2024. szeptember 1. – 16:57
Ezt a cikket a Telex és az autóMAGAZIN együttműködésének keretében olvashatják.
Összesen valamivel több mint kétmillió tonnát nyomnak majd 2040-ben azok a villanyautók-akkumulátorok, amelyeket újra kell hasznosítani Európában. Ez a karlsruhei Fraunhofer Rendszer- és Innovációkutató Intézet (ISI) előrejelzése, és bár tömeg hatalmasnak tűnhet, a megjelölt időpont még messze van, ami ad némi időt arra, hogy kiépüljön a megfelelő háttéripar a veszélyes hulladékok ezen fajtájának újrahasznosításához.
Németországban, Európa legnagyobb újautó-piacán, idén tavasszal alig kétmillió tisztán elektromos autó szerepelt a nyilvántartásban, amelyek többsége két évnél fiatalabb volt. Szakértők becslése szerint ezeknek az autóknak az akkumulátorai körülbelül tíz éves korukig bírják majd, mielőtt kapacitásuk 75 százalékra csökken. Ezt követően sok hajtóakkumulátort továbbra is helyhez kötött, másodlagos alkalmazások áramforrásként használnak majd tovább.
Ez a megoldás azért jó, mert az alacsony háztartási terhelés miatt nagyjából még egyszer ugyanannyi ideig bírják a működőképes állapotban újrahasznosított akkumulátorok, mint az autókban. Mások mellett a Nissan és a BMW is rég bemutatta a hajtóakkumulátorok második életére vonatkozó koncepcióját, és a cégek nem is blöfföltek, hiszen egy családi ház villamosenergia-ellátásának fenntartásához átlagosan mindössze 20 kilowattóra tárolókapacitás is elegendő lehet, ami a mai villanyautók többségében ígért újkori kapacitás fele-negyede.
2030-tól léptéket vált az újrahasznosítás
Akár kis léptékben, akár az elektromos hálózat nagyobb méretű támogatójaként, az akkumulátorok második életciklusa nagymértékben hozzájárulhat az energiaátálláshoz. Amennyire azonban ma előre látható, az alkalmazási lehetőségek korlátozottak, ezért a legtöbb használt autóakkumulátort valószínűleg mégis szétbontva, az alapanyagaikat kinyerve hasznosítják majd újra a közeli jövőben, ám ez az üzletág csak a 2030-as évek elején pörög majd fel igazán.
És ki fogja működtetni? Az autógyárak, az akkumulátorbeszállítók vagy az újrahasznosítással foglalkozó szakemberek? Az Európai Unió ezt nem írja elő, a piacra bízza az újrahasznosítás megszervezését, azonban 2027-től magas újrahasznosítási kvótákat követel a gyártóktól. Az előírás szerint a régi autóakkumulátorokból származó nikkel és kobalt 90 százalékát, a lítiumnak pedig 50 százalékát kell majd újrahasznosítani. Az új autóakkumulátoroknak szintén előre meghatározott arányban kell újrahasznosított anyagot tartalmazniuk a jövőben, de ez 2036-ig alacsony maradhat.
A Volkswagen és a Mercedes már készül arra, hogy beszálljon az újrahasznosítás piacára. Az előbbi Salzgitterben működtet egy erre a célra létrehozott kísérleti üzemet, amelynek éves kapacitása, a tervek szerint 1500 tonna lesz. A Mercedes évi 2500 tonna akkuhulladék feldolgozásához méretezte a jelenleg építés alatt álló üzemét, amely a badeni Kuppenheimben működik majd. A két nagy autógyártón kívül léteznek még kis újrahasznosító startupcégek is, mint amilyen az aacheni Cylib és rajta kívül ezernyi fém újrahasznosításra szakosodott vállalkozás. Ilyen például az Accurec Krefeldben és a Braunschweig melletti Wendeburgban található Duesenfeld.
Hővel vagy vízzel?
Az Accurec és a Duesenfeld két különböző munkamódszert alkalmaz. A két cég által alkalmazott feldolgozási eljárásnak csak az első lépése, az akkumulátorrendszer szétszerelése azonos, de már ekkor is nagy mennyiségű alumínium és réz nyerhető vissza az akkumulátorházból és a kábelekből. Ezután a műszaki megoldások kettéágaznak.
Az Accurec hagyományos pirolízis technológiát alkalmaz, vagyis 600 Celsius-fokon megolvasztja az akkumulátorcellákat. Ezzel a megoldással az eltérő sűrűségű nikkel, mangán, kobalt és réz, valamint a lítium és a grafit egy része fokozatosan kinyerhető az NMC, tehát nikkel, mangán és kobalt tartalmú cellákból. A technológia hátulütője, hogy a folyékony elektrolitot elégetik, és az ehhez használt, folyamatosan működő kemencék is sok energiát fogyasztanak. A Duesenfeld ezzel szemben egy újabb, nedves kémiai eljárást alkalmaz, amely alacsony hőmérsékletet igényel. Ennek során lényeges köztes lépés egy fekete por előállítása, amely különböző savfürdők után minden fémet annak sójaként tartalmaz.
