Какие металлы используются в электромобилях
Обновлено: 04.10.2024
Автор: редакционная статья
Металлы в электромобилях
Революция в автомобильной промышленности
Сейчас в автомобильной промышленности происходит революция. Компания Tesla, доказав потребность в электромобилях, тем самым мотивировала всю отрасль двигаться в этом направлении. В этой статье мы кратко рассмотрим некоторые причины и обоснования этих волнений, а также последствия для спроса и использования металлов в будущем.
Недавние прогнозы, похоже, никого в горнодобывающем секторе не оставили равнодушными; По оценкам BHP Billiton, к 2035 году на дорогах будет 140 млн. электромобилей, международное энергетическое агентство приводит цифру в 150 млн.. Это сопоставимо с чуть более 1 200 000 сегодня и означает увеличение более чем на 11 500% за двадцать лет. И это без учета гибридов. «Шелл» также прогнозирует пиковый спрос на нефть в течение следующих 5 - 15 лет, что еще раз подтверждает оценки снижения перевозок на сжиженном топливе.
Спрос на металл
Требования к металлу для каждой модели и производителя транспортного средства могут меняться в зависимости от дизайна и производственного процесса. В современных моделях Tesla используются литий, графит, кобальт, медь, титан, алюминий и никель.
Рис.1 Tesla Model 3
Для батареи Nissan Leaf применяется марганец. Другие автомобили используют другой набор металлов, включая «редкоземельные элементы» в электронике, и стали, чтобы укрепить шасси в критических точках. Для этого не требуется каталитический нейтрализатор металла платиновой группы (PGM), поскольку нет никакого выхлопа, чтобы катализировать.
Рис.2 Nissan Leaf
Рис. 3 Батарея для Nissan Leaf
Существуют некоторые обычно используемые металлы, спрос на которые может увеличиваться по мере увеличения производства и использования электрокаров и гибридов.
Например, литий. Это критический важный компонент в современных батареях и источнике большого количества волнения в последнее время в горнодобывающем секторе. Штепсель в гибриде использует приблизительно 12 кг лития, стандартный электромобиль 22 кг и Модель S Tesla более чем 50 кг лития на автомобиль. 1%-е увеличение присутствия электрокаров на рынке повысило бы литиевый спрос на 70,000 тонн в год.
Медь. Средний автомобиль с бензиновым двигателем использует приблизительно 20 кг меди, в основном как проводное соединение. Гибрид использует 40 кг. Полностью электромобиль использует 80 кг меди (176 фунтов) за автомобиль. Есть оценочное требование на уровне 11,000,000 тонн новой меди для одного только электромобиля с потенциальным позитивным аспектом в других зеленых технологиях. Для справки весь рынок для меди для всего использования составляет только 36,000,000 тонн в год. Этот вид спроса мог потенциально принести залежи меди более низкого уровня в производство.
Никель является особенно важным компонентом в текущих проектах Tesla, где катод батареи составляет 80% никеля. Он также используется в других электрокарах в меньшей степени. По оценкам, смена 10% мирового флота на электромобили расширит рынок никеля на 20% с 2000 000 тонн в год до 2400 000 тонн в год.
Кобальт - другой критический компонент текущих батарей электромобиля. Использование варьируется производителем, но Модель S Tesla использует приблизительно 8 кг кобальта за батарею. Большая часть кобальта в мире податливо прибывает из ограниченных запасов в т.н. “Центральноафриканском Медном Поясе”, и эти запасы могут быть исчерпаны в считаные десятилетия, если требуют увеличений, как спроектировано. Ожидайте замену, если новые стабильные поставки не привлечены к производству.
Графит является критическим компонентом существующих конструкций аккумуляторных батарей и является воспринимаемой точкой затухания в некоторых прогнозах цепочки поставок. Модель Tesla S использует 54 килограмма на автомобиль, который в настоящее время поставляется из Китая. Графит не редок на любом участке. Это обычный отработанный минерал и может быть найден во многих геологических условиях. Проблема заключается в чистоте и качестве из этих источников, а в настоящее время предпочтительным источником для производителей является графит высокой чистоты, синтезированный из нефтяного кокса.
