Norway is building a lithium-ion battery recovery factory battery recycling is imminent

מחבר: Iflowpower –ספק תחנת כוח נייד

מפעל מיחזור סוללות ליתיום-יון נורווגי נמצא בשלבי בנייה, התמקד תחילה בסוללות לרכב חשמלי (EV), אך מנכ"ל החברה אמר כי הוא יוכל לטפל גם בסוללות מערכות אחסון אנרגיה קבועות (ESS). המפעל ייפתח השנה מאוחר יותר, עם קיבולת ייצור שנתית של 8,000 טון של מודולי סוללות EV, מחברת עיבוד החומרים הנורבגית הידרו והמטה בחברה השוודית לייצור סוללות ליתיום, יוזמה משותפת Hydrovolt Construction. מנכ"ל Hydrovolt, Frederikandresen, אמר כי החברה שלו שמחה מאוד "להתחיל כראוי" לבנות מפעל מיחזור סוללות מתחדשות.

Hydrovolt שואפת לשחזר מספר סוגים של סוללות ליתיום-יון. השותפים HYDRO ו- NORTHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHVOLT השקיעו 120 מיליון נורבגיים (1,394 מיליון דולר) כדי לבנות מפעל עם רמה גבוהה של אוטומציה וניתן להחליק ולסווג. Hydrovolt גם זכה ב-43.

5 מיליון קרנות נורבגיות מממשלת נורבגיה Enova, התומכת בתוכניות ניקוי אנרגיה ואקלים. הסוללה תסופק על ידי BatteriRetur, ו-Batteryretur אספה ומיחזרה את הסוללה מנורבגיה, ולמפעל יש מפעל ליד מפעל Hydrovolt החדש של Fredrikstad. BatteriRetur גם תפעיל את המפעל, בעוד שפעילות Hydrovolt תהיה "משולבת באופן הדוק עם Hydro ו-Northvolt": Northvolt מייצרת כיום ייצור סוללות בעת בניית עשרות נמלים בשוודיה וגרמניה, במטרה לשרת 25% מייצור החשמל באירופה.

הביקוש הכולל של סוללות ליתיום כולל בעיקר יישומי רכב, כולל יישומים קבועים. במקביל, לייצור כוח הידראולי יש יותר מ-100 שנים בתעשיות דשנים, אלומיניום והידרו-כוח ותעשיות אחרות. הידרואלקטריק ישחזר ויעשה שימוש חוזר באלומיניום בקבוצת הסוללות והסוללות, הידרופולט תספוג קובלט, ליתיום, מנגן וניקל מה"בלוק השחור" המיוצר במטלורגיה רטובה.

לאחר מכן יצרן הסוללות יעשה שימוש חוזר בחומרים אלו או ימכור אותם. בסוף השנה שעברה, היו חדשות שיצרניות האלקטרוניקה היפניות היו סן פנסוניק ו-Equinor (לשעבר Norwegian National Petroleum) חתמו על מזכר ההבנות להקמת "עסק של סוללות ירוקות" בנורבגיה. חברה חדשה נוספת FreyRbattery מבקשת להקים בארץ מפעל סופר סוללות ליתיום ואמרה היום כי היא מחפשת חברת רכישה מיוחדת (SPAC) בבורסת ניו יורק.

"כרייה עירונית" היא קריטית לתעשיית הסוללות בת-קיימא, אומר אנדרסן ל-Energy-Storage.News, נורבגיה היא אחת המדינות המהירות ביותר בכלי הרכב החשמליים בעולם, והידרופולט "מתחילה באופן טבעי עם הסוללה והמודול של המכונית החשמלית". אנדרסן אמר: "נורווגיה תהיה אחת מסוללות EV המוקדמות ביותר שמשתמשות בשוק הסוללות למחזור של סוללות EV.

אבל אנחנו יכולים גם למחזר סוללות מ-ESS ומאפליקציות אחרות, כמו מיחזור סוללות ממחלקת השילוח במתקני הבנייה שלנו, וגם ננצל את הקיבולת הזמינה משווקים ומחלקות אחרות לרכישת סוללות. "אנדרסון אמר שאנשים מצפים לסוללה ולמחזור של הסוללה במערכת אגירת האנרגיה" כמובן, יגדל משמעותית עם הזמן". המראיינים גם שואלים אם ניתן להשתמש בסוללה בסוללה או ממחלקת EV ליישום קבוע, ולהיפך.

