Kiek iš tikro gamtai pavojingas moderniausias transportas žemėje – elektromobiliai ir jų baterijos: kaip jos perdirbamos?

Lietuvos ir viso pasaulio keliuose elektromobilių (EV) šiandien yra daugiau nei bet kada anksčiau. Vis daugiau žmonių pradeda atsisakyti vidaus degimo variklį turinčio transporto priemonių, kad sumažintų anglies dioksido išmetimą, kuris prisideda prie klimato kaitos. Bet kaip dėl baterijų, naudojamų šiam elektriniam transportui, poveikio aplinkai?

Kiek baterijų rūšių yra ir kaip jos veikia?

Kadangi elektromobilių rinka plečiasi, o vartotojai turi daugiau pasirinkimo, kai kalbama apie gamintojus ir modelius, svarbu suprasti skirtingus akumuliatorių tipus ir kas į juos patenka.

Pasak JAV Energetikos departamento, yra keturi pagrindiniai energijos kaupimo sistemų tipai, naudojami elektromobiliuose:

• Ličio jonų baterijos: jos naudojamos tokiuose įrenginiuose kaip mobilieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai. Elektromobilių pramonėje jos yra plačiai naudojamos dėl didelio efektyvumo, gero veikimo aukštoje temperatūroje, mažo savaiminio išsikrovimo (cheminės reakcijos, dėl kurios prarandamas įkrovimas) ir dėl to, kad daugumą jų komponentų galima perdirbti.
• Nikelio–metalo hidrido akumuliatoriai: jų galite rasti daugelyje rinkoje esančių hibridų, nors daugumoje įkraunamų elektromobilių jas pakeitė ličio jonų akumuliatoriai. Pagrindiniai nikelio–metalo hidrido akumuliatorių iššūkiai yra jų didelė kaina, didelis savaiminis išsikrovimas ir mažas našumas aukštesnėje temperatūroje. Tačiau jie paprastai laikomi saugesniais nei ličio jonų akumuliatoriai, nes neturi skysto elektrolito, kuris gali išsilieti per avarijas.
• Švino rūgšties akumuliatoriai: tai pigiausios ir seniausios baterijos. Įkraunant ir veikiant paprastai išsiskiria vandenilis, deguonis ir siera. Aštuntajame dešimtmetyje jie buvo naudojami ankstyvosioms elektromobilių versijoms maitinti.
• Ultrakondensatoriai: naudingi suteikiant papildomos galios įsibėgėjant ir važiuojant į kalną. Jie gali būti naudojami kaip antrinė energijos saugykla elektromobiliuose, nes jie gali greitai kaupti ir atiduoti energiją, kartu apsaugant pagrindines baterijas nuo perkaitimo.

Pastaraisiais metais daug dėmesio buvo skiriama ir kitų tipų akumuliatoriams. Pavyzdžiui, 2021 metais „Tesla“ standartinio diapazono transporto priemonėms pasirinko ličio–geležies fosfato (LFP) akumuliatorių.

„Chemijos požiūriu ir gyvavimo ciklo požiūriu jie gali tarnauti keturis ar penkis kartus ilgiau nei ličio jonų akumuliatoriai, be to, jie laikomi saugesniais“, – sakė Kanados miesto tranzito tyrimų ir inovacijų konsorciumo prezidentas bei generalinis direktorius Josipa Petrunic.

„Tesla“ mokslininkai taip pat bendradarbiauja su Dalhousie universitetu Halifakso mieste, kad sukurtų nikelio pagrindu pagamintą bateriją, kuri būtų patvaresnė nei LFP baterija ir optimaliomis sąlygomis galėtų tarnauti 100 ar daugiau metų.

Kiek laiko veikia EV baterija?

Tai priklauso nuo to, kokios baterijos naudojamos ir kaip jomis rūpinatės. Remiantis dabartine EV rinka, baterijų paketams turėtų būti suteikta aštuonerių metų garantija. Tačiau Steve'as LeVine'as, leidinio „Electric“ redaktorius, kuriame pagrindinis dėmesys skiriamas elektrinėms transporto priemonėms ir ličio jonų akumuliatoriams, teigia, kad jie iš tikrųjų tarnauja daug ilgiau.

Kai elektromobilių baterijų paketas susilpnėja iki maždaug 75 procentų savo pradinės talpos, laikoma, kad jo eksploatavimo laikas baigiasi.

„Automobilių gamintojai puikiai žino, kad akumuliatorius blogės. Jis pradeda prastėti jau pirmąją dieną. Tokia fizika. Tačiau gamintojai nori, kad vartotojai turėtų 75–80 procentų tos talpos ir po maždaug penkerių–septynerių metų“, – sakė Petrunic.

Pasak JAV įsikūrusios EV propagavimo grupės „Green Cars“, siekiant išlaikyti akumuliatoriaus būklę, rekomenduojama neįkrauti savo EV daugiau nei 80 procentų ir neleisti visiškai išsikrauti iki nulio.

