Переработка литиевых батарей: решения

22.11.2019, пт
1263
Формат:
Размер: KB

Источник: https://www.wastedive.com/news/lithium-battery-surge-recyclers-seek-solutions/564253/

Перевод: Азат Абдуллатыпов

Взглянув на современное жилище, почти невозможно не заметить электронных устройств с батареями на основе лития. Будучи задействованы повсеместно, от смартфонов, часов и фитнес-браслетов до зубных щёток и игрушек, они всё более распространяются как источники питания. Они также всё чаще встречаются в потоке отходов, где они могут представлять существенную опасность.

"Есть определённая корреляция между возросшим количеством появления таких батарей в потоке отходов и частотой катастрофических пожаров”, рассказал компании WasteDive Джесс Максвелл, управляющий по безопасности и охране труда Североамериканской ассоциации по твёрдым отходам (SWANA). 

Опасения о безопасности и экологичности батарей, особенно в свете сокращения ископаемых ресурсов, вызвали недавний подъём интереса к более ответственным решениям переработки литиевых батарей в США, но угнаться за быстро развивающимся рынком электроники нелегко.

Продолжающиеся исследования в химии источников тока могут вызвать устаревание некоторых путей переработки  вскоре после внедрения. Помимо этого, литий-ионные (Li-ion) батареи используются во множестве устройств, включая большие установки вроде электромобилей, и поставляются в различных формах. Различие в типах и составе внутренних компонентов добавляет сложности в выработке решений, направленных на повышение безопасности и степени переработки батарей.

В то же время, работники промышленности говорят, что ожидание долгосрочного, масштабного и всеобъемлющего решения, ведущего к переработке литиевых батарей, не является жизнеспособной стратегией. Перерабатывающим предприятиям необходимо быть проактивными, внедряя меры по безопасному обращению с батареями и обучение персонала, в том числе плану переработки батарей, чтобы избежать производственных травм, ущерба от пожара или других негативных последствий. 

"Персонал каждого мусоросортировочного комплекса должен быть проинформирован о возможных опасностях, связанных с каждым конкретным типом отходов”, сказал Карл Смит, президент и CEO некоммерческой организации Call2Recycle, работающей по программе надлежащего обращения с батареями и их переработки.

-

Обсуждение угроз

Литиевые батареи поставляются во многих формах, и все они являются проблемными для мусороуборочных и мусороперерабатывающих предприятий, но литий-ионная технология имеет тенденцию к повышению энергоёмкости и поэтому привлекает всё больше внимания. Литиевые батареи считаются безопасными при использовании в идеальных условиях, но их легко повредить и они могут приводить к возгораниям.

 

В то время как некоторые батареи электромобилей поставляются в прочных защитных кожухах, многие литиевые аккумуляторы тонкие и могут повреждаться даже при незначительном давлении. Очевидные признаки повреждений - проколы, утечки химикатов или вспучивание. Значительная доля повреждений, в частности, те, в которых реакционноспособные вещества смешиваются друг с другом, происходит внутри кожуха и может быть незамеченной, пока не произойдёт выделение тепла.

Возгорание батарей может начаться просто от толчков, которые источник испытывает внутри мусоровоза на комбинате.  Громкое видео пожара 2017 года,  заснятое компанией Ecomaine в Портленде, штат Мэн, показывает, как стопка материала начинает тлеть и сверкать огоньками уже через мгновения после размещения на комбинате. Причиной пожара объявили случайно положенный в стопку аккумулятор.

Быстрое развитие электроники широкого потребления и аккумуляторных батарей является проблемой для индустрии переработки отходов, и проблемы становятся всё серьёзнее. Согласно Смиту из Call2Recycle', "сегодня используется намного, намного, намного больше батарей, чем всего несколько лет назад”

Другая важная проблема, связанная с безопасностью – это то, что плотность энергии, или удельная мощность, литиевых батарей существенно выросла. Производители часто встраивают в свои товары потайные батареи, что делает  их безопасный сбор для переработки сложным или невозможным. Встроенные батареи реже производятся в прочных защитных кожухах, минимизирующих риск пробоя, что увеличивает будущие риски. Эта тенденция может ограничить потенциал повторного использования или восстановительного ремонта электроники, тем самым лишая главной возможности ответственного обращения с товаром в конце срока службы.

