Епоха акумуляторів: як врятувати світ від електронних відходів?

Україна хоче зайняти своє місце у Європейському акумуляторному альянсі (European Battery Alliance – ЕВА). Для цього ми маємо найбільшу у Європі мінерально-сировинну базу необхідних «battery elements», вигідне географічне положення – близькість до Європи, значний енергетичний потенціал. І ….звичайно, талановитих людей – вчених, здатних вилучати літій, кобальт, нікель та інші цінні метали не тільки з надр, а й з відпрацьованих батарей.

І якщо запуск в розробку родовищ літію, нікелю, кобальту в Україні це скоріше всього довгострокова і в наших умовах не 100% перспектива, то ідея отримання цінних компонентів з відпрацьованих батарей, є більш реальною. Щоправда є одне «але» Яке? Читайте нижче.

Світ поглинає звалище відпрацьованих акумуляторів 

Перехід на «зелену енергетику» передбачає електрифікацію транспорту. А отже збільшення виробництва акумуляторів для них. Крім того, таке звичне використання літій-іонних акумуляторів у всіх сферах життя та побуту людини потребує все більше і більше літію для їх виготовлення. Особливо це стосується акумуляторів для електрокарів. Одна з таких батарей, у середньому, потребує 7 кг літію, а це в 100 разів більше, ніж потрібно акумулятору ноутбука та в 10000 разів, ніж смартфону .

На сьогодні у світі експлуатується близько 2 мільйонів електромобілів, а згідно прогнозів Міжнародного енергетичного агентства, до 2030 року на Землі вже буде близько 140 млн. електромобілів, для акумуляторів яких потрібно буде видобути 980 000 тис. т тільки літію, не кажучи вже про кобальт, нікель та інші метали, що є енергоємним, дорогим процесом та несе додаткове навантаження на екосистему планети. У свою чергу це призведе до утворення 11 млн. тонн відходів у вигляді літій-іонних батарей. Це дуже велика цифра. Особливо, у перерахунку на площу, яку вони можуть забруднити.

Для прикладу: одна пальчикова батарейка здатна забруднити 20 м2 землі і 400 л води. А площа забруднення від неутилізованої батареї електрокару складає 8096 км2, що дорівнює приблизно 3-м площам Люксембургу. А якщо таких батарей мільйони?

Ефективна утилізація: українська технологія, яка могла підкорити світ  

У нашій країні поки що лише 25 тисяч електромобілів, при чому до 90 – 95% з яких вживані, а значить їх робочий ресурс уже обмежений. Тобто відносно скоро близько 25 тисяч відпрацьованих батарей потребуватимуть утилізації або повторного використання, а потім все одно утилізації.

До чого тут Україна запитаєте Ви? Адже і у Європі, і у Америці давно навчились переробляти акумулятори. Навіщо винаходити «велосипед»? Так дійсно, наразі у світі існує декілька технологій переробки. Вони засновані на використанні переплавки батарей, їх кислотного і ультразвукового вилуговування, подрібнення, висушування і вилучення «battery elements». 

Проте всі ці технології мають ряд ускладнень і ризиків:

• невідпрацьована технологічна схема переробки;
• висока токсичність певних способів переробки;
• широке використання ручної людської праці, що являється небезпечним для здоров’я людини;
• висока собівартість переробки у порівнянні з ціною реалізації отриманого кінцевого продукту.

Над вирішенням цих проблем у 2020 році почали працювати українські вчені у м. Дніпро на базі Національної металургійної академії України (далі НМАУ). Проект, під назвою «Розробка ресурсозберігаючого та екологічно безпечного металургійного способу вилучення цінних металів та графіту з відпрацьованих літій-іонних акумуляторів», мав на меті розробити ресурсозберігаючий та екологічно безпечний металургійний спосіб переробки відпрацьованих літій-іонних акумуляторів з 99,8 відсотковим вилученням цінних металів (Li, Co, Ni, Cu, Mn, Al) та графіту для подальшого використання у виробництві літій-іонних акумуляторів або в інших технологіях. Крім того, технологія передбачала перетворення неметалевих частин акумуляторів на мінеральні добрива.

Реалізація проекту мала б ряд економічних, екологічних і соціальних переваг. Передусім – це власна екологічно безпечна технологія повного циклу утилізації батарей, що дозволила б зменшити залежність від видобутку первинної сировини із надр. Далі – зменшення потреби у спеціальних звалищах, як наслідок – скорочення екологічних ризиків, пов’язаних зі зберіганням відпрацьованих акумуляторів та їх переробкою. Як наслідок – створення абсолютно нової переробної і відновлювальної галузі вітчизняної промисловості.

Хороші перспективи. Але вони ризикують так і залишитися лише перспективами. Справа в тому, що реалізація проекту була запланована на 2020-2022 роки. У результаті проект проіснував один рік і незважаючи на отримані позитивні результати, за словами відповідального виконавця, молодої вченої Ліни Кеуш, не знайшов продовження у стінах НМАУ. Зараз Ліна живе і працює в Австрії, вже зовсім над іншими проектами.

Сподіваємось, що тема таки знайде своє продовження і проект буде реалізованим. Адже, переваги його як кажуть «на лице». А чітка і прозора політика в надрокористуванні, покращення інвестиційного клімату, фінансування науки, дозволять Україні створити повний цикл літій-іонного виробництва – від видобутку сировини (літію, кобальту, нікелю), виготовлення деталей до акумуляторів електромобілів та самих акумуляторів, до переробки відпрацьованих батарей. Видобувати корисні копалини можна не тільки із надр. Україна просто зобов’язана розвивати усі можливі напрямки і головне – не втрачати талановитих спеціалістів, здатних змінити хід історії.

Довідково: Ліна Кєуш, к.т.н., старший науковий співробітник кафедри металургії чавуну НМАУ, голова Ради молодих вчених металургійної академії, керівник дипломних проектів, рецензент статей у журналах «Fuel Processing Technology» та «Chemistry, Physics and Technology of Surface».

Ліна є автором 60 науково-методичних праць – монографій, статей, тез доповідей, учасницею наукових конференцій державного і міжнародного рівня. Також у 2019 році мала закордонне академічне стажування у Budapest University of Technology and Economics (Будапешт, Угорщина).

Джерело: neiau.org