אנדרסון אמר: "החומרים המופקים מסוללות מכוניות חשמליות משמשים לשימושים אחרים. זה גם התחום שאנו לומדים. זה יכול להיות חומר שחזור טהור לייצור סוללות, או שניתן לעשות בו שימוש חוזר עבור רכיבים מסוימים במצבר.

היו כמה פרויקטים בשימוש חוזר בנורבגיה, שם יש פוטנציאל מסוים. "מנכ"ל HYDROVOLT אמר כי האיחוד האירופי יאמץ תקנות סוללות חדשות יגבירו את תחושת האחריות והשקיפות של שרשרת אספקת הסוללות האירופית, ויציג סטנדרטים לקיימות ופליטת CO2, אשר עושה שימוש חוזר בערך הכולל של הסוללה מסוללה. ניתן למשא ומתן.

החל עוד אחד. הוא אמר כי הרגולציה תתמוך גם בשימוש חוזר בהיקף מסוים. "מנקודת המבט של הסביבה, כרייה עירונית היא קריטית כדי להבטיח שהחומרים המשמשים בסוללה שוב, המטרה שלנו היא למלא תפקיד משלהם כדי להשיג מטרה זו", אמר אנדרסון.

על מנת להפוך את Hydrovolt ל"חנות נקודתית" של סוללת הליתיום-יון, המנכ"ל אמר שניתן לשכפל את המתקן במקום אחר, ו"יחקור וישקול מקומות אחרים לאורך זמן". אנו נרגשים מאוד מבניית מפעלי מיחזור סוללות אנרגיה מתחדשת. אנו נשתמש ב-2021 כדי להמשיך ולחקור כיצד אנו מספקים תמיכה ליצרני OEM ולמשתתפים אחרים כדי להשיג מיחזור ידידותי לפחמן דו חמצני.

מיחזור מסחרי של סוללות ליתיום-יון, כולל סוללות ארוזות מחדש לשימוש שני, צפוי להפוך לעסק גדול, אך עד כה, Li-cycle נמצא בסין ובארצות הברית באונטריו, קנדה וניו יורק. מפעל המיחזור המסחרי היחיד. דרום קוריאה.

במקביל, עבור ייצור סוללות הליתיום האירופיות, חלפו כמה ימים, והאיחוד האירופי מאשר 2.9 מיליארד דולר (3.5 מיליארד דולר) כספי סיוע לאומיים למדינות החברות לתמוך בפרויקטים בארצם.

פינלנד הכריזה זה עתה על אסטרטגיית סוללות לאומית לשימוש בחומרי הגלם הזמינים בשטחה. החשיבות של שחזור סוללות עם הפופולריות של כלי רכב חשמליים, הצמיחה הנפיצה של חומר הנפץ, ויש ערימה של פסולת סוללות ליתיום-יון עבור כלי רכב אלה. אנליסטים בתעשייה צופים שעד 2020, רק כ-500,000 טון של פסולת סוללות ליתיום-יון יווצרו בסין.

עד 2030, העולם יגיע ל-2 מיליון טון בשנה. אם המגמה של הטיפול בסוללות המשומשות הללו תישאר ללא שינוי, גם אם ניתן לשחזר את סוללת הליתיום יון, רוב הסוללות הללו עשויות להרכיב אותן. קופסאות חשמל פופולריות אלה מכילות מתכות יקרות ערך וחומרים אחרים שניתן למחזר, לעבד ולעשות שימוש חוזר.

אבל היום מעט מאוד מיחזור. לדוגמה, על פי הארגון הפדרלי למדע ולמחקר תעשייתי האוסטרלי (CSIro) Naomij.Boxall, באוסטרליה, רק 2-3% מסוללות הליתיום-יון נאספות ונשלחות למיחזור בחו"ל.

התאוששות האיחוד האירופי וארה"ב (פחות מ-5%) לא הייתה גבוהה בהרבה. "התאוששות של סוללת ליתיום-יון אינה נוהג מוכר באופן נרחב", אמר Lindal.gaines מהמעבדה הלאומית של אגונג.