 

Борясь с проблемами

Поскольку сложности использования литиевых батарей становятся всё более известными, решения этих проблем продолжают появляться. Способы борьбы с проблемами можно разделить на две группы: изменения в эксплуатации и образовательные методы.

В настоящее время изменения в эксплуатации – это основной способ предотвращения рисков, связанных с литиевыми аккумуляторами. Водителей грузовиков и работников комбинатов учат вовремя замечать батареи и удалять их для безопасного хранения, когда это возможно.

Батареи следует хранить отдельно от горючих материалов, таких как бумага, а контакты должны быть изолированы или замотаны изолентой, чтобы предотвратить взаимодействие с другими батареями. Обычно, на МСК литиевые батареи хранятся в бочках или контейнерах для сыпучих грузов и транспортируются как материалы 9 класса опасности (система классификации США – прим. перев.).

Обучающие программы доступны в ряде мест, включая предприятия по переработке источников тока, промышленные предприятия и организации по охране труда. В этом году  EPA и Департамент транспорта США провели по всей стране бесплатные занятия по  безопасному обращению с литиевыми батареями   для работников промышленности.

Этот вид обучения, включающего инструкции по действиям при возгорании, - это то, что Смит из Call2Recycle видит "наиболее важным из того, что любой может сделать вне зависимости от его нахождения в цепочке следования товара"

Частично по причине этой проблемы коммерческие компании всё чаще ставят улучшенное оборудование для обнаружения и ликвидации пожаров на своих предприятиях. Такие компании, как Fire Rover, предлагают пополняемый ассортимент технологий раннего обнаружения пожаров, которые ловят зоны возгораний до их распространения. Модернизация предприятий также включает установку современных средств пожаротушения на основе альтернативных веществ,  поскольку вода приводит к разгоранию пожаров, вызванных литиевыми батареями.

"Многие ищут более надёжные технологии обнаружения и ликвидации пожара на более ранних этапах процесса", поведал Максвелл из SWANA. "Я думаю, мы сможем увидеть всё более и более технологичные решения”.

Серьёзность проблемы также актуализирует дальнейшие исследования в группах, работающих в производстве и охране среды. SWANA недавно опубликовала пресс-релиз  с наставлениями по минимизации риска возгораний и повреждений, подчёркивая проблемы, которые могут быть вызваны “выбрасыванием продуктов нового типа, таких, как литий-ионные аккумуляторы"

Фонд экологических исследований и просвещения также сотрудничал с отделом макулатуры Института переработки вторичного сырья, чтобы исследовать роль литий-ионных батарей в возгораниях и возможные меры их минимизации на законодательном или пользовательском уровне. Эти группы изучают случаи, связанные с возгораниями в мусоровозах, на МСК и других предприятиях. Результаты и рекомендации будут скоро обнародованы.

Просвещение не ограничивается рамками предприятий по утилизации и переработке отходов. Недостаток знания по проблеме в обществе приведёт к неправильному выбрасыванию множества батарей в общий поток отходов, что приведёт к опасным ситуациям.

Сами комбинаты должны быть первыми распространителями информации о безопасном обращении с батареями, заявляют работники индустрии. Например, компания Ecomaine Выпустила видео пожара 2017 года, чтобы подчеркнуть важность удаления литиевых аккумуляторов из общего потока отходов.

"МСК и местные муниципалитеты, руководящие подобными программами, находятся на том переднем крае, откуда должны исходить образовательные мероприятия", сказал Пол Джонсон исполнительный директор по вопросам охраны окружающей среды в Kinsbursky Brothers Inc. (KBI), предприятия по переработке батарей и катализаторов.