В настоящее время возможности для горнорабочих заключаются в высококачественных высокочистых гидротермальных графитовых отложениях, которые могут удовлетворять или превосходить синтезированные графитовые качества при более низкой стоимости производства и меньшем загрязнении окружающей среды. Рынок графита может вырасти на 93 000 тонн в год только на электромобилях.
Редкоземельные элементы
Редкоземельные металлы используются в мощных магнитах для двигателей постоянного тока некоторыми производителями, но Tesla использует асинхронные двигатели переменного тока, которые не используют магниты. Редкоземельные элементы будет по-прежнему иметь место в конкретных приложениях, таких как электроника и специализированное стекло, но наличие альтернатив для производителей, скорее всего, предотвратит выход из-под контроля спроса и цен.
Что ещё?
Не забываем и про алюминий. Металл, о достоинствах и способах применения которого сказано и написано уже много, часто рассматривается в качестве альтернативы стали, когда речь заходит о выборе металла для производства кузова автомобиля. Гораздо легче железа, он позволяет электромобилям значительно расширить свой ассортимент. Алюминий не редок, и влияние на спрос со стороны производителей электромобилей не ожидается в значительной степени на рынке.
Марганец используется в батареях Nissan Leaf и в Chevy Volt. Марганец не редок, и показывал низкие результаты в последнее время.
Рис. 4 Батарея для Chevy Volt
Титан - сверхтвердый металл, который используется в шасси моделей Tesla для защиты аккумулятора от повреждений.
Будущее
Как говорится в старой поговорке, необходимость является матерью изобретения. Инновации в использовании нефти заменили дорогостоящие и сокращающиеся запасы китового масла. Теперь мы заменяем транспортировку на нефтяном транспорте электромобилями. Революция EV находится в зачаточном состоянии и уже в этом списке выше мы видим замещение и альтернативные технологии, нарушающие практические и предполагаемые рыночные требования. Инновации таковы, особенно когда высокие затраты или ограниченная поставка делают поиск альтернатив необходимым. Шахтерам необходимо будет сделать свои собственные инновации, чтобы обеспечить будущую технологию своим сырьем по цене, приемлемой для производителей.
Батарейка на колесах: будущее аккумуляторов электромобилей
При массовом распространении электрокаров вырастет количество аккумуляторов, содержащих тяжелые и токсичные металлы. Разработчики уверяют: все будет перерабатываться в соответствии с «зелеными» принципами. Но так ли это?
Об эксперте: Олег Клявин, главный конструктор компании Change Mobility Together (ООО «Центр технологического консалтинга»), разработчик электромобилей.
Много электромобилей — много батарей
По данным Международного энергетического агентства (IEA) [1], в мире эксплуатируется 16 млн электромобилей, а к 2030 году их станет уже около 250 млн. В России сейчас около 25 тыс. электромобилей и более тысячи электробусов. Пока в стране выпускаются только электробусы, но в соответствии с «Концепцией по развитию производства и использования электроавтомобильного транспорта в РФ до 2030 года» [2], утвержденной Правительством РФ в августе 2021 года, к 2030 году в России ежегодно должно производиться около 220 тыс. электрокаров. Для них будет создана необходимая инфраструктура, и часть ее — это заводы по переработке отработанных аккумуляторов.
Зачем перерабатывать батареи?
Средняя батарея электромобиля, проезжающего 20 тыс. км в год, может прослужить от 10 до 20 лет. К 2025 году, по данным Bloomberg [3], по всему миру более 3,4 млн аккумуляторных блоков электромобилей «выйдут на пенсию». Почему их нельзя просто утилизировать?
Современный подход к производству должен строиться на принципах «зеленой» экономики. Все, что производится, должно перерабатываться, становиться вторсырьем, а не мусором. Международные стандарты устанавливают такие требования и для электротранспорта: каждый элемент в перспективе будет переработан, и аккумуляторы — не исключение.
В электромобилях используются литий-ионные батареи в различных их модификациях. Но в среднем в каждом аккумуляторе 95–96% — это возвращаемое сырье, которое можно повторно использовать в производстве.
Один аккумулятор в среднем содержит 8 кг лития, 35 кг никеля, 20 кг марганца и 14 кг кобальта. Это редкие металлы, запасы которых в мире ограничены, а потребность в условиях развития цифровых технологий с каждым годом будет только нарастать. Поэтому возвращение сырья из отработанных батарей — это экономически выгодно.
