Управление литий-ионными аккумуляторами в эпоху электромобилей

Электромобили (ЭМ) стремительно трансформируют глобальный транспорт, сокращая выбросы парниковых газов и уменьшая зависимость от ископаемого топлива. Но за этой революцией стоит критически важный и недостаточно изученный вопрос: что происходит с аккумулятором, когда он умирает?

Каждый год все больше аккумуляторов электромобилей достигают конца срока службы, многие из них весят более 1000 фунтов и заполнены ценными и летучими материалами. Без надежной системы утилизации слишком много складируется, закапывается или экспортируется, создавая опасность для окружающей среды и тратя впустую такие важные минералы, как литий, кобальт и никель.

Путь вперед — это не только более чистый транспорт. Это также замыкание цикла на тех самых компонентах, которые его приводят в действие.

Масштаб проблемы

Аккумулятор электромобиля может весить от 600 до 1500 фунтов и содержит плотную смесь лития, кобальта, никеля и марганца. Эти материалы имеют решающее значение для производительности, но опасны при
неправильном обращении.

Хотя большинство аккумуляторов для электромобилей в США рассчитаны на срок службы от восьми до 15 лет, они не перерабатываются в замкнутых системах. По состоянию на 2024 год менее 5 процентов перерабатываются таким образом, чтобы восстанавливать материалы для производства новых аккумуляторов. Остальные?
• Накапливались из-за отсутствия планирования
• Отправлялись за границу в страны со слабым экологическим надзором
• Неправильно захоранивались, где они рискуют утечь и загореться из-за теплового разгона (цепная реакция, вызвавшая пожары на складах в Аризоне, Германии и других местах)

К 2030 году более 2 миллионов метрических тонн аккумуляторов электромобилей будут выходить из строя каждый год — что эквивалентно весу 500 000 полноразмерных внедорожников. Это не просто проблема утилизации, это также потеря ресурсов. Эти металлы требуют больших затрат энергии для добычи и часто поставляются из геополитически нестабильных или этически проблемных регионов.

Где мы находимся сегодня: растущая проблема

Несмотря на риски, в США по-прежнему отсутствует национальная структура утилизации литий-ионных аккумуляторов. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, на которые распространяются устоявшиеся законы о возврате, аккумуляторы для электромобилей находятся в правовой серой зоне. В настоящее время большинство используемых аккумуляторов для электромобилей в США:
• Хранятся на складах производителей в ожидании нормативной ясности
• Экспортируются в страны с низкой стоимостью труда с минимальным надзором
• Утилизируются способами, которые нарушают передовую практику и создают долгосрочные риски
Между тем, электрификация ускоряется. Такие автопроизводители, как GM, Volvo и Hyundai, пообещали полностью перейти на электротягу в течение следующих 10–15 лет. Общественный транспорт, автопарки доставки и платформы совместных поездок переходят на электротягу. Тем не менее, наша национальная инфраструктура по сбору, маршрутизации и переработке отслуживших свой срок аккумуляторов не догнала их. Разрыв растет, и быстро.

Действуйте сегодня: что могут сделать муниципалитеты и потребители

Пока мы ждем принятия национальной политики, местные действия имеют значение. Вот ощутимые шаги:
1. Если вы являетесь владельцем или планируете купить электромобиль:
• Спросите у своего дилера, участвуют ли они в программах по приему аккумуляторов или сотрудничают ли они с сертифицированными переработчиками.
• Поддерживайте автопроизводителей, таких как Ford, BMW, Nissan и GM, которые выстраивают циклические цепочки поставок с такими партнерами, как Redwood Materials и Li-Cycle.
• Никогда не выбрасывайте литий-ионные аккумуляторы (в том числе от электровелосипедов или скутеров) в мусор. Используйте местные пункты приема опасных отходов или одобренных переработчиков.

2. Если вы являетесь муниципальным или региональным специалистом по отходам:
• Расширьте программы по утилизации бытовых опасных отходов (HHW) для приема литий-ионных батарей.
• Внедрите протоколы пожаробезопасного хранения и транспортировки.
• Сотрудничайте с государственными учреждениями для выявления пробелов и поиска финансирования.
• Запустите образовательные кампании, объясняющие риски, связанные с батареями, и варианты сбора.

Показательный пример: Сан-Хосе, Калифорния, интегрировал литий-ионные батареи в свою программу HHW и сотрудничал с сертифицированными переработчиками. Всего за два года город перенаправил более 20 тонн литий-ионных батарей, охватив более 60 000 жителей посредством общественной работы.

Федеральное финансирование: все еще активно, но неопределенно

Несмотря на новые политические трудности в Вашингтоне, несколько программ федерального финансирования, поддерживающих переработку аккумуляторов и инфраструктуру, остаются доступными:
1. Двухпартийный закон об инфраструктуре (BIL) — 3 миллиарда долларов
• Средства активно выделяются на переработку материалов для аккумуляторов, региональные центры переработки и развитие рабочей силы.
• Второй раунд финансирования, объявленный в 2025 году, включает 725 миллионов долларов на восстановление критически важных материалов.

2. Закон о снижении инфляции (IRA) — потенциально истекает
• Продолжает предлагать налоговые льготы и стимулы для электромобилей за переработанное содержимое аккумуляторов, но сталкивается с законодательными угрозами. Палата представителей приняла законопроект, предлагающий ранние поэтапные отказы и новые сборы за регистрацию электромобилей.

