Можно с небольшой долей преувеличения сказать, что в настоящее время живем в эпоху электрических батарей. Батареи и аккумуляторы сегодня входят в состав большинства электрических и электронных устройств либо в виде миниатюрных элементов, хранящих данные в памяти устройств, либо аккумуляторов, обеспечивающих питание электрооборудования, либо больших аккумуляторов, обеспечивающих запуск дизельных или бензиновых двигателей.
Согласно статистическим данным, только в странах ЕС в прошлом году было продано 205 тысяч тонн портативных аккумуляторов.
Исследовательское агентство BloombergNEF ожидает, что в связи с сокращением использования ископаемых источников энергии и развитием фотоэлектрических, гидро- и ветряных электростанций произойдет экспоненциальный рост емкости аккумуляторных батарей до уровня 358 гигаватт и 1028 гигаватт-часов в ближайшие десять лет. Это в двадцать раз больше, чем 17 гигаватт и 34 гигаватт-часа, которые находились в эксплуатации на конец 2020 года.
По оценкам Всемирного экономического форума, для ускорения перехода к низкоуглеродной экономике необходимо девятнадцатикратное увеличение мирового производства аккумуляторов.
Прогноз предполагает, что большая часть, или 55% аккумуляторных накопителей энергии, построенных к 2030 году, будет служить для обеспечения эффективности передачи энергии в энергосистемы (например, для хранения солнечной или ветровой энергии для последующего использования).
Проекты с использованием возобновляемых ресурсов в сочетании с хранением полученной энергии становятся все более привлекательными, и ожидается резкий рост их реализации. Ожидается, что в случае локальных аккумуляторных батарей (в домах и на предприятиях) к 2030 году на них будет приходиться около четверти глобальных установок.
В связи с переходом на чистую энергетику разработка и производство аккумуляторов становится стратегическим императивом. Производство и разработка аккумуляторов имеет большое стратегическое значение в связи с переходом на экологически чистую энергию и как ключевая часть конкурентоспособности автомобильной промышленности.
Предполагается, что в период с 2020 по 2030 год в мире будет происходить интенсивный рост электрификации легковых автомобилей и микроавтобусов, автобусов и, в меньшей степени, грузовиков.
Многолетние исследования современных аккумуляторов показывают, что срок их службы составляет около 1200 циклов зарядки, что при нормальной эксплуатации составляет примерно десять лет. После этого их исходная емкость падает примерно до 75%.
Даже если такая батарея может уже не пригодиться для работы в исходном устройстве, она все равно может служить качественным накопителем электрической энергии. Это открывает целый ряд возможностей для повторного использования выброшенных аккумуляторов.
В наше время уже действуют аккумуляторные накопители энергии, в которых используются выброшенные аккумуляторы от электромобилей.
Примером может служить футбольный стадион Аякс в Амстердаме, где используется фотогальваническая электростанция мощностью 3 МВт с аккумуляторной батареей на 4 МВтч, состоящая из аккумуляторов от электромобилей Nissan Leaf.
148 аккумуляторов Nissan Leaf стали источником энергии для стадиона «Аякс» в Амстердаме. На стадионе также есть солнечная энергетическая установка с 4200 солнечными панелями.
Помимо Nissan с батареями Nissan Leaf есть и другие производители автомобилей, которые также участвуют в проектах по хранению электроэнергии с применением использованных аккумуляторных батарей.
Например, компания Мерседес-Бенц переоборудовала угольную электростанцию в систему хранения электроэнергии с автомобильными аккумуляторами.
Компания BMW также использует автомобильные аккумуляторы для проектов по хранению энергии. Она подключила BMW более 500 аккумуляторов BMW i3 к национальной электросети Великобритании.
Компания IBG производит индивидуальные аккумуляторные батареи из аккумуляторов, которые больше не служат своему первоначальному назначению, например, для промышленных объектов с солнечными панелями. Благодаря накопителю они могут равномерно расходовать энергию в течение дня. Для этого используются аккумуляторы с остаточной емкостью не менее 80 процентов.