Az elektrolitot ez utóbbi eljárás során megtartják, így az akkumulátor teljes újrahasznosítási aránya állítólag 91 százalékos. A Cylib startup a savak és lúgok egy részét környezetileg semleges vízzel tudja helyettesíteni. Előreláthatólag az eljárások versenyét a nedves-kémiai módszerek nyerik majd meg. Az iparág fejlődésére vonatkozóan azonban alig vannak megbízható előrejelzések, mert Kínával vagy az Egyesült Államokkal ellentétben Németországban még mindig túl kevés a használt villanyautó-akkumulátor. A német újrahasznosító üzemek, amelyek az ADAC (német autóklub) számításai szerint mintegy 50 ezer tonna kapacitásra képesek, még nem használhatók ki teljes mértékben.
Ez azonban csak egy pillanatfelvétel, hiszen a karlsruhei Fraunhofer Intézet szerint 2040-ig hatmilliárd eurónyi beruházásra lesz szükség. Vajon megtérül ez valaha is? Kézi munkaerő nagyarányú használata nélkül nem fog működni, amit nehezít, hogy Németországban magas a bérszínvonal.
További kihívást jelent, hogy a villanyautó-akkumulátorok celláinak formája és kémiai összetétele gyártótól és modelltől függően nagyban különböznek egymástól. A régi akkumulátorokat begyűjtő és szállító logisztikai hálózat felállítása és üzemeltetése is költséges lesz. Ráadásul a német gyártóknak nehézséget okoz saját gigagyáraik felállítása az új cellák előállításához, ami lassítja az érdeklődés felfutását az újrahasznosított anyagok iránt, amelyek egy NMC-akkumulátor esetében mintegy 1000 eurót érhetnek.
Miért gyulladhat ki a villanyautók akkumulátora?
A villanyautók akkumulátorának újrahasznosítása ma még nem égető kérdés, a tavaly az Északi-tengeren, a Fremantle Highway nevű autószállító teherhajón kitört tűz azonban nagy médiafigyelmet keltett, és mivel egy ideig szerepelt a feltételezések közt, hogy elsőként egy villanyautó akkumulátora kapott lángra, a szélesebb nyilvánosság is aktívan foglalkozni kezdett ezzel a kockázattal. Ezen az sem változtatott később, hogy a tűz keletkezésének oka tisztázatlan maradt, így nem igazolódott be az a gyanú sem, hogy valóban a raktérben lévő mintegy 500 villanyautó egyike okozta a tüzet.
Bár egyelőre rendkívül ritka, hogy egy villanyautó akkumulátora kigyullad, azt egyre többen tudják, hogy a mai típusok többségében található lítiumion-akkumulátorok elvileg bármikor, külső behatás nélkül is lángra kaphatnak, ahogy erről korábban részletes cikkben írtunk is. Amikor pedig megsérül egy ilyen, fizikai behatásokkal szemben egyébként jól védett áramforrás, a tűz keletkezésének kockázata kifejezetten magas.
Más, kevésbé ismert veszélyek is vannak Az egyik a lítiumosodás, amely akkor kezdődhet meg, amikor egy akkumulátort gyakran nagy áramerősséggel vagy alacsony hőmérsékleten töltenek, ezért az anód, vagyis a pozitív elektróda felületén apró lítiumfémcsomók képződnek. Legrosszabb esetben ezek a dendritnek nevezett elváltozások megnőhetnek és áthatolhatnak az elektródák közt lévő elválasztó membránon, ami rövidzárlatot okozhat a cellában.
Ez a rövidzárlat komoly kockázatot jelent az NMC-akkumulátoroknál, amelyeknek van egy második hiányosságuk is. Ha egy cella 70-80 Celsius-foknál jobban felmelegszik, például túltöltés vagy apró szennyeződés miatt, a szénhidrogénekből álló elektrolit elkezd párologni. Ezután a cellában megnő a nyomás, és valamivel 200 fok felett bekövetkezik a „termikus elszaladás”: a cella kigyullad, és magával ragadja a szomszédos cellákat is. Nagyon rövid időn belül az akkumulátor kapacitásának 6-10-szerese szabadulhat fel hőenergia formájában. A tüzet ráadásul nehéz eloltani, mert a katódanyagban megkötött oxigén táplálja. Van persze megoldás ezekre a problémákra, hiszen a lítium-vasfoszfát akkumulátorok (LFP) hőstabilabbak, mint az NMC-rendszerűek, ezért tűzveszélyük is minimális, mert kémiai felépítésük miatt nem, vagy csak kevés oxigén szabadulhat fel.
Az utóbbi időben több cikket is olvashattak a Telexen a villanyautók akkumulátoraival kapcsolatban. Ezekből kiderült, hogy melyek a jelenlegi és jövőbeli technológiák, miért mennek tönkre az értékes áramforrások, illetve hogyan küzdik le a gyártók a villanyautózással kapcsolatos félelmeket.
