Asigurarea unui viitor cu alimentare cu baterii, prin reciclare automată
Publicat la 17 decembrie 2024 în Sustainable Manufacturing
Bateriile joacă un rol crucial în facilitarea extinderii surselor regenerabile de energie în combinaţia energetică şi a electrificării transporturilor, pe măsură ce trecem de la dependenţa de combustibili fosili şi către tehnologii energetice mai curate, pentru a îndeplini obiectivele convenite la COP 28.
Acest lucru a trimis piaţa bateriilor pe o traiectorie ascendentă, cu două sectoare - energie şi transport - care determină cererea. Potrivit Agenţiei internaţionale pentru energie (AIE), sectorul energetic reprezintă peste 90% din cererea globală de baterii. Numai în anul 2023, utilizarea bateriilor în acest sector a crescut de la an la an cu peste 130%, adăugând un total de 42 de gigawaţi (GW) la sistemele de electricitate din întreaga lume. Stocarea energiei este o aplicaţie majoră pentru baterii ca mijloc de captare a energiei regenerabile şi va deveni mai importantă în viitor. Între timp, în sectorul transporturilor, bateriile au facilitat creşterea numărului de maşini, biciclete, camioane, autobuze electrice şi de alte vehicule alimentate cu baterii.
Insecurităţi privind materiile prime
Cu toate acestea, creşterea viitoare a producţiei de baterii şi a industriilor pe care le deserveşte aceasta va depinde în mare măsură de asigurarea unei aprovizionări fiabile cu materiale precum litiu, cobalt, cupru, nichel, mangan şi grafit.
În prezent, China domină nu numai producţia de baterii, ci şi aprovizionarea cu materii prime, deoarece deţine majoritatea minelor din Africa, Australia şi America de Sud. Deşi Europa are propriile rezerve de materii prime pentru baterii, acestea nu sunt încă exploatate, iar procesul de deschidere a unei mine durează ani de zile, nu luni.
Cealaltă cale de obţinere a materiilor prime este recuperarea acestora din bateriile care au fost deja construite. În teorie, aceasta oferă pentru Europa o strategie promiţătoare de a reduce dependenţa de lanţurile de aprovizionare globale precare şi de a stabili o producţie durabilă în circuit închis. Cu toate acestea, realitatea este că reciclarea bateriilor este plină de complicaţii.
Probleme provocatoare privind reciclarea bateriilor
Principala problemă este absenţa standardizării în chimia şi construcţia bateriilor. Astăzi, nimeni nu ştie cu adevărat ce se află în interiorul bateriilor care sunt în circulaţie. Reciclatorii au construit baze de date pe care le pot consulta pentru a identifica modelul bateriei şi pentru a determina materialele utilizate într-o anumită baterie, dar chiar dacă găsesc o potrivire, nu există garanţii că anatomia bateriei din faţa lor va corespunde cu baza de date. De-a lungul duratei sale de viaţă, o baterie va suferi modificări chimice şi structurale ireversibile, care pot duce la degradarea materialului. De asemenea, modificările furnizorilor de materii prime în timpul ciclului de viaţă al unui anumit subtip ar putea conduce la modificări ale compoziţiei.
Calitatea este o altă problemă pentru reciclatorii care doresc să extragă şi să recupereze materii prime din baterii. Litiul, de exemplu, trebuie să fie 100% pur pentru a fi reutilizat - dacă este contaminat chiar şi foarte puţin în timpul procesului de reciclare, acest lucru îl va face nepotrivit pentru reutilizare.
O altă problemă este că nu toate bateriile sunt returnate în stare bună, iar deteriorarea nu este vizibilă, ceea ce face dificilă evaluarea de reciclatori a stării acestora. Este posibil ca o baterie de maşină să fi fost într-un accident sau ca nodurile dintr-o baterie electronică să se fi spălat, ambele afectând reciclabilitatea bateriei.
Potrivită pentru o a doua viaţă?
Reciclarea bateriilor nu presupune doar la recuperarea materiilor prime pentru producţia de baterii noi, ci şi la repararea şi la înlocuirea bateriilor pentru aplicaţii de a doua viaţă. Odată ce capacitatea unei baterii scade sub 80% - nivelul considerat acceptabil pentru vehiculele electrice, nu există niciun motiv pentru care nu poate fi dată o a doua viaţă ca parte a unei soluţii de stocare a energiei.
Acest lucru vine însă cu propria serie de provocări, iar reciclatorii trebuie să treacă printr-un proces decizional îndelungat pentru a identifica dacă o baterie este adecvată pentru aplicaţii de a doua viaţă înainte de a o deschide. De asemenea, trebuie să se asigure că dispun de suficiente baterii pentru proiecte de stocare a energiei de mare capacitate, în care amestecarea tipurilor de baterii nu este o opţiune.
Sortarea şi demontarea bateriei: operare manuală
Din cauza numeroaselor provocări, demontarea bateriilor pentru reciclare rămâne în continuare un proces complet manual. În esenţă, este un proces de fabricaţie inversă, în care componentele electronice şi substanţele chimice trebuie îndepărtate separat. Aceasta nu este doar o sarcină lentă şi dificilă atunci când este efectuată manual, ci şi una periculoasă. Bateria trebuie descărcată înainte de a fi demontată, ca şi cum un lucrător ar intra în contact cu componentele active ale unei baterii încărcate, ar putea suferi un şoc electric grav. Prezenţa materialelor otrăvitoare, precum solvenţii şi electroliţii, reprezintă, de asemenea, un risc grav pentru sănătate şi siguranţă la manipularea bateriilor.
Regulamentul UE privind bateriile
Noul regulament UE privind bateriile reprezintă un pas uriaş către instituirea unei economii circulare pentru baterii şi pentru componentele acestora. Pe lângă introducerea de obiective privind eficienţa reciclării, recuperarea materialelor şi conţinutul reciclat, legislaţia include mai multe cerinţe care vor contribui la abordarea problemelor cu care se confruntă în prezent reciclatorii.
O prevedere este că bateriile utilizate în vehicule şi în produse electronice trebuie să fie detaşabile. Acest lucru nu numai că va prelungi durata de viaţă a acestor produse, dar va facilita şi îndepărtarea bateriilor în scopuri de reciclare.
O altă cerinţă este că începând din anul 2027, toate vehiculele electronice şi bateriile industriale de peste 2 kWh vândute pe piaţa UE vor necesita un paşaport unic pentru baterii, care poate fi recuperat printr-un cod QR. Acesta va fi un element revoluţionar pentru reciclarea bateriilor, deoarece va elimina multe dintre incertitudinile legate de compoziţia bateriilor.
Cu toate acestea, va exista un decalaj considerabil de timp înainte ca paşapoartele digitale să fie de uz practic pentru reciclatori. Bateriile au o durată minimă de viaţă de opt ani, cu durata lor de viaţă reală, de obicei, mai aproape de 15 de ani. Aceasta înseamnă că primele baterii cu paşapoarte digitale vor fi disponibile pentru reciclare cel mai devreme începând cu anul 2035 şi că bateriile fără paşapoarte vor fi încă în uz în anul 2040. Între timp, există o nevoie urgentă de avansare a tehnicilor de testare şi de măsurare a stării bazate pe tehnologie.
Automatizarea are un potenţial revoluţionar
Automatizarea inteligentă deţine cheia pentru sortarea şi demontarea în siguranţă şi cu eficienţă a bateriilor, pentru a le permite să fie reciclate cu uşurinţă. Tehnologia de inspecţie cu cameră video şi de detectare poate fi combinată cu analiza datelor şi cu inteligenţa artificială pentru a identifica tipul de baterie; roboţii pot efectua sarcini periculoase, cum ar fi deschiderea, descărcarea vi demontarea bateriei, fără a pune în pericol lucrătorii umani, iar procesele digitalizate pot sprijini separarea aşa-numitei „mase active”.
OMRON este partener în reţeaua germană de cercetare DiLiRec, care se va concentra în următorii trei ani pe dezvoltarea unor procese de reciclare durabile pentru fosfatul de fier cu litiu (LFP) din materialul catozilor. Sortarea eficientă a celulelor bateriei, dezmembrarea şi dezizolarea electrozilor, precum şi înregistrarea sistematică a datelor în cadrul subproceselor de reciclare a bateriilor au fost identificate drept condiţii prealabile pentru reciclarea eficientă a LFP. OMRON aduce capabilităţi în robotică, analize de date, inspecţie cu cameră video şi detecţie bazate pe inteligenţa artificială în sistemul ecologic, care reuneşte producătorii de baterii, cercetătorii şi reciclatorii.
Lipsa de autonomie a Europei în producţia de baterii ameninţă creşterea viitoare a electro-mobilităţii şi a industriilor energetice. Dezvoltarea infrastructurii de reciclare a bateriilor din regiune este esenţială pentru asigurarea aprovizionării cu materiile prime de care au nevoie aceste industrii, precum şi pentru crearea circularităţii necesare pentru realizarea potenţialului de sustenabilitate al tehnologiilor alimentate cu baterii. Automatizarea sortării şi demontării bateriilor este o piesă minusculă, dar crucială în acest puzzle, iar OMRON este mândră să facă parte dintr-o mişcare care conduce trecerea la o nouă paradigmă.
Contactaţi-ne pentru mai multe informaţii