Переработка и экономика аккумуляторов

Аккумуляторы дороги и имеют относительно короткий срок службы. Поскольку количество выбрасываемых аккумуляторов растет, предпринимателей соблазняет начать бизнес по переработке. С годовым мировым рынком (2015) в 33 миллиарда долларов, свинцово-кислотные аккумуляторы являются наиболее распространенными. Далее следуют литий-ионные с 16,6 миллиардами долларов, никель-металлгидридные с 2 миллиардами долларов и никель-кадмиевые с 1 миллиардом долларов. Все остальные химические составы составляют всего 1 миллиард долларов.

Стоимость материалов

В таблице 1 приведена стоимость материалов на тонну для изготовления аккумуляторов.

Таблица 1: Ценность металла на тонну аккумулятора.
 

Свинцово-кислотный аккумулятор остается наиболее пригодным для переработки; 70% его веса составляет свинец для повторного использования. *Цены приведены только для справки на 2017 год; чистота и поставки определяют стоимость.

Сложность переработки

Литий-ионные аккумуляторы дороги в производстве, отчасти из-за высокой стоимости материалов и сложных процессов изготовления. Самым дорогим металлом в большинстве литий-ионных аккумуляторов является кобальт, твердый блестящий серый материал, который также используется для изготовления магнитов и высокопрочных сплавов.

Аккумуляторы LiFePO4

Надежные литий-железо-фосфатные аккумуляторы для солнечных и резервных систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Ач)

Компактный аккумулятор с встроенным BMS для безопасной работы в солнечных и резервных системах.

Купить

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Современная литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO4) со встроенным BMS и защитой от перегрузки

Купить

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

Высококачественный источник энергии с длительным сроком службы, высокой безопасностью и совместимостью с экосистемой Victron Energy

Купить

Посмотреть больше

Зная, что миллиарды литий-ионных аккумуляторов выбрасываются ежегодно, а также учитывая высокую стоимость оксида лития и кобальта, утилизация драгоценных металлов должна быть экономически выгодной, и удивительно, почему так мало компаний перерабатывают эти аккумуляторы.

Причина становится понятной, если рассмотреть сложность и низкую отдачу от переработки. Полученное сырье едва покрывает затраты на оплату труда, которые включают сбор, транспортировку, сортировку по типам батарей, измельчение, разделение металлических и неметаллических материалов, нейтрализацию опасных веществ, плавку и очистку восстановленных металлов.

Свинцово-кислотный

Говорят, что программы переработки свинцово-кислотных аккумуляторов начались вскоре после того, как Cadillac представил стартерный двигатель в 1912 году, как коммерческий бизнес, а не для защиты окружающей среды. Переработка может быть вредной, особенно свинцово-кислотных аккумуляторов. Свинец может попасть в организм путем вдыхания или проглатывания при прикосновении ко рту руками, загрязненными свинцом. Это подвергает работников и жителей близлежащих районов риску отравления свинцом.

Свинцово-кислотные аккумуляторы AGM/GEL

Надежные свинцово-кислотные аккумуляторы для максимальной эффективности работы

Аккумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle

Является идеальным выбором для применений, требующих надежного, долговечного и глубоко разрядного источника питания

Купить

Аккумулятор Victron AGM Super Cycle 12V 125Ah (M8)

Благодаря технологиям электрохимии, этот аккумулятор выдерживает до 300 циклов разряда до 100%, что делает его отличным решением для автономных электрических систем

Купить

AGM аккумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Ач)

AGM VRLA батарея с высоким током разряда, специально разработанная для критических нагрузок в системах ИБП, телекоммуникациях и энергетике

Купить

Посмотреть больше

Агентство по охране окружающей среды (EPA) ввело строгие правила по переработке свинцово-кислотных аккумуляторов в США. Заводы по переработке должны быть герметичными, а дымовые трубы оснащены скрубберами. Для проверки возможной утечки частиц свинца периметр завода должен быть окружен устройствами для мониторинга содержания свинца. Правила неизбежно нарушаются, и аккумуляторы вскоре оказываются в Мексике и других развивающихся странах с ослабленными правилами. Китай, лидер в производстве свинцово-кислотных аккумуляторов, также принял меры для защиты окружающей среды, введя строгие правила, которым могут следовать только компании с хорошей репутацией.

Никель

Никелевые батареи также можно перерабатывать, а получаемыми материалами являются железо и никель, которые используются в производстве нержавеющей стали. Никель-металлгидридные (NiMH) батареи дают самую высокую отдачу от никеля, и при их достаточном количестве переработка, как говорят, приносит прибыль. Низкий спрос на кадмий снизил прибыльность переработки никель-кадмиевых батарей. Рост производства батарей происходит за счет литий-ионных, но ценные материалы трудно извлекать. Это делает литий-ионные батареи менее привлекательными для переработки, и финансовая безубыточность может быть невозможной без субсидий.

Аккумуляторы NiCd

Надежные никель-кадмиевые аккумуляторы для резервного питания и построения крупных энергетических систем

EBH10 / KHP10 1,2В 10Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый

Надежная работа при высоких разрядных токах. Устойчивость к перезаряду, глубокому разряду и ударам

Купить

SEBM20 / KMP20 1,2В 20Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый

Герметичный корпус с клапаном — обслуживание 1 раз в 3–5 лет. Надежная конструкция с сроком службы более 20 лет

Купить

EBM700 / KMP700 1,2В 700Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый

Серия аккумуляторов EBM/KMP оптимизирована для работы при разрядах от 30 минут до 2 часов, но может применяться и при более длительных нагрузках

Купить

Посмотреть больше

Литий-ионный

Настоящая стоимость производства литий-ионных аккумуляторов заключается не столько в сырье, как в случае со свинцово-кислотными и никель-металлгидридными аккумуляторами, сколько в длительных процессах обработки и очистки сырья для достижения класса, пригодного для использования в аккумуляторах. Извлечение лития всего на уровне 3 процентов от смеси элементов может никогда не достичь уровня безубыточности. Если чистота лития ниже 99,5 процента, то он не подходит в качестве сырья для аккумуляторов. Переработка возвращает металл к нулевому уровню, с которого начинается новая дорогостоящая подготовка. Часто дешевле добывать сырье, чем получать его из переработанных материалов. Литий из переработанных аккумуляторов обычно используется для приложений, не связанных с аккумуляторами, таких как смазки, содержащиеся в WD-40 и других продуктах, а не для аккумуляторов.

Технологии прямой переработки литий-ионных аккумуляторов могут предложить решение для переработки использованных литий-ионных аккумуляторов в высокоценные катодные и анодные материалы. Прямая переработка может стать прибыльной, если технологию можно будет развить до масштабной переработки, что станет возможным благодаря завершению срока службы крупногабаритных аккумуляторов для электромобилей. Считается, что прямая переработка является более чистой, чем старые методы, предусматривающие плавление материала.

Щелочные

Хотя щелочные и цинк-углеродные батареи составляют более 90 процентов потребляемых в Соединенных Штатах, они содержат мало драгоценных металлов, а их токсичность низка. Организации ищут способы переработки этих батарей, в том числе с учетом содержания основных металлов, и при больших объемах такое предприятие должно стать жизнеспособным. В таблице 2 приведено типичное содержание металлов в батареях, которые обычно перерабатываются.

Таблица 2: Металлы в обычно перерабатываемых аккумуляторах в процентах от общего содержания.
Содержание металлов может варьироваться в зависимости от типа аккумулятора. За исключением свинцово-кислотных, большинство видов переработки требуют субсидий.

Факты о производстве и переработке аккумуляторов

Экологические вопросы и возможность переработки играют важную роль при выборе аккумуляторной системы. Если ИБП работает преимущественно в режиме ожидания и может обеспечить срок службы 10 лет, то свинцово-кислотные аккумуляторы являются сильным конкурентом. Преимущество свинцово-кислотных аккумуляторов над литий-ионными и никелевыми системами проявляется в умеренной цене, высокой безопасности, надежной работе и возможности переработки. В таблице 3 сравниваются затраты на производство и переработку аккумуляторов.

Таблица 3: Затраты на производство и утилизацию аккумуляторов
* Цитируемые данные из Аргоннской национальной лаборатории

Краткое изложение

Главной целью создания хорошего аккумулятора является длительный срок службы, безопасность и низкая цена. Переработка является второстепенной, и производители мало что делают для упрощения извлечения драгоценных металлов. Бизнес по переработке невелик по сравнению с огромной индустрией аккумуляторов, и до сих пор только свинцово-кислотные батареи можно выгодно перерабатывать.

Никелевые аккумуляторы могут приносить прибыль при условии хорошей логистики, но литий-ионные и большинство других химических составов дают слишком мало драгоценных металлов, чтобы переработка была жизнеспособным бизнесом без субсидий. Основные затраты современных аккумуляторов связаны не столько с сырьем, как в случае со свинцово-кислотными, сколько с длительной подготовкой, очисткой и обработкой вплоть до микро- и наноуровня. Тем не менее, аккумуляторы содержат ценный материал, который можно повторно использовать для новых продуктов.

Чтобы сделать переработку возможной в настоящее время, создаются субсидии путем добавления налога к каждой проданной упаковке. Цель выходит за рамки простого извлечения металлов для повторного использования и предотвращения попадания токсичных батареек на свалки. Конечной целью является сочетание экологической пользы с получением прибыли, и это может стать возможным благодаря разработке инновационных процессов переработки.

Другая модель заключается в сортировке аккумуляторов на функциональные и нефункциональные группы и предоставлении второго срока службы тем, у которых емкость составляет 80 процентов или более. Элементы и модули более крупных аккумуляторных систем можно тестировать отдельно и снова собирать в новый комплект.