Отработавший материал
Количество гибридов и электрокаров в мире продолжает расти. При этом возрастает и необходимость утилизации аккумуляторов, применяемых на этих транспортных средствах. Пока переработкой батарей занимаются единицы. Со временем данная деятельность может оформиться в самостоятельную ветвь авторемонтного бизнеса. Если, конечно, автопроизводители определятся, какой тип батарей им подойдет лучше всего.
Американские власти с целью сокращения выбросов парниковых газов поставили задачу по увеличению заряжаемых от розетки автомобилей до 1 млн штук к 2015 году. Конечно, использование электротранспорта имеет много положительных сторон с точки зрения экологии. Тем не менее даже «зеленые» технологии вызывают некоторые проблемы. В частности, предстоит решить, что делать с аккумуляторами гибридов и электрокаров.
Как известно, раз возникает спрос на какую-либо услугу, появляется и предложение. Ряд предпринимателей уже выстраивают бизнес-модели, предусматривающие получение прибыли от сервиса по утилизации батарей.
Одной из важнейших составляющих аккумуляторов выступает литий. Спрос на него остается достаточно высоким, поскольку металл применяется в производстве элементов питания для различных электронных устройств. По разным оценкам, в 2015 году миру потребуется до 256 тыс. т лития, а в 2020 – уже 500 тыс. т. Причем большая часть будет использована в батареях.
Сегодня основная масса металла добывается в Боливии, Аргентине и Чили. Казалось бы, при таком спросе переработка аккумуляторов должна быть в первую очередь направлена на извлечение лития. Однако такой способ получения лития обходится дороже, чем его добыча, что делает переработку нерентабельной.
По словам главы отраслевой компании Retriev Technologies Джозефа Акера, наибольшую ценность для переработчиков представляют другие металлы, также используемые при выпуске аккумуляторов. Это никель, кобальт, железо и проч.
Между тем автомобильные компании все чаще стараются сэкономить на производстве путем снижения содержания ценных металлов. Такой подход может сделать бизнес по утилизации элементов питания менее выгодным. В то же время те, кто экономит, рискуют получить на выходе менее производительные аккумуляторы, что в конце концов заставит отказаться от данной практики, считает Акер.
Хотя в большинстве элементов питания используется литий, часть батарей гибридов электромобилей построена без применения этого материала. В ранних моделях Toyota Prius, Honda Insight и Honda Civic применялся никель-металл-гидридный аккумулятор. Он был лучшей альтернативой свинцовому, поскольку меньше весил и хранил больше энергии. Однако и у него были свои недостатки – NiMH-батареи отличались высоким уровнем саморазряда. Кроме того, входящий в его состав кадмий токсичен, аккумулятор нельзя просто выбросить на свалку.
Стоит также учитывать тот факт, что основные покупатели электромобилей – люди, заботящиеся об окружающей среде. Поэтому они хотят быть уверенными в том, что их транспортное средство по завершении срока эксплуатации не будет наносить вред экологии. Аккумулятор нельзя просто отнести на ближайшую помойку. Он может причинить ущерб экологии, вызвать возгорание, да и просто ударить током.
Для таких автовладельцев и разрабатываются новые бизнес-модели. По информации издания «Sustainablog», в США пока существует единственная фирма – переработчик батарей. Между тем в скором времени идею могут подхватить и дилеры, и другие компании.
Так, американские власти выделили 9,5 млн долл. компании Toxco на строительство специального предприятия по переработке литий-ионных батарей. Сейчас ее услугами уже пользуются ведущие производители электрокаров.
Вторая жизнь
Есть еще один вариант использования отработавших свое на электромобилях аккумуляторов. По завершении срока эксплуатации их энергоемкость составляет 70–80% от первоначальной. Хотя для работы на транспортном средстве такие элементы не годятся, их можно приспособить под другие нужды.
В частности, существуют проект использования аккумуляторов гибридов для хранения электричества. К примеру, их можно применять в домашних хозяйствах, где используются солнечные батареи или ветряные установки. Полученное с помощью данных устройств электричество можно запасать в аккумуляторах для последующего применения.
В этом направлении двигаются автопроизводители, которые стремятся приспособить элементы питания для рынка постгарантийных услуг. Nissan в партнерстве с компанией Green Charge Networks ведет разработку систем хранения электричества для массового рынка. В основе – батареи от Nissan Leaf.
Схожие проекты есть и у General Motors: аккумуляторы от Chevrolet Volt планировалось использовать для питания одного из подразделений компании. Работать они должны были в связке с ветряными двигателями и солнечными батареями. По задумке, в экстренной ситуации элементы должны бы были обеспечить помимо прочего резервное питание.
Эксперты считают, что с ростом электротранспорта проблема утилизации элементов питания будет усугубляться. Считается, что в среднем срок службы аккумулятора составляет 10 лет, соответственно именно столько отводится времени для решения проблемы.
Собрать 100%
Пока же компании ищут наиболее эффективный и прибыльный способ переработки. В 2013 году Honda заявила о применении нового метода по извлечению редкоземельных металлов из никель-металл-гидридных аккумуляторов. Полученное таким образом сырье используется для выпуска отрицательных электродов, применяемых в никель-металл-гидридных батареях.