Кроме того, «захоронение» аккумуляторов на свалках — это прямая угроза экологии, которая непременно возникнет при прогнозируемом темпе распространения электротранспорта. Также нельзя не учитывать, что первичная добыча элементов для производства аккумуляторов — сложный, энерго- и ресурсоемкий процесс, который также не проходит бесследно для экосистем. Поэтому переработка — единственный экологичный вариант утилизации полностью отработавших свой ресурс аккумуляторов.
Переработка — это сложно?
В настоящее время в мире используются технологии переработки, основанные на принципе разрушения и измельчения элементов батарей. Однако такой процесс достаточно энергоемкий, а качество восстановленного сырья низкое. Для роста эффективности ресайклинга необходимо демонтировать аккумуляторы до набора отдельных батарейных модулей. И здесь кроется главная проблема — отсутствие стандартизации конструкций.
По международным стандартам каждый элемент должен перерабатываться, но нынешние батареи для электромобилей создаются производителями в конфигурациях разной технической и химической сложности. Они не оптимизированы для легкой разборки ни вручную, ни автоматизированно. Поэтому в ближайшем будущем потребуется создание единого стандарта или маркировки, которые позволят упростить и роботизировать процесс переработки аккумуляторов — так повысится его экономическая эффективность. Сейчас крупные автоконцерны решают это проблему, налаживая переработку аккумуляторов на своих заводах. Например, Volkswagen в 2021 году запустил завод по переработке аккумуляторов в Зальцгиттере. А годом ранее Tesla начала перерабатывать 100% батарей, создав на своих заводах по производству аккумуляторов перерабатывающую линию. Nissan совместно с Sumitomo Corporation основал компанию 4R Energy, которая занимается переработкой батарей от электромобилей производителя.
Переработкой литий-ионных аккумуляторов во всем мире занимается около сотни компаний. Это небольшие лаборатории, профильные и непрофильные организации, а также промышленные предприятия. Но все же наибольшую эффективность показывают автоконцерны, которые создают под свои аккумуляторы отдельные заводы или цеха.
Такой же путь предстоит пройти России. И он уже начат: о планах по запуску промышленной переработки литий-ионных аккумуляторов заявил «Росатом» — завод в Дзержинске планируется открыть к 2024 году. К этому моменту, следуя планам Правительства, в России уже вероятнее всего будет запущено серийное производство российских электромобилей. Поскольку инфраструктура развивается параллельно с производством, появляется возможность с нуля создать наиболее оптимальные для быстрой переработки аккумуляторов конструкции.
Срок службы закончился — и сразу в переработку?
Через 10–15 лет эксплуатации в электромобиле батарея начинает терять значения емкости, и ее требуется заменить. Но дальше аккумуляторы могут получить «вторую жизнь» в качестве систем накопителей энергии — это еще около 10 лет эксплуатации.
Во всем мире такие накопители из отработанных электромобильных аккумуляторов начинают использоваться для хранения энергии на солнечных или ветровых электростанциях, в системах городского освещения и так далее. Аккумуляторы могут быть полезны и в быту. Особенно это актуально для стран, где существует разница в дневном и ночном тарифах на электроэнергию: заряженная в ночное время батарея питает дом в течение дня и экономит до 50% платы за электроэнергию. Поскольку одна батарея способна обеспечить 18 мВт·ч электрической нагрузки, срок ее эксплуатации в доме составит более 15 лет. В России также обсуждается создание в будущем «умной» системы энергоснабжения — smart grid. В соответствии с ней избыточную энергию можно будет отдавать обратно в сеть.
Жизненный цикл электромобильного аккумулятора составляет 20–25 лет. Он включает в себя повторную эксплуатацию в качестве накопителя энергии, а после — переработку. Это базовый принцип «зеленого» производства, которого придерживаются разработчики электромобилей — самого экологичного на данный момент транспорта.