„Prie to reikia šiek tiek priprasti“, – sakė Petrunic. Bet apie šią taisyklę šiandien žino praktiškai kiekvienas EV transporto priemonės savininkas.

Pasak ekspertų, jei išlaikysite savo akumuliatorių įkrautą optimaliame diapazone, galite pailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką bent 50 procentų. O tai, pripažinkime, yra labai daug. Ir didžiąja dalimi viskas priklauso nuo pačių vartotojų elgesio įpročių.

Kaip utilizuojamos panaudotos elektromobilių baterijos? Ar elektromobilių baterijas galima perdirbti?

Nors visi baterijų komponentai yra perdirbami, didesnis iššūkis yra tai, kad šių gaminių perdirbimo pramonė nėra taip gerai išvystyta, sako Petrunic.

„Metalai yra perdirbami, bet jie nėra vertingi... kaip, pavyzdžiui, geležis ir fosfatas, – sakė LeVine'as. – Litis yra vertingas“.

Jis sako, kad norint paskatinti geležies ir fosfato perdirbimą, reikia vyriausybių politinių sprendimų.

Kalbant apie ličio jonų baterijų perdirbimą, šiuo metu yra trys pagrindiniai jų perdirbimo būdai. Jie apima:

• Pirometalurgija, taip pat žinoma kaip lydymas.
• Hidrometalurgija.
• Tiesioginis perdirbimas.

Pirometalurgija arba lydymas yra įprastas ličio jonų ir nikelio–metalo hidrido akumuliatorių perdirbimo būdas. Daug išteklių reikalaujantis procesas atgauna tik 40–50 procentų akumuliatoriaus medžiagų ir gamina šiltnamio efektą sukeliančias dujas.

Pasak JAV Energetikos departamento, šie vertingi metalai ir druskos yra rafinuojami ir tinkami bet kokiam panaudojimui.

Hidrometalurgija prasideda nuo akumuliatorių celių „smulkinimo“, leidžiančio atgauti metalus. Tai apima ir jonų tirpinimą naudojant rūgštį.

Per nusodinimo procesą iš šio tirpalo išgaunamos įvairios metalų druskos, aiškina Jeffrey Spangenbergeris, ReCell centro, įsikūrusio „Argonne“ nacionalinėje laboratorijoje Lemonte, direktorius, kuris skatina baterijų perdirbimo tyrimus ir plėtrą.

Jis sako, kad vis daugiau įmonių bando naudoti šį hidroizoliacinį procesą.

Pasak „Lithion“, privačios ličio jonų akumuliatorių perdirbimo įmonės, toks smulkinimas gali leisti atgauti iki 95 procentų ličio jonų akumuliatorių komponentų, kuriuos vėl galima pakartotinai panaudoti.

Remiantis „Argonne“ nacionalinės laboratorijos duomenimis, po susmulkinimo akumuliatorius taip pat galima perdirbti naudojant tiesioginius perdirbimo procesus, tokius kaip gravitacinis atskyrimas, kuris atgauna vertingas medžiagas nesukeldamas cheminių pokyčių.

Nors ši praktika taikoma jau seniai, jos tik pradedamos taikyti perdirbant elektromobilių baterijas.

„[Šis] metodas turi didžiulį potencialą dėl ekonominių ir aplinkosaugos priežasčių, tačiau su tuo susiję daug iššūkių“, – CBC News sakė Spangenbergeris.

Tačiau tai gali būti daug išteklių reikalaujantis procesas, o vienu metu galima perdirbti tik vieno tipo baterijas, todėl perdirbti skirtingų baterijų asortimentą tampa sunku.

JAV Energetikos departamentas aiškiai pažymi, kad šiuo metu pasauliniu lygiu vyksta labai intensyvūs ir nenutrūkstami baterijų perdirbimo procesų gerinimo darbai, kurie leistų EV naudojamus akumuliatorius perdirbti su maksimaliu efektyvu, išgaunant daugiausiai medžiagų ir taip sumažinant neigiamą poveikį aplinkai.

Svarbu pažymėti, kad dabartinis akumuliatorių perdirbimas gali būti brangus, todėl, pasak „Green Cars“, pakartotinis akumuliatorių panaudojimas turi būti ekonomiškesnis.

Daugelis automobilių gamintojų tiria įvairius būdus, kaip dar kartą panaudoti pasenusias EV baterijas.

Japonijoje „Nissan“ nusitaikė į senus gatvių žibintus.

„Jei jūsų baterija, žinote, nebenaudojate jos savo „Tesla“... tai vis tiek yra akumuliatoriaus elementas, galintis kaupti [energiją]“, – sako Simono Fraserio universiteto Tvaraus transporto veiksmų tyrimų grupės direktorius Jonnas Axsenas.

Pavyzdžiui, Axsenas pasiūlė, kad senos EV baterijos galėtų būti naudojamos jūsų namuose išlaikyti saulės panelių pagamintai energijai.

Tačiau Petrunic pabrėžė, kad EV baterijų panaudojimo iššūkis yra tas, kad jos nėra pagamintos tokiam tikslui.

Iš kur gaunamos žaliavos elektromobilių baterijoms?

JAV Nacionalinio sveikatos instituto (NIH) duomenimis, pagrindinės medžiagos, naudojamos EV baterijų kūrimui, yra grafitas, kobaltas, litis, manganas ir nikelis.

Tačiau įsigyti šių pagrindinių mineralų nėra lengva užduotis, nes jie atkeliauja iš įvairių kasyklų visame pasaulyje.

Kinija buvo didžiausias grafito išgavėjas ir gamintojas – plačiausiai elektromobilių akumuliatoriuose naudojamo mineralo. „S&P Global Commodity Insights“ duomenimis, Kinija kontroliuoja beveik 79 procentus pasaulinės produkcijos, nors kitos šalys pradeda grafito gavybos projektus, siekdamos sumažinti paklausą ir priklausomybę.

„Yra galimybė, kad kai kurie iš šių mineralų gali būti rasti Kanadoje ir tikrai šiauriniame Ontarijo regione; tie kasybos pajėgumai nėra ypač gerai išvystyti“, – sakė Petrunic.

Pasak NIH, ličio gavybos rinka yra palyginti maža. Ličio gavyboje dominavo Australija, nors Bolivija, Argentina ir Čilė laikomos „ličio trikampiu“, nes teigiama, kad jos turi didžiausius išteklius, teigia „Natural Resources Canada“.

Didžiausia kobalto – vienos iš brangiausių reikalingų medžiagų – gamintoja yra Kongo Demokratinė Respublika. Tačiau jau viešai diskutuojama, kad Žemėje esančio kobalto kiekis gali nepajėgti patenkinti augančios paklausos, todėl kai kurios įmonės investuoja į baterijų be kobalto kūrimą.

Pasak NIH, nikelio kasyboje ir gamyboje pasaulinėse rinkose labai dominuoja Pietryčių Azija, daugiausia Indonezija. Jie taip pat teigia, kad nikelio naudojimas elektromobilių baterijose sudaro tik penkis procentus pasaulinės rinkos, bet tikimasi, kad per ateinančius penkerius metus jis padidės iki 15 procentų.

Ar elektromobiliai tikrai tvarūs, pradedant žaliavų gavyba, baigiant gamyba ir perdirbimu?

Nors iš vien elektra varomų elektromobilių išmetamųjų teršalų nebus, išmetamųjų teršalų gali susidaryti ten, kur gaminama elektra.

Remiantis Tarptautinės švaraus transporto tarybos (ICCT) ataskaita, elektromobiliai išskiria „mažiausią šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį per visą savo gyvavimo ciklą“.

Lyginant išmetamųjų teršalų kiekį konkrečiai gamybos metu, kitoje ICCT ataskaitoje nustatyta, kad elektromobilių gamybai reikia daugiau energijos ir išmetama daugiau išmetamųjų teršalų nei gaminant įprastą automobilį, nes atsiranda papildomas reikšmingas faktorius – EV akumuliatoriams reikalingų metalų išgavimo procesai.

Kalbant apie EV akumuliatoriams reikalingų išteklių gavybą, kai kurie ekspertai abejoja nereguliuojamos kasybos besivystančiose šalyse pasekmėmis. Konkrečiai, per pastaruosius kelerius metus buvo iškeltas susirūpinimas dėl darbuotojų saugos ir išnaudojimo.

„Jūs matote šias nuotraukas, kuriose matyti labai neigiamas kasybos poveikis“, – sako Axsenas.

Jis mano, kad reguliavimo ir priežiūros trūkumas gali pakenkti žmonėms ir ekosistemoms.

„Kaip šio didelio perėjimo, kurio mums reikia, kad klimato kaita pereitų prie nulinės emisijos transporto priemonių ir akumuliatorių, dalis, turime užtikrinti, kad reguliuojame procesus, kuriais išgauname šias medžiagas“, – sako Axsenas.

Petrunic priduria, kad taip pat svarbu naudoti šias transporto priemones tol, kol pasibaigs jų gyvavimo ciklas.

„Jei žmonės perka aukščiausios klasės automobilius ir jų lizingo sutartis yra treji metai, kuriems praėjus jie iškart juos keičia į naujus automobilius, aš nesu įsitikinęs, kad būtinai pasieksite nulinės–anglies ateitį“, – sako Petrunic.

Naudodami šį interaktyvų Masačusetso technologijos instituto internetinį įrankį galite pamatyti, kaip bet kurio konkretaus automobilio modelio išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis atitinka dabartinius klimato tikslus.