גיינס הוא מומחה בניתוח חומרים ומחזור חיים. לדבריו, הסיבות כוללות מגבלות טכניות, חסמים כלכליים, בעיות לוגיסטיות ופערי רגולציה. כל הנושאים הללו הפכו לבעיית "תרנגולת וביצה" קלאסית.

מאז היעדר התאוששות כלכלית בקנה מידה גדול חסר בתעשיית סוללות הליתיום יון, חוקרי הסוללות והיצרנים לא התמקדו בשיפור יכולת המיחזור. במקום זאת, הם מחויבים להפחית עלויות ולהגדיל את חיי הסוללה ויכולת הטעינה. יתרה מכך, מכיוון שהחוקרים השיגו רק התקדמות מתונה בשיפור המיחזור, סוף סוף מוצאים סוללות ליתיום-יון קטנות יחסית.

רוב הסוללות שעברו מיחזור דומות לתהליך ההיתוך וההתכה בטמפרטורה גבוהה המשמשים בתעשיית הכרייה. פעולות אלו מבוצעות במתקנים מסחריים גדולים, כמו אסיה, אירופה וקנדה, זקוקים לאנרגיה רבה. למפעלים אלו עלויות בנייה ותפעול גבוהות ודורשים ציוד מתקדם לטיפול בפליטות מזיקות הנוצרות בתהליך ההיתוך.

למרות שהעלות גבוהה, מפעלים אלה אינם יכולים לשחזר את כל חומרי הסוללה היקרים. עד כה, רוב העבודה המשפרת את שחזור סוללות הליתיום-יון מתרכזת בצוות מחקר אקדמי קטן יחסית, קבוצות מחקר אלו הן בדרך כלל עצמאיות. אבל דברים התחילו להשתנות.

לאחר הזדקנות המכוניות החשמליות והציוד האלקטרוני הנייד הבלתי מוכן, בקרוב יהיה מספר רב של פסולת סוללות מבוססות ליתיום, וטכנולוגיית מיחזור הסוללות החדשה ממוסחרת. יותר ויותר מדענים מתחילים ללמוד נושא זה, מרחיבים את הסטודנטים לתארים מתקדמים וצוותי פוסט-דוקטורט המקבלים הכשרה למחזור סוללות. בנוסף, כמה מומחי סוללות, ייצור ומחזור החלו ליצור שותפויות גדולות ורב-גוניות כדי לפתור את הבעיה הדחופה.

היתרונות של מיחזור סוללות מומחי סוללות וחומרי איכות הסביבה מספקים מספר סיבות לשחזור סוללות ליתיום-יון. ניתן להשתמש בחומרים ממוחזרים לייצור סוללות חדשות, ובכך להפחית את עלויות הייצור. כיום, חומרים אלה לוקחים יותר ממחצית מעלות הסוללה.

בשנים האחרונות, המחירים של שני מתכת קתודית הנפוצים ביותר קובלט וניקל (המרכיבים היקרים ביותר) משתנים. מחירי השוק הנוכחיים של קובלט וניקל הם כ-27,500 דולר למטר ו-12,600 דולר לטון מטרי, בהתאמה. בשנת 2018, מחיר הקובלט עולה על 90,000 דולר למדד.

בסוגים רבים של סוללות ליתיום-יון מתכות אלו וריכוז הליתיום והמנגן עולים על הריכוז בעפרה טבעית, כך שסוללת הפסולת דומה לעפרה מרוכזת גבוהה. אם אתה יכול להחזיר מתכות אלה מהסוללה הפסולת מאשר עלות גדולה יותר וחסכונית יותר מעפרה טבעית, המחיר של מצברים וכלי רכב חשמליים יירד. בנוסף ליתרונות הכלכליים הפוטנציאליים, השחזור יכול גם להפחית את מספר החומרים הנכנסים למזבלה.

Sun Zhi, מומחה לבקרת זיהום, האקדמיה הסינית למדעים, אמר כי קובלט, ניקל, מנגן ומתכות אחרות שנמצאות בסוללה עלולות לדלוף בקלות מהמעטפת החיצונית שקבורה בסוללה, לזהם את הקרקע ומי התהום, לאיים על מערכות אקולוגיות ובריאות האדם. הדבר נכון גם לגבי מלחים מופלרים (שכיחים ב-LiPF6) בממס האורגני המשמש באלקטרוליטים של סוללות. לסוללה לא רק תהיה השפעה שלילית על חיי השירות, אלא גם עלולה להשפיע לרעה על הסביבה לפני ייצור הסוללה.

כמו ה-Gines of Argonne, יותר מיחזור משתמש בפחות כריית חומרי גלם ופחות סכנות סביבתיות קשורות. לדוגמה, כרייה דורשת מתכת לטיפול בעפרות מתכת גופרתי עבור סוללות מסוימות, שהיא עתירת אנרגיה ופולטת SOX, שעלולה לגרום לגשם חומצי. הפחתת התלות בחומרי סוללה יכולה גם להאט את צריכת חומרי הגלם הללו.

עמיתיהם של גיינס וארגון משתמשים בשיטת החישוב כדי לחקור בעיה זו, וכיצד ניתן לדמות כיצד ייצור הסוללה ההולך וגובר משפיע על הרזרבות הגיאולוגיות של מתכות רבות בשנת 2050. חוקרים מכירים בתחזיות אלו "מורכבות ולא ודאות", חוקרים מצאו את המאגרים העולמיים של ליתיום וניקל כדי לשמור על הצמיחה המהירה של ייצור הסוללות. אבל ייצור סוללות עשוי להפחית את עתודות הקובלט העולמיות ביותר מ-10%.

מיחזור סוללות ליתיום-יון עשוי גם לסייע בפתרון עלויות וחסרונות פוליטיים. לפי דיווח של CSIRO, 50% מייצור הקובלט העולמי מגיע מהרפובליקה הדמוקרטית של קונגו וקשור לסכסוך מזוין, כרייה בלתי חוקית, זכויות אדם ופרקטיקות סביבתיות מזיקות. הקתודה למיחזור הסוללה ויוצרת ריכוז קובלט יכולה לסייע בהפחתת התלות של משאבים זרים לבעיות כאלה ולהגביר את אבטחת שרשרת האספקה.

האתגר של שחזור סוללות ליתיום-יון הוא בדיוק כמו גורמים כלכליים, והם גם מתנגדים לסיבה הזו. לדוגמה, התנודה הגדולה של סוללות חומרי גלם הביאה אי ודאות לכלכלת המיחזור. במיוחד, הירידה החדה במחירי הקובלט עוררה ספקות בקרב אנשים, בהשוואה לייצור סוללות חדשות, זוהי בחירה עסקית טובה.

בעיקרון, אם מחיר הקובלט יורד, את הקובלט המחודש יהיה קשה להתחרות במחיר ובכרייה, היצרן יבחר בחומר הכרייה ולא בהתחדשות, ובכך יאלץ את ההתאוששות להפסיק את העסקים. עבור חברות ששוקלות שחזור סוללות, סוגיה פיננסית נוספת ארוכת טווח היא שימוש בסוגים אחרים של סוללות, כגון LIAIR או מערכות הנעה אחרות לרכב, כגון תאי דלק מימן, יתפוס דריסת רגל עיקרית בשוק המכוניות החשמליות בשנים הקרובות. . ובכך להפחית את הביקוש לסוללות ליתיום יון משוחזרות.

גם כימיה של סוללה הופכת את ההתאוששות למורכבת. מאז סוני בשנות ה-90, החוקרים התאימו שוב ושוב את מרכיבי הקתודה כדי להפחית עלויות ולהגדיל את יכולת הטעינה, אורך החיים, זמן הטעינה ופרמטרים נוספים של ביצועים. סוללות ליתיום יון מסוימות משתמשות בקתודה העשויה מליתיום קובלטאט (LCO).

תחמוצות ליתיום ניקל מנגן קובלט (NMC), תחמוצת ליתיום ניקל-קובלט אלומיניום, ליתיום ברזל פוספט או חומרים אחרים. יתרה מכך, בין היצרן, יחס המרכיבים בסוג של קתודה (למשל.

, NMC) עשוי להשתנות במידה רבה. כתוצאה מכך, סוללת הליתיום-יון מכילה "מגוון רחב של חומרי פיתוח מתמשכים, אשר מבצעים התאוששות", "אמר ליאנג אן, מומחה למיחזור סוללות של האוניברסיטה הפוליטכנית של הונג קונג. יתכן שהעובדים יצטרכו לסווג ולהפריד בהתאם למרכיבים לעמוד בדרישות של רכישת חומרים ממוחזרים, מה שהופך את התהליך למורכב יותר ומגדיל את העלויות.

מבנה הסוללה מסבך עוד יותר את עבודת השחזור. סוללות ליתיום יון הן ציוד קומפקטי ומורכב, בעלות גדלים וצורות שונות, ואינן ניתנות לפירוק. כל סוללה כוללת קתודה, אנודה, דיאפרגמה ואלקטרוליט.

הקתודה נוצרת בדרך כלל מאבקה פעילה מבחינה אלקטרוכימית (LCO, NMC וכו') ופחמן שחור, והיא קשורה לריכוז רדיד האלומיניום עם תרכובת פולימר (כגון פוליווינילידן פלואוריד) (PVDF). אנודה מכילה בדרך כלל גרפיט, PVDF ורדיד נחושת.

המפריד לבידוד האלקטרודה למניעת קצר חשמלי הוא סרט פלסטיק נקבובי, לרוב פוליאתילן או פוליפרופילן. האלקטרוליט הוא בדרך כלל תמיסת LiPF6 המומסת בתערובת של אתילן קרבונט ודימתיל קרבונט. הרכיבים כרוכים או מוערמים היטב וארוזים היטב במארזי פלסטיק או אלומיניום.

ערכות סוללות גדולות המספקות חשמל לכלי רכב חשמליים עשויות להכיל אלפי סוללות הלוחצות על מנות מודול. אריזות אלו כוללות גם חיישנים, התקני אבטחה ומעגלים לשליטה בסוללות, כל אלו הוסיפו שכבה נוספת של מורכבות והגדילו את עלויות הפירוק והשחזור. כל רכיבי הסוללה והחומרים הללו צריכים להיות מטופלים על ידי מיחזור כדי להשיג מתכות יקרות ערך וחומרים אחרים.

ברור שקל לפרק את המצבר לרכב עם עופרת חומצה, וניתן להפריד במהירות עופרת (כ-60% ממשקל המצבר) משאר הרכיבים. כתוצאה מכך, כמעט 100% עופרת בסוללות אלו מוחזרת בארצות הברית, העולה בהרבה על שיעור ההחלמה של זכוכית, נייר וחומרים אחרים. שפר את שיטת ההתאוששות בשלב זה, מספר מתכת אש גדולים משחזרים סוללות ליתיום-יון.

התקנים אלה מופעלים בדרך כלל בטמפרטורות של 1,500 ¡ã C, אשר ניתן לשחזר משריפת קובלט, ניקל ונחושת, אך אינם יכולים לשחזר ליתיום, אלומיניום או כל תרכובות אורגניות. מתקנים אלה דורשים כספים רבים, בין השאר בגלל הצורך לטפל בפליטות של פלואורזידים רעילים המשתחררים במהלך תהליך ההיתוך. לדוגמה, מטלורגיה רטובה או טבילה כימית זמינים מסחרית בסין, מה שמספק אלטרנטיבה לחלופות עתירות אנרגיה ומפחית את עלויות ההשקעה.

מיצוי והפרדה אלה של מתכות קתודה מופעלות בדרך כלל מתחת ל-100 ¡ã C, למעט מתכות מעבר אחרות, יכולות גם לשחזר ליתיום ונחושת. אחד החסרונות של שיטות שטיפה קונבנציונליות הוא לדרוש ריאגנטים קורוזיביים כגון חומצה הידרוכלורית, חומצה חנקתית, חומצה גופרתית ומי חמצן. חוקרים שעורכים מחקר בקנה מידה בנצ'מרק זיהו שיפורים פוטנציאליים בשיטות התאוששות אלו, אך רק חברות בודדות שוחזרו בשיטת סולם אמצע המבחן.

בוונקובר, קולומביה הבריטית, מפעל מנגן בארה"ב הופך פסולת קתודה של 1 ק"ג לשעה למבשר, היצרן יכול להשתמש בהם כדי לסנתז חומרים קתודה טריים. פסולת מתייחסת לאבקת הקתודה, הקישוט ופסולת אחרת הבלתי מסויגת הנאספת במהלך תהליך ייצור הסוללה. קצין הטכנולוגיה הראשי של החברה Zarkomenseldzija מתאר את הפסולת כ"ווילונות נמוכים", שהוא חומר נוח לשימוש, שניתן להשתמש בו בניסויים להרחבת קנה המידה התפעולי ולפנות לסוללת הפסולת בפועל.

הוא הסביר שהתהליך של החברה מדליף את המתכת הקתודה עם דו תחמוצת הגופרית, ויש בה חומצה הידרוכלורית או מי חמצן. מנכ"ל החברה, אריק גלז (אריק, אמר שחברות משאבי סוללות בוודסטי סיטי, מסצ'וסטס מנהלות מפעל מוזמן, ולמפעל יש מהירות של כ-0.5 טון מטר ליום, והוא פועל באופן פעיל כדי להגדיל את הקיבולת פי 10.

רבות משיטות המיחזור ייצרו מגוון של תרכובות מונו-מטאליות שיש לשלבן לייצור חומרים קתודיים חדשים. תהליך BatteryResourcer יזרז תערובות של ניקל, מנגן וקובלט הידרוקסיד. מבשר קתודה מתכת היברידית זה מפשט את הכנת הסוללה ומפחית את עלויות הייצור.

במקביל, צוות Recell של DOE נוקט במה שנקרא שיטת מיחזור ישיר לשחזור ושימוש חוזר בחומרי סוללה ללא עיבוד יקר. שיטה אחת דורשת הסרת אלקטרוליטים עם פחמן דו חמצני סופר קריטי, ולאחר מכן ריסוק הסוללה והפרדה פיזית של רכיבים, למשל, על סמך צפיפות. באופן עקרוני, לאחר תהליך פשוט זה, ניתן לעשות שימוש חוזר כמעט בכל הרכיבים.

בפרט, מכיוון ששיטה זו אינה משתמשת בחומצה או ריאגנטים מגרים אחרים, המורפולוגיה והמבנה הגבישי של חומר הקתודה נשארים שלמים, והחומר שומר על תכונותיו האלקטרוכימיות החשובות. גיינס אמר שכדי ליישם את השיטה החסכונית הזו, אתה צריך יותר עבודה. באוניברסיטת ברמינגהם, חברי צוות Relib Alirezarastegarpanah פיתחו שיטות רובוטיות לסוללות ליתיום-יון בטוחות, המטופלות באופן אוטומטי.

בפרויקט Relib של אוניברסיטת ברמינגהם, החוקר הראשי פול אנדרסון אמר שצוות המחקר מצא הזדמנות ברורה לשפר את היעילות הכלכלית של שחזור סוללות באמצעות אוטומציה. לשם כך, הצוות מפתח נהלי רובוט למיון, פירוק ושחזור חומרים יקרי ערך מסוללות ליתיום יון. החוקר של ברמינגהאם, אלאון וולטון, הוסיף כי השימוש בציוד רובוט להסרת הסוללה כדי למנוע את הסיכון לפגיעה בחשמל ובכימיקלים.

לדבריו, אוטומציה יכולה גם לשפר את ההפרדה בין רכיבי הסוללה ולשפר את הטוהר והערך שלהם. למרות שרוב האסטרטגיות הללו עדיין בשלבי פיתוח מוקדמים, הביקוש שלהן הולך וגדל. נכון לעכשיו, מספר הסוללות של מכוניות חשמליות שנמחקו קטן, אך הוא עומד לגדול.

המכון הטכנולוגי של הונג קונג אמר שמכשולים רבים הפריעו למיחזור בקנה מידה גדול, אבל "הזדמנויות תמיד קשורות לאתגרים". הגיע הזמן לצרוח, לקחת את סוללת הליתיום-יון הממוחזרת ברצינות.