3. Премия Министерства энергетики США за переработку аккумуляторов и инициатива Li-Bridge
• Поддержка государственно-частного партнерства, передовых технологий переработки и приложений вторичной переработки.
• Остаются ключевыми инструментами для университетов, муниципалитетов и стартапов, создающих внутренние мощности по переработке аккумуляторов.

Пример: завод Ascend Elements в Джорджии получил грант Министерства энергетики США в размере 480 миллионов долларов на масштабирование производства катодов с использованием переработанного содержимого.
Совет: посетите сайты grants.gov и energy.gov для получения информации о возможностях финансирования в режиме реального времени.

Всплеск инноваций в частном секторе

В отсутствие федеральных мандатов частный сектор движется вперед. Основные игроки инвестируют в масштабируемую инфраструктуру для восстановления материалов аккумуляторов и снижения зависимости от добычи сырья:
• Redwood Materials (Невада и Южная Каролина) — Основанная бывшим техническим директором Tesla Дж. Б. Штраубелем, компания восстанавливает до 98 процентов критически важных материалов. Ее завод в Южной Каролине станет одним из крупнейших в Северной Америке.
• Ascend Elements (Джорджия и Кентукки) — Превращает использованные аккумуляторы в новые катодные материалы с помощью процесса «гидро-катод». Их заводы могут ежегодно поставлять достаточно катодного материала для 750 000 электромобилей.
• Li-Cycle (Аризона и Нью-Йорк) — Использует модульную модель «ступица и спицы» для эффективной гидрометаллургической обработки. Основные партнеры включают GM, LG Energy Solution и Glencore.

Стратегии вторичной жизни: не все отслужившие свой срок батареи отработаны

Не все литий-ионные батареи нужно немедленно демонтировать. Многие из них все еще сохраняют до 80 процентов своей первоначальной емкости, открывая дверь для вторичного использования:
• Стационарное хранение энергии: такие компании, как B2U Storage Solutions в Калифорнии, используют отслужившие свой срок батареи электромобилей для поддержки сети.
• Общественные микросети: Renault и Nissan перепрофилировали батареи для обеспечения резервного питания зданий и общественного транспорта.
• Реагирование на стихийные бедствия: отработанные батареи электромобилей могут стать гибким источником резервной энергии для убежищ и инфраструктуры реагирования на чрезвычайные ситуации.

Этот промежуточный шаг продлевает срок службы батареи, сокращает отходы и предлагает доступные решения для хранения энергии для коммунальных служб и малообеспеченных сообществ.

Глобальный бенчмаркинг: как ЕС лидирует

Пока США все еще догоняют, Европейский союз принимает активные меры по управлению аккумуляторами:
• Регламент ЕС по аккумуляторам (2023) требует, чтобы все аккумуляторы для электромобилей, продаваемые в ЕС, соответствовали минимальным стандартам содержания переработанных материалов к 2030 году. Производители теперь несут ответственность за сбор аккумуляторов, отчетность и показатели переработки.
• Новый цифровой паспорт аккумулятора будет отслеживать жизненный цикл и происхождение материала каждого аккумулятора, что повышает прозрачность и прослеживаемость.

В отличие от этого, в США нет федерального закона о расширенной ответственности производителя (EPR) для аккумуляторов электромобилей и нет национальной системы отслеживания. Подобный подход к регулированию мог бы помочь США обеспечить прозрачность, последовательность и замкнутый цикл восстановления.

Остающиеся барьеры для масштабируемых решений

Несмотря на динамику, остается несколько системных барьеров:
• Риски безопасности: неправильное хранение и транспортировка могут привести к пожарам. Многие пожарные не имеют необходимого обучения или оборудования для локализации.
• Сложность конструкции: некоторые батареи приварены или приклеены на месте, что делает их удаление дорогостоящим и опасным.
• Отсутствие национальной логистики: отсутствует федеральная структура для сбора, маршрутизации или переработки.
• Конкурентоспособность по стоимости: первичные материалы с рынков с низким уровнем регулирования часто дешевле, чем переработанные материалы.

Пока эти проблемы не будут решены, масштабирование по-настоящему циклической экосистемы аккумуляторов будет оставаться сложной задачей.

Путь вперед начинается сейчас

Революция электромобилей идет полным ходом. Однако без всеобъемлющего плана по окончанию срока службы аккумуляторов мы рискуем поставить под угрозу экологические преимущества, которые обещают электромобили. У нас есть инструменты:
• Проверенные технологии.
• Масштабируемые бизнес-модели.
• Активное (хотя и неопределенное) финансирование.
• И мощный импульс частного сектора.

Теперь нам нужно согласование — с последовательной федеральной политикой, сильным местным участием и широким общественным образованием. Что вы можете сделать сегодня, включает:
• Муниципальные лидеры: подайте заявку на гранты DOE, расширьте программы HHW и сотрудничайте с сертифицированными переработчиками.
• Политики: доработайте правило EPA об универсальных отходах и следуйте национальному законодательству EPR.
• Потребители: спросите, куда уходит ваша батарея, и поддержите автопроизводителей ответами на вопросы о цикличности.
• Лидеры отрасли: продолжайте строить, масштабировать и доказывать жизнеспособность цикличных систем.

Эпоха электромобилей движется вперед. Давайте убедимся, что у нас есть устойчивый план относительно того, что его питает, и что будет дальше.

Источник: https://wasteadvantagemag.com/managing-lithium-ion-batteries-in-the-age-of-evs/