Металлы разгоняются на электромобилях
Цены на основные группы промышленных металлов растут второй год подряд, а осень 2017 года стала сезоном рекордного роста котировок. По оценке старшего аналитика ИК «Фридом Финанс» Вадима Меркулова, с января 2016 года (когда цены на это сырье были на минимумах) литий вырос в цене на 60%, до $12 тыс. за тонну (среднерыночная цена). На Лондонской бирже металлов (LME) цена за тонну кобальта увеличилась в 2,5 раза, до $64,2 тыс. за тонну, никеля — на 36%, до $11,1 тыс. за тонну, меди — на 49%, до $6,7 тыс. за тонну. Для сравнения, золото за этот период подорожало на бирже Comex на 16%, серебро — на 17%.
Ралли на рынке промышленных металлов эксперты связывают с началом формирования полноценного рынка электрокаров. «Вышеперечисленные металлы используются в литий-ионной батарее, например катоды состоят из кобальта и никеля, а в аноде используется большое количество лития. Медь — хороший проводник электричества и используется в проводах двигателя», — объясняет Вадим Меркулов.
Некоторые страны определили точные даты отказа от эксплуатации автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Например, власти Норвегии планируют принять законопроект, который запретит использовать в стране автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями, в 2025 году. А в июне министр по делам окружающей среды Великобритании Майкл Гоув заявил, что с 2040 года все новые транспортные средства должны будут иметь только электрические двигатели. О таком решении объявила и Франция. Крупнейшие автопроизводители также наметили сроки перехода на производство электрокаров (среди них Toyota, Volvo, Skoda).
Потребители по всему миру начинают чаще приобретать машины на электротяге. По данным Bloomberg, мировые продажи электромобилей в третьем квартале 2017 года возросли до 287 тыс. штук. Это на 63% больше, чем было продано в третьем квартале 2016 года.
Перспективы спроса
Рост цен на популярные промышленные металлы продолжится, считают аналитики. А своего пика они достигнут через два года, уверен Вадим Меркулов. За этот период, по его оценкам, стоимость лития и кобальта может увеличиться на 60–70%, никеля и меди — на 30–40%. По оценке старшего аналитика «Альпари» Романа Ткачука, потенциал роста стоимости этих металлов в ближайшие годы составляет 20–50%.
Продолжение роста цен в ближайшие годы эксперты связывают, во-первых, с увеличением потребления промышленных металлов. Во-вторых, на фоне роста спроса потребуется наращивать объем добычи. Но сделать это оперативно не получится, из-за чего возникнет дефицит. В случае с литием речь идет о долгосрочном процессе: в чистом виде металла в природе не существует, и его приходится извлекать из минеральных образований с большими затратами энергии и времени. Компании сейчас стараются нарастить производство, чтобы удовлетворить растущий спрос, но эффект от этих действий проявится только спустя годы, и пока рынок ждет пусть и временный, но все же дефицит.
40% кобальта добывается в Демократической Республике Конго. Половина этого объема разрабатывается подразделениями крупных международных компаний, но довольно много кобальта добывают местные жители кустарным способом на так называемых копанках. О последних говорится в прошлогоднем отчете правозащитной организации Amnesty International. Здесь не соблюдаются нормы защиты труда и используется детский труд. В результате компании — потребители металла заговорили о бойкоте и поиске новых поставщиков, что также может привести к дефициту.
Таких сложностей с добычей меди и никеля не возникает, поэтому цены, скорее всего, будут расти более медленными темпами — соразмерно спросу.
Риски долгосрочных инвестиций
Эксперты предупреждают, что инвестиции в эти металлы сопряжены с определенными рисками в долгосрочной перспективе. «Если цена на какой-то компонент производства становится слишком высокой, то разработчики быстро найдут ему более доступную замену. Например, на днях Samsung показал новые аккумуляторы на основе графеновых шариков, которые могут заменить литий-ионные батареи», — говорит директор по анализу финансовых рынков и макроэкономики в УК «Альфа-Капитал» Владимир Брагин.
С ним согласен эксперт-аналитик ГК «Финам» Алексей Калачев. «Ожидаемый дефицит металлов и рост стоимости, а также ограниченные свойства литий-ионных батарей заставляют научно-исследовательские центры искать новые технологии производства батарей для электромобилей и для хранения электроэнергии вообще», — говорит он.
Поэтому, по мнению Брагина, в течение ближайших двух-трех лет инвестиция останется прибыльной, но говорить о более далекой перспективе сложно.
