Czy zużyte baterie z pojazdów elektrycznych faktycznie zapewniają tanie magazynowanie energii?

Duże ilości baterii usuwanych ze złomowanych pojazdów elektrycznych mogą stać się problemem w ciągu najbliższych kilku lat. Rozwiązaniem może być połączenie recyklingu i zastosowania drugiego okresu eksploatacji w inteligentnym magazynowaniu energii. Będzie to efektywne zwłaszcza przy usprawnieniu procesów demontażu i testowania.

Stawianie czoła wyzwaniom związanym z odpadami z pojazdów elektrycznych

Obawy związane z zasięgiem stają się coraz mniejszą barierą dla konsumentów pojazdów elektrycznych zasilanych bateriami. Połączenie ulepszeń konstrukcji układu napędowego pojazdu, rozbudowy infrastruktury ładowania, coraz większej liczby możliwości szybkiego ładowania oraz większego zrozumienia ze strony właściciela/kierowców pozwala uspokoić te obawy. Kupujący są gotowi przyjąć do wiadomości, że dzisiejsze pojazdy elektryczne mogą bezpiecznie obsługiwać typowe, rutynowe, codzienne przejazdy. Tylko niewielka liczba niestandardowych podróży będzie wymagać przerwy na naładowanie.

Z drugiej strony doświadczenie z telefonami komórkowymi pokazało, w jakim stopniu wydajność baterii litowo-jonowych pogarsza się z powodu starzenia oraz skutków wielokrotnego ładowania i rozładowywania. Pod koniec umowy użytkownicy mogą wykonać między ładowaniami mniej operacji na telefonie i muszą go częściej ładować. W pojazdach elektrycznych degradacja baterii litowo-jonowej wpływa zarówno na zasięg, jak i na wydajność. Gdy pojemność baterii spadnie do około 80%, uważa się, że nie nadaje się ona już do zasilania pojazdu. Dojście do tego punktu może zająć od ośmiu do dziesięciu lat, w zależności od użytkowania. Warto zauważyć, że szybkie ładowanie, zaproponowane jako część rozwiązania problemów z zasięgiem i czasem podróży pojazdów elektrycznych, skraca żywotność baterii.

Co zrobić ze zużytymi bateriami?

Świat zaczyna zastanawiać się, co zrobić z tymi bateriami, a wyzwanie może okazać się spore. Prognozy wskazują, że do 2030 roku aż 11 milionów ton zużytych baterii będzie wymagało poświęcenia uwagi. Popyt rynkowy na pojazdy elektryczne będzie nadal rosnąć. Niektóre rządy europejskie planują zakazać sprzedaży nowych pojazdów z silnikami spalinowymi w ciągu najbliższych 20 lat. Może to spowodować, że do 2040 r. na drogach świata pojawi się pół miliarda pojazdów hybrydowych i elektrycznych typu plug-in, z których każdy będzie wyposażony w baterię litowo-jonową, która wkrótce zostanie dodana do wspomnianej liczby.

Oczywistym sposobem postępowania jest odzyskanie materiałów do produkcji nowych baterii. Alternatywnym i rozsądnym ze względów ekonomicznych i środowiskowych rozwiązaniem może być wykorzystanie jak największej ilości pozostałej pojemności baterii przed jej nieuchronnym recyklingiem. Chociaż te tzw. używane baterie nie są wystarczająco dobre do użytku w pojazdach elektrycznych, można je wykorzystać w zastosowaniach, w których ich zmniejszająca się pojemność jest mniej istotna dla użytkownika końcowego, a zatem rzadziej wywołuje niepokój. Proponowane zastosowania obejmują magazynowanie energii do różnych celów, takich jak mikrogeneratory zasilane energią słoneczną lub wiatrową. Mogą być to także rezerwowe źródła zasilania, zarządzanie inteligentnymi sieciami oraz zasilanie stacji ładowania samochodów.

Szanse dla środowiska i biznesu

Funkcjonalny rynek baterii używanych mógłby stworzyć możliwości generowania przychodów i zatrudnienia. Pomoże także w rozwiązywaniu problemów środowiskowych związanych z dużą liczbą zużytych baterii do pojazdów elektrycznych. W 2017 r. firma Lux Research zasugerowała, że do 2035 r. zasilanie bateriami używanymi może sięgnąć 65 GWh. Zużyte baterie należy zebrać i zdemontować. Natomiast odzyskane ogniwa przetestować w celu zidentyfikowania, które nadają się do ponownego użycia, a które nie. Dobre ogniwa należy następnie zgrupować z innymi w podobnym stanie, aby stworzyć używaną baterię w zadowalającym stanie.

Firmy technologiczne mogą następnie wbudować te baterie w produkty nadające się do sprzedaży. Niektóre firmy już się na to zdecydowały, np. Powervault z siedzibą w Wielkiej Brytanii, która produkuje inteligentne systemy magazynowania energii, pomagające klientom indywidualnym korzystać z energii słonecznej lub wiatrowej wytwarzanej w domu, a także taniej energii pobieranej z sieci poza szczytem. Domowe magazynowanie energii pomaga także przedsiębiorstwom użyteczności publicznej zarządzać popytem konsumentów i unikać nadmiernych szczytów, oferując inteligentne taryfy oparte na czasie użytkowania. Szwedzka firma Box of Energy z siedzibą w Göteborgu ma podobne podejście do Powervault. Obie firmy oferują produkty wykorzystujące używane baterie z samochodów elektrycznych zintegrowane z powiązanymi systemami, takimi jak elektronika zarządzania bateriami, obwody sterujące ładowaniem obsługujące interfejs z siecią lub generatorem słoneczno-wiatrowym, a także systemy bezpieczeństwa i ochrony.

Produkty do zarządzania ogniwami z drugiej ręki

Technologie i specjalistyczna wiedza niezbędne do wdrożenia podstawowych funkcji, takich jak zarządzanie baterią i ochrona zasilania, są oferowane przez uznanych dostawców, m.in. Analog Devices, Maxim Integrated, Microchip Technology i Texas Instruments. Firma Texas Instruments opublikowała projekt referencyjny na potrzeby skalowalnego systemu zarządzania bateriami. Dostosowano go do zastosowań motoryzacyjnych lub magazynowania energii z użyciem baterii litowo-jonowych. Natomiast firma Analog Devices realizuje różne projekty referencyjne, obejmujące zarządzanie bateriami i ich ochronę, a także system testowania baterii litowo-jonowych.

Jak producenci postępują ze zużytymi bateriami?

Opracowywane są przepisy dotyczące baterii do pojazdów elektrycznych. Oczekuje się, że producenci samochodów będą odpowiedzialni za przechowywanie baterii ze swoich pojazdów poza wysypiskami śmieci. Sami producenci samochodów podchodzą do tego problemu na kilka sposobów. Firma Nissan Europe dołączyła do grupy wyspecjalizowanych organizacji, które zajmują się tym problemem z perspektywy dawania bateriom drugiego życia. W ramach projektu zbudowano prototypowy system magazynowania energii o mocy 1 MWh i opracowano szybki sposób oceny baterii do zastosowań w drugim okresie eksploatacji, które mają skrócić czas klasyfikacji z ponad trzech godzin do zaledwie trzech minut.

W swoim raporcie z 2019 r. firma Tesla stwierdza, że baterie są zaprojektowane tak, aby ich żywotność przekraczała żywotność pojazdu. Wskazuje, że 100% baterii jest poddawanych recyklingowi, gdy samochód jest złomowany, czyli zwykle po przejechaniu 130 000–200 000 mil. Na podstawie danych dotyczących floty Tesla twierdzi, że zużyte baterie na ogół zachowują ponad 90% swojej oryginalnej pojemności.

Firma Volkswagen podzieliła się swoimi zamiarami wykorzystania szans, jakie niesie ze sobą dawanie bateriom drugiego życia oraz recykling. Badania opublikowane przez tę firmę sugerują, że planuje ona wykorzystanie używanych baterii — w miarę dostępności ich wystarczającej ilości — do magazynowania energii dla swoich zakładów i innych projektów we współpracy z dostawcami i miastami. Badania pokazują również, że niektóre baterie można regenerować poprzez wymianę określonych komponentów w celu ponownego wykorzystania w pojazdach elektrycznych. Te, których nie można ponownie wykorzystać lub zregenerować, zostaną zdemontowane i rozdrobnione w celu odzyskania surowców. 

Ponowne wykorzystanie czy recykling?

Oczekuje się, że wraz ze wzrostem rynku baterii do pojazdów elektrycznych, wzrośnie wartość surowców takich jak kobalt, mangan, nikiel, miedź, węgiel oraz lit. Już teraz ceny rynkowe niektórych z tych materiałów szybko rosną. Może to wpływać na decyzje podmiotów zajmujących się obsługą baterii i rozważających, czy skierować baterie do ponownego wykorzystania, czy do recyklingu, gdzie coraz bardziej wartościowe materiały można odzyskać, a następnie odsprzedać.

Pewną rolę mogą również odegrać usprawnienia procesów związanych z przygotowywaniem baterii do ponownego użycia oraz procesów związanych z recyklingiem. Obecnie demontaż baterii, testowanie i klasyfikacja ogniw według pojemności jest procesem wykonywanym głównie ręcznie. Automatyzacja i szybsza klasyfikacja może – zgodnie z sugestią Nissana – umożliwić używanym bateriom pomyślne konkurowanie z nowymi w zakresie magazynowania energii. Z drugiej strony można również ulepszyć recykling, na przykład poprzez nowe procesy chemiczne. Umożliwi to wytworzenie wysokiej jakości materiałów do wykorzystania w nowych bateriach.

Producenci samochodów i dostawcy baterii OEM mogą wszystkim ułatwić życie, optymalizując konstrukcję baterii. Ma to na celu uproszczenie sposobu wyjmowania z pojazdu, a następnie demontażu i rozdzielenia baterii na części składowe. Z punktu widzenia nabywcy samochodu elektrycznego zdrowy rynek części używanych i opłacalny recykling może przełożyć się na niższy koszt posiadania.

Podczas gdy konstruktorzy i działy marketingu będą odgrywać kluczową rolę w rozwiązywaniu problemów ekonomicznych i technicznych, należy również wziąć pod uwagę inne kwestie, takie jak odpowiedzialność prawna za używane baterie. Można spodziewać się większej liczby regulacji dotyczących używanych baterii, ponieważ ich zastosowanie ewoluuje, a rynki rosną wraz z pojawieniem się nowych graczy i rosnącą podażą baterii. A ponieważ produkty zawierające baterie używane są stosunkowo nowe, należy zebrać więcej danych dotyczących ich wydajności i niezawodności.

Wnioski

Na szczęście pochylono się nad pytaniem, co zrobić ze starymi bateriami do pojazdów elektrycznych. Zastosowania wtórne i recykling pozwalają zmniejszyć wpływ baterii elektrycznych na środowisko oraz stworzyć nowe możliwości zatrudnienia. Każde podejście wiąże się z wyzwaniami, a stare baterie muszą konkurować z nowymi oraz być poddawane recyklingowi, jeśli mają cieszyć się drugim życiem w zakresie magazynowania energii. Niezależnie od tego, czy przeżyją tylko jedno, czy też i drugie życie, ich ostatecznym celem jest recykling.

Mouser Electronics

Autoryzowany dystrybutor

www.mouser.com

Śledź nas na Twitterze