Батарейка на колесах: будущее аккумуляторов электромобилей

Так выглядит литий-ионная батарея электромобиля
Так выглядит литий-ионная батарея электромобиля (Фото: Shutterstock)
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.

Фото:Shutterstock
Зеленая экономика Как правильно утилизировать электронные девайсы

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.

Фото:Unsplash
Экономика инноваций Инверторы и управление голосом: новые патенты в сфере электромобилей

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.

Обновлено 26.04.2022
Главная Лента Подписаться Поделиться
Закрыть