В компании подчеркнули, что чистота извлеченных металлов составляет 99%. То есть по своим характеристикам они не уступают веществам, добытым в шахтах. Новая технология позволяет извлечь до 80% редкоземельных металлов из аккумулятора. Как отмечалось в пресс-релизе компании, Honda будет собирать батареи через дилеров после процедуры замены отработавших элементов питания на новые.
Производители автомобилей активизировали усилия по сбору отработавших элементов питания. Сейчас дилеры Toyota и Lexus в Европе забирают у клиентов в обмен на новые 91% аккумуляторов. В ближайшем будущем японцы хотят довести данный показатель до 100%. Для этого планируется сотрудничество с компаниями, занимающимися утилизацией транспортных средств.
Ищут оптимальные способы переработки батарей и ученые. Так, американские специалисты пришли к выводу, что наиболее эффективный способ переработки – пирометаллургия.
Согласно полученным данным, если бы все машины Калифорнии работали на аккумуляторах, то за год транспорт генерировал бы 600 т твердых отходов. Естественно, что рост продаж электромобилей требует искать пути утилизации уже сейчас. Расчеты показали, что экономически выгодно построить не более двух предприятий по переработке батарей на такой штат, как Калифорния. Большое же число заводов заметно снизит прибыль игроков.
Прорыв за прорывом
Есть, однако, и препятствия для развития бизнеса по переработке батарей. Автопроизводители пока до конца не могут определиться, какой же тип аккумуляторов использовать. В СМИ то и дело появляются сообщения о том, что ученые совершили очередной прорыв и готовы в ближайшие несколько лет поставить на рынок новые источники питания, которые по своим характеристикам превосходят существующие.
Для наглядности можно привести сообщение Массачусетского технологического института (MIT). В июне на сайте заведения появилась информация о том, что сотрудники MIT разработали более продвинутую технологию выпуска литий-ионных аккумуляторов. Она должна снизить стоимость большинства батарей, повысить эксплуатационные характеристики и упростить процесс утилизации.
«Мы заново изобрели процесс», – объяснил суть новой технологии профессор Цзян Йе-Мин. Ранее профессор был сооснователем компании A123, занимавшейся выпуском литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Теперь Цзян выступил сооснователем фирмы 24M, также специализирующейся на работе с перспективными типами источников питания.
Применяемая сегодня технология выпуска литий-ионных аккумуляторов с момента разработки за последние 20 лет почти не изменилась. Она неэффективна, поскольку при производстве тратится время на ненужные этапы и расходуется слишком много ресурсов.
Технология базируется на концепции, также разработанной Цзяном и группой ученых, включая Крейга Картера. Она получила название «потоковая батарея». Ее электроды представляют взвесь мельчайших частиц, переносимых жидкостью. Взвесь прокачивается через большое количество ячеек в батарее.
Последняя разработка профессора MIT представляет собой гибрид потоковой батареи и традиционной твердой. В данном случае, хотя электродный материал не течет в аккумуляторе, он состоит из схожей взвеси полутвердых коллоидных частиц. Разработчики дали новинке и соответствующее название – полутвердая батарея.
По словам Цзяна, новая технология значительно упрощает процесс производства. Кроме того, полутвердая батарея получается гибкой и устойчивой к механическим повреждениям. Как показал проведенный анализ, потоковые батареи возможно применять там, где требуется источник питания с низкой энергоемкостью.
В случае если требуется высокая энергоемкость, потоковые батареи можно заменить на полутвердые. Тогда производителю не придется тратиться на дополнительные компоненты, что существенно снизит затраты.
Стали проще
Обычно при производстве аккумулятора необходим процесс нанесения слоев жидкости на подложку. После этого требуется время на то, чтобы дать подложке высохнуть. Новая технология подразумевает сохранение электродного материала в жидком виде. Поэтому традиционный этап сушки не требуется. Сверх того, применение более толстых электродов позволило сократить количество используемого материала в источнике питания на 80%.
Помимо того, что ученым удалось упростить производство батарей и снизить себестоимость наполовину, новинка получилась более гибкой и упругой. Традиционные электроды литий-ионных аккумуляторов получаются хрупкими и могут выйти из строя при механическом воздействии. Батареи из MIT можно гнуть во все стороны, как показали опыты, даже пробитые пулей, они сохраняют работоспособность. Все это говорит о том, что новинка станет безопаснее и долговечнее.
По состоянию на июнь 2015 года было выпущено 10 тыс. экспериментальных полутвердых источников питания. Большинство из них проходят испытания в фирмах – партнерах MIT, включая нефтяную компанию из Таиланда, а также японского производителя тяжелого оборудования IHI Corp. Разработчики уже получили 8 патентов на свою технологию, еще 75 патентов ожидают рассмотрения. Фирма 24M привлекла 50 млн долл. на свою деятельность от инвестиционных компаний и властей США.
Изначально аккумуляторы разрабатывались для хранения энергии, полученных с помощью ветряков и солнечных батарей. В то же время Цзян говорит, что его источники питания будут востребованы там, где вес и объем ограничены. В частности, новинка подойдет для электромобилей.
Для рождения нового бизнеса есть все необходимые составляющие: в мире продано достаточно гибридов и электрокаров, чтобы обеспечить спрос на услугу по утилизации. Возможно, что тот, кто найдет наиболее оптимальный способ переработки элементов питания, станет лидером в области на много лет вперед.