«Инвестировать в металлы стоит сейчас, ожидать прибыль можно в течение двух следующих лет, когда наступит кризис в добыче некоторых ресурсов. Мы можем увидеть рост, который в несколько раз раз поднимет стоимость металлов», — подтверждает Вадим Меркулов.
Как вложиться
Инвестировать можно непосредственно в металлы через фьючерсы. Они торгуются на международных торговых площадках (основная из них — Лондонская биржа металлов). Инвесторы могут приобрести контракты на медь, никель, кобальт. Появление фьючерсов на литий пока только обсуждается.
Выйти на зарубежную биржу частный инвестор может только через брокера, аккредитованного работать в другой стране. Объем контракта на LME составляет 6 т для никеля и 25 т для меди, то есть порог входа на рынок составляет минимум $50–100 тыс.
Поэтому из-за высокой стоимости контрактов аналитики советуют инвестировать в это сырье опосредованно — через компании, которые эти металлы производят. Интерес для инвестора представляют акции крупнейших поставщиков сырьевых товаров Glencore и Freeport-McMoran, которые добывают самый быстрорастущий в цене металл — кобальт. С января 2016 года их акции подорожали более чем в три раза, до $333 и до $14 за бумагу соответственно.
Немного на рынке компаний, которые производят литий. «Можно назвать, например, чилийскую SQM и американские FMC Corp. и Albemarle Corp., которые доминируют в сфере добычи лития, добывая металл из соленых озер в Чили и Аргентине. Также австралийскую компанию Talison и китайскую Tianqi Lithium, которые добывают сырье для производства лития на руднике Гринбушес в Западной Австралии», — отмечает Вадим Меркулов. За указанный период котировки акций этих компаний, которые являются крупнейшими производителями лития, возросли в среднем в 2,5 раза.
Что касается никеля и меди, то, по словам Алексея Калачева, производителей этих металлов на фондовом рынке немало и все они показывают примерно схожую динамику роста.
Аналитики предупреждают, что инвестиции в металлы — долгосрочные и дорогие инвестиции. Этим объясняется тот факт, что они не очень популярны на российском рынке, который пока носит спекулятивный характер. «Московская биржа предоставляет возможность приобрести фьючерсы на медь, но отечественным частным инвесторам они не очень интересны. Исторически сложилось так, что металлы в промышленных масштабах торгуются на Лондонской или Нью-Йоркской биржах», — говорит портфельный управляющий ГК «Финам» Алексей Белкин.
Пассивным инвесторам, которые не готовы выбирать акции отдельных компаний, эксперты советуют обратить внимание на индексные фонды, которые включают подобные акции. Активный рост в последние два года демонстрирует фонд Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). За два года его акции поднялись более чем в два раза, с $18 до $39.
«Фонд специализируется на вложениях в акции компаний, работающих в этой отрасли и занимающихся разведкой литиевых месторождений, добычей лития и его соединений, а также производством литиевых аккумуляторов», — поясняет Алексей Калачев. Помимо акций компаний, добывающих литий, этот ETF инвестирует в ценные бумаги Tesla, Panasonic, Samsung как основных потребителей ресурса.
Наконец, аналитики выделяют индексный фонд iShares MSCI Global Select Metals & Mining Producers ETF (PICK), который включает в себя добывающие компании. За два года цена его акции возросла с $16 до $21,1.
Хватит ли лития для электромобилей?
Тут у меня в комментах к прошлым статьям одно из самых популярных заблуждений касается лития и других элементов и минералов, используемых при производстве электромобилей, и в частности, батарей для них. Якобы никакого лития на Земле не хватит, чтобы заменить все автомобили на электромобили.
Литий
Короткий ответ: Не бойтесь, хватит.
Развёрнутый ответ:
Недавно на презентации своей последней супербатарейки 4680, Маск сказал, что «на Земле так много проклятого лития, что это безумие. Только в Соединенных Штатах достаточно лития, чтобы превратить любой автомобиль в стране в электромобиль». И стремясь ускорить производство, Tesla сама начнет добывать элементы, необходимые для этих батарей следующего поколения.
Ну, ладно, это Маск сказал. А что говорят другие эксперты об этом? Вот я тут нашёл доклад Transport&Environment от 2017 года, в котором они подтверждают, что да, нам действительно хватит всех элементов, используемых в литиевых батареях и электромобилях. Здесь я кратко изложу полученные «британскими учёными» выводы.
Какие металлы используются в электромобилях
Основные металлы и минералы, используемые в батареях электромобилей — это литий, кобальт, никель и графит. Кроме того используются так называемые редкоземельные элементы.
Конструкция литий-ионного аккумулятора
Посмотрите на иллюстрацию сверху. Литий-ионные аккумуляторы состоят из катода (положительного электрода), анода (отрицательного электрода) и электролита.
Катод в основном состоит из никеля (73%), кобальта (14%), лития (11%) и алюминия (2%). Анод обычно полностью выполнен из графита. Электролит состоит из солей лития (наиболее распространенным является гексафторфосфат лития, LiPF6) в органическом растворителе.
Кроме того, двигатели электромобиля включают в себя ряд редкоземельных элементов (РЗЭ), группу из 17 химических элементов, которые доступны только в небольших количествах, и рассредоточены по земной коре. Большинство электромобилей (за исключением Tesla) используют неодимовые постоянные магниты, состоящие из сплава неодима, бора и железа (Nd2Fe14B), которые необходимы для производства высокопроизводительных электродвигателей. Такие магниты содержат редкоземельные элементы неодим (Nd), празеодим (Pr) и диспрозий (Dy).
Вот, например, как рос рынок постоянных магнитов для электромобилей:
Спрос на постоянные магниты для электромоторов
Всё говорит о том, что имеющиеся запасы элементов (лития, кобальта, графита и РЗЭ) вряд ли ограничат рост производства электромобилей, хотя и возможны краткосрочные ограничения, если рынок будет расти слишком быстро.
Мировое производство лития в 2016 году составило 35 000 т. Мировые ресурсы лития оцениваются примерно в 40 миллионов т. Этих резервов может хватить примерно на 185 лет, даже если рынок утроится.
Оценочные запасы кобальта (самого дорогого металла в батареях) в трех ведущих странах (ДРК, Австралия и Куба) составляют около 5 миллионов тонн, в то время как сегодня около 45 тыс тонн кобальта во всем мире идет на производство электромобилей. К 2030 году эта цифра превысит 90 тыс тонн. Кстати, Маск хочет избавится от кобальта в батареях, хотя это и будет очень сложно сделать.
Прогнозиремый спрос на кобальт, используемы в электромобилях
Запасы графита оцениваются примерно в 250 млн т, в то время как спрос на графит, обусловленный производством анодов, достигнет 250 тыс т в 2020 году.
Аналогичным образом, известные запасы никеля (78 млн тонн) по сравнению с объемом производства в 2016 году (2,5 млн тонн) предполагают, что поставки никеля не поставят под угрозу переход на электромобили.
Европейская комиссия оценивает глобальные запасы оксидов редкоземельных элементов в более чем 80 млн т, тогда как среднегодовое производство в период с 2010 по 2014 год составляет 135 650 т. Но доступность варьируется в зависимости от типа редкоземельного элемента: самыми труднодоступными являются неодим и диспрозий.
Ещё мои посты про экологически чистый транспорт:
Мой опыт поездки на электромобиле Ниссан Лиф по Норвегии:
Электромобили, «Курс молодого бойца»:
Мои избранные записи про электрокары:
Хватит ли электромобилям электричества? (что будет, если электрифицировать весь парк автомобилей)
Что делать со старыми батареями электрокаров?
Увидел в комментах в моём журнале, что эта тема привлекает много внимания. Почитал, что об этом пишут в разных странах, в частности у нас в Норвегии, Европе и в других местах.
В двух словах: на сегодняшний день ситуация довольно печальна, идеи есть, а готовых технологических цепочек нет. Но обо всём по порядку.
В настоящее время на дорогах планеты ездят более 7 млн электрических машин. Вот небольшая статистика:Ю
Большинство из них находятся в начале своей «полезной» жизни, поэтому автомобильных батарей для переработки всё ещё мало. И это хорошо, потому что сегодня перерабатывается менее 5% всех литий-ионных аккумуляторов с истекшим сроком службы. А литий, кстати, очень редкий металл, и хватит ли его на всех — тоже пока не совсем понятно. Так что это процент должен увеличится.
Старые батареи можно использовать повторно
Когда мы говорим, что батарея электромобиля достигла конца своего срока службы, это не означает, что батарею нельзя использовать - просто ее ёмкость уменьшилась примерно до 70 процентов от первоначальной (или больше). Если на вашем электромобиле это случилось во время гарантии (обычно производители дают 8 лет гарантии на батарею), вам её заменят бесплатно. А вашу старую батарею можно использовать повторно в других приложениях, например, в домашних системах хранения энергии, где соотношение энергии к весу не имеет значения. Это решает проблему свалки в краткосрочной перспективе, но эти батареи в конечном итоге потеряют всю емкость для хранения энергии, и их придётся переработать.
Различные стадии процесса переработки батарей
В батарее, в зависимости от типа, очень много дорогих и редких металлов: литий, медь, никель, кобальт, магний и др. Для их извлечения, процесс переработки в целом можно разделить на разборку батарей, и различные методы извлечения элементов: механический (прямой), гидрометаллургический и пирометаллургический методы.
Процесс механического извлечения в настоящее время сосредоточен на катоде батареи, поскольку он содержит большинство редких материалов. Аккумулятор измельчается, а материалы разделяются посредством механических методов. Помимо того, что этот способ нетоксичен и потребляет мало энергии, прямая переработка сохраняет кристаллическую структуру катода, что позволяет использовать его в новой батарее с небольшой дополнительной обработкой. У этого типа переработки есть свои недостатки и перерабатывается только лишь 30-40 % материала батареи.
После механической обработки полученный материал очищается с помощью гидрометаллургии, пирометаллургии или их комбинации.
Гидрометаллургия включает выщелачивание ценных элементов из твердого материала и их последующее осаждение путем модификации химического состава фазы растворителя.
Пирометаллургия использует операции при повышенных температурах, при которых активируются окислительно-восстановительные реакции для плавления и очистки ценных металлов.
Два последних метода очень ресурсоёмки (= дороги).
Используя все три подхода, в теории можно переработать батареи на 100%. Если кому интересно, все детали переработки очень подробно расписаны здесь.
Утилизация литий-ионных аккумуляторов сегодня
Но это была теория, как же у нас с практикой?
На сегодня, первый этап, разборка батарей довольно хорошо налажен. Батареи разбираются вручную и отправляются в специальные хранилища.
В Норвегии, например, этим занимается компания Batteriretur AS. В будущем компания собирается автоматизировать эту работу, ну а пока количество батарей ещё небольшое и всё делается вручную.
После разборки батарей следующим этапом процесса переработки является извлечение составляющих элементов. В Норвегии нет таких технологий на настоящий момент, поэтому все батареи отправляют на фабрики во Европу и Азию. В Европе такие батареи часто попадают на перерабатывающие предприятия во Франции, Бельгии или Германии. Батареи сжигаются, а медь, кобальт и никель из батарей перерабатываются. К сожалению, в этом процессе сгорания литий полностью теряется. Следовательно, необходим новый метод, в котором также извлекается весь литий.
Одна из компаний, специализирующиеся на переработке аккумуляторов для электромобилей, это французская SNAM. Там работают над проектом Phenix Batteries. Цель — производить новые батареи на 80% из переработанных деталей. Строительство завода, на котором это будет происходить, уже началось.
В Норвегии все исследования в этом направлении объединены в проект LIBRES. Бюджет LIBRES составляет около 20 миллионов норвежских крон на 4 года. В проекте группа из Норвежского университета науки и техники NTNU работает над разработкой процесса 100%-го извлечения лития, никеля и кобальта из аккумуляторов с помощью гидрометаллургии. Они планируют запустить пилотную линию в 2024 году и полномасштабно начать работать с 2027 года. В проекте также участвуют шведы.
Учёные из Норвежского университета науки и техники NTNU
Аналогичные исследование ведутся в Германии, США и других странах.
Тесла и Маск
Тесла производит большинство электромобилей в мире. Как у Теслы с переработкой? Пока также. Тесла использует сторонние компании для этого, но грозится начать перерабатывать сама 100%. Но пока это только заявление.
Как мы видим, на сегодняшний день положение довольно-таки печально. Все технологии будут готовы только через несколько лет. Ну а пока, бОльшая часть аккумуляторов глупо закапывается в землю или сжигается.
Читайте также: