích, například v různých domácích systémech, kde je cena mnohem důležitějším faktorem než měrná kapacita nebo hmotnost. 

Společnost Tesla tak využívá prakticky všechny vysloužilé bateriové „packy“ ze svých vozů, podobné plány mají i Hyundai, BMW či Renault. Poradní společnost Creation Inn nedávno odhadla, že druhotné využití v domácích či průmyslových bateriích najde 60 % ojetých baterií z elektromobilů. A to je spíše spodní hranice odhadu, protože výrobci automobilových baterií mají všechnu motivaci ke zvyšování tohoto podílu. Mohou si tím nejen pomoci finančně, ale také oddálit náklady na recyklaci. 

Kobalt, pak ti druzí

Není tedy nic překvapivého na tom, že odhady celkového množství recyklovaného lithia (přesněji řečeno ekvivalentu karbonátu lithia – LCE) v příštích dekádách se liší o řád: od vyšších jednotek tisíců tun ročně po několik desítek tisíc tun. A podle některých optimistů bychom snad někdy v příštích deseti letech mohli recyklovat i více než sto tisíc tun LCE ročně. To není možná zcela nereálný odhad, protože během příští dekády by celková roční poptávka po karbonátu lithia měla dosáhnout hodnot přes milion tun ročně. 

Odhadované prudké zvyšování poptávky samozřejmě recyklaci nahrává: v tuto chvíli není jasné, odkud se materiály do baterií vezmou. Lithia ani jiných klíčových prvků není v zemské kůře kritický nedostatek, otázkou je, jak rychle bude probíhat rozvoj těžebních kapacit. To spolu s legislativou vyspělých zemí, která tlačí na recyklaci lithiových baterií, nahrává právě snahám o druhotné využití bateriového odpadu. Například v Evropské unii platí nařízení (EU 493/2012), podle kterého jsou baterie z elektromobilů či třeba domácích systémů považovány za „průmyslové“ baterie. To znamená, že 95 % všech těchto baterií musí být znovu shromážděno a nejméně polovina materiálu z nich se musí znovu recyklovat. 

Zoom gallery

Nejrychleji se tedy nejspíše bude vyvíjet technologie získávání vybraných vhodných či nedostupných materiálů. Zajímavé a „těžitelné“ by měly být v první řadě kovy obsažené v bateriích. Zájem se zatím soustředí především na nikl či kobalt, který se stal v posledních letech předmětem velkých spekulací. Výhodou v jeho případě je i skutečnost, že výrobci obsah tohoto prvku v článcích postupně snižují, a staré baterie pro ně představují zajímavý koncentrovaný zdroj. Někteří odborníci proto očekávají, že již během několika příštích let by se tak mohlo z recyklovaného kobaltu pokrýt zhruba 20 % celkové poptávky výrobců baterií. 

Vysoká míra recyklace se předpokládá například u katod lithium-iontových baterií, které se vyrábějí z různých kovových oxidů podle technologie (někdy obsahují zmíněný kobalt, ale i mangan, nikl, hliník a další kovy). U lithia jsou výhledy nejisté, protože, jak jsme psali výše, předpokládá se tak gigantický nárůst poptávky, že role recyklace bude v blízké budoucnosti zřejmě velmi omezená. 

Jak na to? 

Než se pustíme do otázky samotných postupů recyklace, měli bychom připomenout, že debata je zatím v podstatě čistě teoretická. Ano, na papíře se zdá, že lithiovou baterii lze teoreticky recyklovat téměř kompletně. Společnost Recupyl například vyvinula již v roce 2003 proces recyklace, kterým lze získat přes 90 % v baterii obsaženého lithia – ovšem je drahý a fungoval zatím jen v laboratorním měřítku. Jde spíše o ilustraci toho, že potenciál k recyklaci materiálu z baterií existuje a nevyžaduje zkoumání zcela zásadně nových postupů a metod. 

Ovšem průmyslový vývoj rozhodně ukončen není. Ve větším měřítku se dnes používá pouze v několika málo provozech tzv. pyrometalurgický proces, tedy velmi zjednodušeně rozklad za vysokých teplot. Jeho výsledky jsou ovšem podstatně horší a získaný materiál je mnohdy příliš nekvalitní (plný příměsí, atd.). K čemu je recyklace lithia, když výsledný materiál je tak nekvalitní, že se do baterií použít již nedá – a v podstatě žádné stejně výnosné využití pro lithium dnes nemáme, alespoň ne ve srovnatelných objemech? 

Podle řady odborníků mají spíše potenciál postupy založené na hydrometalurgii (tedy využití vodného roztoku a operací k rozdělení různých komponent), jež slibuje potenciálně větší zisky než pyrometalurgie. Během postupu, který probíhá obecně spíše za nízkých teplot, se kovy z recyklovaného materiálu za použití kyseliny nebo solí změní na roztoky, které se pak pomocí různých dalších postupů (cementace, elektrolýzy, hydrolýzy, ohřevu, krystalizace) od sebe oddělují a pak postupně ze směsi získávají. 

Podobný proces by snad měla začít v průmyslovém měřítku využívat například finská společnost Crisolteq, která s pomocí svého hydrometalurgického procesu dokáže recyklovat údajně kolem 80 % kobaltu, niklu, lithia či manganu obsažených v článcích. (Obal, elektronika, vodiče atp. se recyklují zvlášť jinými postupy, samozřejmě.) Znovu je ovšem otázkou, zda si v blízké době dokáže firma zajistit dostatečnou zásobu suroviny, aby mohla vůbec závod uvést do provozu. 

Rozhodně bychom také neměli zapomínat na to, že tento proces, stejně jako většina ostatních, se zkoušel pouze v malém měřítku. Údaje o účinnosti a finanční náročnosti proto nelze v tuto chvíli považovat za ověřené. 

Čínské trable

Výhled do budoucnosti komplikuje i politika. Především USA, ale v menší míře i evropské země se rozhodly po letech obav bojovat proti (skutečné i domnělé) čínské státní podpoře tamní ekonomiky, podniků a technologické špionáže. Přitom Čína je zatím ve zdaleka nejlepším postavení, aby postavila silný recyklační průmysl v oboru. 

Nedávná zpráva konzultační firmy Creation Inn k problematice na základě současných trendů předpokládá, že do poloviny příštího desetiletí budou více než dvě třetiny z celkového množství recyklovaných lithium-iontových baterií recyklovány právě v Číně. Je to logické, většina takto získaných materiálů bude rychlou cestou putovat zpět do výroby, jejímž těžištěm zatím je (a pokud se něco zásadního nezmění, v dohledné době i bude) právě nejlidnatější země světa. 

Země „prvního světa“ jistě začnou časem budovat vlastní recyklační kapacity, ale stejně jako v případě samotné výroby baterií se zdá pravděpodobné, že náběh bude pomalý. Čína by tak nejspíše měla v příštích letech získat v oboru recyklace významný náskok, který se dá vykládat jako logický důsledek koncentrace výrobních kapacit a dostatečné expertizy v oboru. Zatím se zdá, že vývoj k tomuto víceméně přirozenému výsledku směřuje; zda ale budeme vozit staré baterie do Číny podobně, jako tomu bylo dlouho s plasty, se opravdu teprve uvidí. 

Svou roli ve formování odvětví by mohly hrát i faktory reklamní a marketingové. Ekologický aspekt je pro řadu zákazníků, kteří volí elektromobil, důležitý. Podle průzkumů jde o jednu z hlavních motivací zájemců o vůz s tímto typem pohonu. 

Proto se například Tesla chlubí, že má „unikátní systém recyklace s uzavřeným cyklem“, který je praktickou ukázkou možností přechodu od fosilních paliv. Otázka, jakou zátěž pro životní prostředí baterie, jejich výroba a likvidace představují, bude nepochybně předmětem zájmu skeptiků. Demonstrace účinné recyklace vyrazí protivníkům v tomto případě účinně zbraň z ruky. 

Důvodů, proč věřit, že recyklace lithiových baterií má světlou budoucnost, je celá řada – a některé z nich jsou i lepší než jen marketingové. Prakticky řečeno je tato budoucnost ovšem ještě poměrně vzdálená. A stejně jako v případě třeba elektronického odpadu se jeho řešení bude odsouvat, dokud nás doslova nezavalí.

spe - Svět plný energie - je magazínem vydávaným společností Lumius.

Zoom galleryGraf:Top 5 výrobců lithium-iontových baterií podle kapacity. Celková výrobní kapacita závodů na „ionky“ dosáhla v roce 2018 zhruba 285 GWh. Zhruba 55 procent z toho připadá na první pětici podniků.

 

Svět plný energie > Témata > Dokážeme recyklovat baterie?

Aktuality
16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

15.4.2019 OZE dodaly v Německu 65% elektřiny

AKTUALITY - První týden v březnu Německo zažilo energetickou premiéru: obnovitelné zdroje energie (OZE) vyrobily rekordních 65 % veškeré elektřiny. celý článek

11.3.2019 Ve Fukušimě není místo pro hlínu

AKTUALITY - Osm let po havárii Fukušimy se její likvidátoři potýkají s nepříjemným problémem - nedostatkem místa pro nebezpečný odpad.  celý článek

4.2.2019 Jak skladovat elektřinu v betonu

SKLADOVÁNÍ ENERGIE - Švýcarský start-up zkouší prorazit s velmi netradiční „baterií“, která se neobejde bez jeřábu. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Josef Janků,
Jakub Merta, Jan Gregor

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Aktuality
16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

15.4.2019 OZE dodaly v Německu 65% elektřiny

AKTUALITY - První týden v březnu Německo zažilo energetickou premiéru: obnovitelné zdroje energie (OZE) vyrobily rekordních 65 % veškeré elektřiny. celý článek

11.3.2019 Ve Fukušimě není místo pro hlínu

AKTUALITY - Osm let po havárii Fukušimy se její likvidátoři potýkají s nepříjemným problémem - nedostatkem místa pro nebezpečný odpad.  celý článek

4.2.2019 Jak skladovat elektřinu v betonu

SKLADOVÁNÍ ENERGIE - Švýcarský start-up zkouší prorazit s velmi netradiční „baterií“, která se neobejde bez jeřábu. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Josef Janků,
Jakub Merta, Jan Gregor

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: