Электромобили: в чем опасность?

Колонка редактора

27 августа 2021 . 09:00

Электромобили считаются экологичной заменой машин на бензиновых и дизельных двигателях. Во всем мире стимулируется их производство и использование. Однако, аккумуляторы, которые используются в электромобилях, требуют большого количества ценных металлов, имеют ограниченный срок действия и весьма дороги в переработке. Что нужно сделать, чтобы в ближайшее время они не стали губительны для экологии планеты?

К 2030 году по дорогам мира будет ездить 145 млн электромобилей.
Многие автогиганты смело заявляют, что вообще перестанут выпускать машины с бензиновыми и дизельными двигателями. Например, General Motors грозится сделать это к 2035 году, Audi — к 2033. Правительства многих стран принимают документы, регулирующие этот процесс.

Но даже пока столь радикальные меры еще не приняты, в эксплуатации находится около 10 млн электромобилей. Рекорд их продаж — 3,1 млн единиц — был поставлен в 2020 году, несмотря на «коронавирусные» трудности для всей автомобильной отрасли.

Но нет ничего вечного. По одной из оценок, до 2030 года ожидается вывод из эксплуатации более 12 млн тонн литий-ионных батарей. Они уже потребовали огромного количества сырья для производства, а теперь угрожают появлением большого числа отходов.

В этих условиях возникает две проблемы, требующих решения. Первая — как сократить в батареях количество редких и дефицитных металлов, а также неэкологичных и сложных в добыче веществ. Вторая — как улучшить переработку аккумуляторов, чтобы ценные материалы, которые в них содержатся, можно было использовать повторно.

Отказа от литий-ионных батарей в ближайшее время не ожидается и, скорее всего, они будут доминировать. С момента выхода на рынок в 1990-х годах, их производительность возросла, а стоимость упала в 30 раз. Тенденция продолжается, и по прогнозам через 2 года стоимость упадет еще на 20% — ниже 100 долларов за 1 КВт/ч. В итоге к середине 2020-х годов электромобили должны сравняться по цене с обычными автомобилями.

Количество металлов, используемых в аккумуляторах, различается в зависимости от типов самих батарей и моделей электромобилей, но цифры высоки. Например, в литий-ионном аккумулятора NMC532 содержится около 8 кг лития, 35 кг никеля, 20 кг марганца и 14 кг кобальта.

Сам по себе литий дефицитом не является. По оценкам ученых, текущие запасы этого металла — 21 млн тонн. Но увеличение его добычи принесет дополнительные проблемы для окружающей среды. Литий извлекают из горной породы или из соляных озер. В первом случае требуется большое количество электроэнергии, во втором — воды. Последний способ менее вредный, так как появились современные методы получения лития из геотермальной воды с использованием геотермальной же энергии.

Большее беспокойство вызывает ситуация с кобальтом — наиболее ценным материалом в современных аккумуляторах для электромобилей. 2/3 добычи происходит в Демократической Республике Конго. Рабочие трудятся в очень вредных для здоровья условиях — кобальт токсичен при неправильном обращении, а никакие нормы, конечно, не соблюдаются. При этом часто используется детский труд.

Многие научные лаборатории сейчас экспериментируют, пытаясь использовать в катодах меньшее количество кобальта или даже вовсе обойтись без него. До последнего времени это приводило к снижению удельной ёмкости батарей. Но, недавно в Техасском университете в Остине кобальт удалось заменить сочетаниями других металлов, сохранив при этом нужные характеристики. Производители Tesla также заявляют, что намерены в ближайшие несколько лет исключить из своих аккумуляторов кобальт.

Однако, исчезновение кобальта из состава батарей может привести к другой проблеме. Ведь именно этот металл делает выгодной переработку отслуживших срок аккумуляторов. Добыча остальных, особенно лития, обходится гораздо дешевле, чем переработка.

Сейчас, как правило, отслужившие срок аккумуляторы измельчают, в результате чего образуется порошкообразная смесь всех используемых материалов. Затем эта смесь распадается на элементарные составляющие путем расплавления и сжижения, либо растворения в кислоте.

После чего металлы осаждаются из раствора в виде солей. Задача ученых — сделать этот процесс как можно более продуктивным и экономичным.

Большинство литий-ионных аккумуляторов производится в Китае, Японии и Южной Корее. Соответственно там же наиболее быстрыми темпами развивается переработка. Например, расположенная в Китайском Фошане компания Guangdong Brunp может перерабатывать 120 тыс. тонн батарей в год и способна восстановить большую часть лития, кобальта и никеля. Тем более что в Китае на государственном уровне стимулируется и поощряется деятельность компаний, покупающих материалы у компаний по переработке, а не у добытчиков.

В США же пока всячески поддерживаются производители аккумуляторов для электромобилей, которые пока не причислены к опасным отходам, нуждающихся в особой утилизации.

Европейская комиссия предложила вводить строгие требования к переработке аккумуляторов поэтапно, с 2023 года.

ЕС и государственно-частное партнерство Global Battery Alliance (GBA) пытаются разработать цифровой «паспорт» — электронную запись для каждого аккумулятора, которая будет содержать информацию обо всем его жизненном цикле.

Торстен Фройнд, руководитель проекта «Battery Passport» GBA: «Мы думаем о QR-коде или устройстве обнаружения. Они могут сообщать о состоянии и оставшейся емкости аккумулятора, помогая производителям транспортных средств направлять его для повторного использования или на предприятия по переработке. Данные о материалах могут помочь переработчикам сориентироваться в бесчисленных химических составах литий-ионных батарей. А когда переработка станет более распространенной, в паспорте будет также указано количество переработанного содержимого в новых батареях».

Однако, по мнению экспертов, лучшим решением проблемы может стать увеличение срока службы аккумуляторов. Британскому стартапу Aceleron удалось разработать технологию, по которой элементы аккумулятора в процессе производства не свариваются, а скрепляются с помощью зажимов. Соответственно, в случае возникновения неисправности в одном из его компонентов, последний можно открепить и заменить. Таким образом, аккумулятор прослужит дольше.

Кроме того, использование этих батарей в электромобилях может стать только «первой жизнью». Вторую они могут получить, накапливая избыточную энергию, генерируемую солнечными или ветряными электростанциями.

Такой опыт уже есть. В Великобритании энергетическая компания Powervault оснастила батареями Renault бытовые системы накопления энергии.

Энергетическая компания Enel Group сейчас использует 90 аккумуляторов, отработавших на электромобилях Nissan Leaf, в хранилище энергии в испанском Мелилье. Стадион Johan Cruijff Arena в Амстердаме также в качестве системы хранения энергии использует в том числе отработавшие свой срок аккумуляторы этой марки.

Такое применение позволит вывести из использования для подобных целей традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы.

По статистике, только 60% их количества установлено в автомобилях. 20% применяют как раз для хранения избыточной солнечной энергии, главным образом это характерно для африканских стран. Но в жарком климате аккумуляторы служат около двух лет, после чего чаще всего оказываются на заднем дворе, ведь на всем континенте есть всего несколько предприятий, занимающихся их переработкой. Специалисты считают, что литий-ионные аккумуляторы станут менее токсичной и более долговечной альтернативой.

По материалам: nature.com, theguardian.com, canalys.com, e-cars.tech, electrek.co, insideevs.ru

Читать далее
Дубай - самый большой завод

Еще 50 лет назад здесь жили несколько тысяч кочевников, промышляющие сбором фиников и рыболовством. Сегодня на месте бывшей деревни посреди пустыни - Дубай, символ человеческого прогресса. А в 2020 году в городе появится самый большой в мире завод по термической переработке отходов в энергию,...

06 Марта 2018
Кто и почему закрывает...

Власти Мадрида приняли решение закрыть старейший мусоросжигательный завод Valdemingómez. Сделать они это планируют к 2025 году и называют этот шаг ключевым в улучшении управления отходами.

04 Октября 2018
Йемен. Как деревня...

Еще в начале 2000-х столица Йемена, город Сана, напоминал обыкновенную деревню с захламленными улицами, толпами нищих и стадами баранов посреди городской площади. Поход с мусорным мешком к контейнеру...

30 Января 2018
Сообщение