Пока литиевые элементы питания были маленькими и встречались только во всяких гаджетах да инструментах, на вопрос их утилизации никто внимания особенно много не обращал. Вредят окружающей среде существенно меньше, чем кислотные аккумуляторы и солевые батарейки — ну и черт с ними, пусть себе валяются на свалках. Однако рост электромобильной индустрии неожиданно показал, что в не самом отдаленном будущем количество мусора с литий-ионными «банками» вырастет на порядок.
В чем проблема
Методов утилизации литиевых аккумуляторов разработано уже немало. И во многих «странах первого мира» подобные элементы питания даже проходят полный цикл переработки. Но существует несколько связанных с этим процессом проблем. Во-первых, методы не самые дешевые, и многие из них попросту экономически не подходят для большинства регионов мира. Во-вторых, не все из них легко масштабируются под возрастающие объемы отходов. Наконец, в-третьих, итоговое сырье для изготовления новых батарей почти всегда имеет остаточные загрязнения — которые снижают потребительские качества «аккумуляторов из вторсырья».
В общих чертах любая технология переработки литий-ионных элементов питания выглядит следующим образом. Сначала аккумуляторные ячейки подготавливают — извлекают из батарейных блоков и полностью разряжают. Затем «банки» отправляются в шредер, где промышленная мельница перемалывает их в буквальную кашу из металлов, солей, пластика и прочих материалов. Ее нагревают и выпаривают легкоплавкие соединения, а также отводят получившиеся в процессе газы. Остаток называется «черной массой» — на следующих этапах он станет сырьем для меди, алюминия, железа, редкоземельных металлов и собственно лития.
Обилие фактически ручного труда на этапе подготовки нивелирует все возможные варианты оптимизации дальнейших процессов. Вклад процедур разборки батарейных блоков в общую экономику утилизации литиевых батарей получается слишком высоким. Из-за этого большинство промышленных гигантов не испытывали особого энтузиазма по поводу развития методик. Лидеры отрасли создали свои технологические процессы, убедились в их работоспособности, но дальше идти мешают банальные законы рынка. Однако общественное давление заставляет политиков и бизнес все же смотреть в сторону экологических инициатив и недавно появился очень интересный результат подобного взаимодействия.
Как решают
Несколько крупнейших американских научно-исследовательских учреждений объединились, чтобы разработать более эффективные методы утилизации литиевых аккумуляторов. В их числе такие мастодонты, как:
- National Renewable Energy Laboratory (NREL) — крупнейшая лаборатория США, специализирующаяся на возобновляемой энергетике;
- Argonne National Laboratory (ANL) — учреждение с более чем 75-летней историей, занимающееся вопросами применения фундаментальной науки в практической плоскости, подведомственна министерству энергетики США (DOE);
- Oak Ridge National Laboratory (ORNL) — еще более крупное и еще более старое, чем Аргоннская лаборатория, научное подразделение DOE;
- несколько крупных институтов и университетов, объединенных инициативой ReCell — проектом DOE по разработке перспективных технологий для «зеленого» транспорта.
Все вместе эти уважаемые организации задались основополагающим вопросом, связанным с переработкой батарей: где скрываются самые большие сложности? Очевидный ответ «в обилии ручного труда» на этапе подготовки ученые мужи (и дамы) либо проигнорировали, либо сочли находящимся вне сферы их компетенций. Поэтому за последний год был сформирован пул проблем, требующих первоочередного внимания.
Для начала разобрались с загрязнениями материалов, полученных в результат переработки. Посвященная этому вопросу научная работа опубликована в рецензируемом журнале Journal of Power Sources. Исследование посвящено поиску методов определения сигнатур (химических «подписей») различных примесей в «черной массе». А также способам их последующего как можно более полного удаления из конечных продуктов процесса утилизации. Выводы обнадеживающие — прогресс достигнут. Однако практических реализаций ученые пока предложить не могут, требуется дальнейшая работа.
Отметим, что несмотря на очень общие результаты первого исследования и довольно неспешный темп работы столь крупных структур, инициатива более чем похвальная. Одно дело, когда разработкой метода переработки отходов занимается отдельная компания с ограниченными возможностями и намерениями адаптировать свой процесс под собственные нужды. Другое — когда за проблему берется междисциплинарный коллектив ученых, финансируемых крупнейшими научно-исследовательскими учреждениями отрасли. Да, во втором случае расходование средств навряд ли будет столь же рациональным. Зато конечный результат вероятнее всего окажется универсальным, эффективным и доступным бизнесу без лицензионных отчислений. Более того, косвенно американские разработки в этой области повлияют в лучшую сторону на жизнь огромного количества людей по всему миру.