Литий-ионные аккумуляторы получают вторую жизнь не только от автомобилей, но и от мобильных телефонов и других устройств. В Новой Зеландии использованные фонарики помогают спасать исчезающие виды птиц. Они оснащают устройства тепловизионной камерой, которая автоматически идентифицирует хищников
Однако по окончании повторного использования, когда емкость батареи падает ниже допустимого значения, наступает очередь утилизации.
Европа в настоящее время борется с нехваткой мощностей для переработки литиевых батарей и, в частности, аккумуляторов. Это связано как с небольшим количеством аккумуляторов, пригодных для переработки, так и с низкой рыночной стоимостью переработанного лития.
По данным перерабатывающих компаний, для рентабельной переработки лития производство больших литиевых батарей должно увеличиться примерно в пять раз.
Пирометаллургия — это старый тип переработки, который сегодня используется для всех свинцовых аккумуляторов обычных автомобилей. В случае литий-ионных аккумуляторов этот процесс недостаточно эффективен, получается только около 50 процентов от общей массы элемента.
Более современной технологией является гидрометаллургическая переработка, где, например, карбонаты, гидроксиды или сульфиды отдельных содержащихся металлов — лития, марганца, никеля, кобальта — получают с помощью выщелачивания.
После очистки они соответствуют тому состоянию химических веществ, которое получается при добыче полезных ископаемых, и их можно свободно добавлять в материал при производстве новых батарей.
Линии по переработке аккумуляторов появляются во всем мире. На данный момент они утилизируют литий-ионные аккумуляторы от электровелосипедов, инструментов, мобильных телефонов и другой электроники или неисправные аккумуляторы для электромобилей. Но через десять лет это будет бизнес, не похожий ни на что другое.
Переработка литий-ионных аккумуляторов в Германии (проект Volkswagen)
В дополнение к недавно добытым металлам или их соединениям производители аккумуляторов также должны быть заинтересованы в предстоящем европейском постановлении о покупке переработанных материалов.
С 2030 года во вновь производимые батареи необходимо будет добавлять не менее 12 процентов переработанного кобальта и по четыре процента лития и никеля. В 2035 году доля вторсырья увеличится.
Переработанный материал по-прежнему дороже первичного сырья, потому что его недостаточно для покрытия постоянных затрат на технологию, а также экономии за счет масштаба, как в горнодобывающей промышленности.
Сегодня во всем мире перерабатывается около пяти процентов литиевых батарей. Демонтаж осуществляется вручную, а логистика относится к категории обращения с опасными материалами. Литий очень реакционноспособен, и при механическом повреждении аккумулятора может произойти пожар.
Однако интерес к вторичной переработке со временем будет расти. С одной стороны, это связано с развитием электромобильности, а также в связи с ростом популярности аккумуляторных накопителей энергии из возобновляемых источников.
По прогнозу консалтинговой компании Ernst & Young и европейской энергетической ассоциации Eurelectric, к 2030 году европейский парк электромобилей увеличится до 65 миллионов машин с нынешних почти пяти миллионов.
Линия по переработке использованных аккумуляторов
В Европе уже есть несколько крупных перерабатывающих заводов мощностью тысячи тонн литиевых батарей в год.
Большим европейским переработчиком является бельгийская компания Umicore. В мае этого года шведская компания Hydrovolt запустила крупнейшую линию по переработке аккумуляторов для электромобилей. Она имеет мощность 12 000 тонн аккумуляторных модулей в год.
Европейские автопроизводители также планируют наладить переработку аккумуляторов от электромобилей.
Развитие в этой сфере идет колоссальными темпами. Поэтому сейчас популярным трендом является разработка и внедрение новых технологий подготовки, испытаний и сертификации отработанных аккумуляторов, а также утилизации и вторичной переработке аккумуляторов для повторного их использования в автомобильной промышленности или энергетике.