Поскольку потребители не разбираются в типах батарей, в том, какие из них отличаются особенно высокой пожароопасностью, Максвелл из SWANA полагает, что лучше всего информировать о безопасном обращении с батареями в принципе. Поскольку пункты приёма батареек часто считаются неудобными для потребителей, более активное просвещение может в перспективе заставить их переосмыслить своё поведение.

"Просвещение общественности играет важную роль в формировании уверенности, что потребитель будет знать, что батарея может быть особым способом переработана”, поделился Стив Кристенсен, исполнительный директор Коалиции за ответственное обращения с батареями, группы, задачей которой является ответственное производство, использование и повторное использование батарей электромобилей.

Хотя эта группа изначально сосредоточена на свинцово-кислотных аккумуляторах, подобных тем, что используются в бензиновых автомобилях, Кристенсен говорит, что существуют сходные принципы безопасности, просвещения, сбора и повторного использования и для литиевых батарей. 

"Не думаю, что на техническом уровне люди, занимающиеся повторной переработкой литий-ионных батарей следующего поколения, смотрят на тех, кто работает со свинцово-кислотными и думают: “Может ли нам помочь то, что делают эти ребята?” Процессы слишком различны", сказал он. "Но общения и координации усилий между нами предостаточно"

Степень переработки свинцово-кислотных аккумуляторов в США достигает 99%, это одно из высочайших значений среди всех материалов, что даёт основания полагать, что и программы по некоторым типам литий-ионных батарей когда-нибудь смогут продвинуться в сторону этого значения.

-

 

​​​​​​​Повторное использование и переработка

Работники мусороперерабатывающих комбинатов обеспокоены проблемами, связанными с литиевыми батареями, и многие из них внедрили предлагаемые меры предосторожности, но часто всё ещё непонятно, что делать с батареями, которые накапливаются.

"Если они их собирают, они могут их паковать и перевозить" , сказал представитель KBI Джонсон.  "Существуют возможности переработки"

Компании и некоммерческие организации, включая KBI и Call2Recycle, способствуют движению большого количества разных типов батарей по цепочке переработки. Другие предприятия, как Spiers New Technologies, фокусируются на переработке и переориентации использования батарей электромобилей. До сих пор самым многообещающим направлением использования литий-ионных батарей электромобилей являлась их переориентация на запасание энергии в составе электросети.

Пока переработка литиевых батарей ещё не получила широкое признание как прибыльная бизнес-модель, и не так много переработчиков вложилось в этот зарождающийся сектор.

“Успех программы повторной переработки прямо связан со стоимостью содержимого батареи", сказал Джонсон. “В батареях на основе лития много составляющих веществ, какие-то из них имеют собственную ценность, а какие-то нет”.

Эта проблема признана как первичный фактор, ограничивающий переработку литиевых батарей. Заинтересованные предприниматели обычно возвращаются к одному ключевому вопросу, взвешивая, стоит ли инвестировать в предприятие, говорит президент EnZinc Майкл Бурц: “Могу ли я заработать?” Короткий ответ таков: “Нет, пока Вы не можете”.

Существуют также различия в повторной переработке малых литиевых батарей из электроники широкого потребления и батарей из электромобилей.

"В настоящее время существуют прибыльные способы переработки батарей широкого потребления. Проблема в том, что скорость их сбора действительно низка. С электромобилями другая история”, сказал Джефф Спангенбергер,, директор компании ReCell Center. Он отметил, что сбор батарей электромобилей находится на подъёме по причине их потенциала запасания энергии, но их повторная переработка пока всё ещё убыточна. 

Департамент энергетики США  в этом году запустил компанию ReCell Center с задачей найти решения повторной переработки литий-ионных батарей. Этот консорциум из нескольких команд исследователей и разработчиков из нескольких лабораторий Америки ставит целью разработку новых методов разделения, регенерации и повторного использования материалов из литий-ионных батарей безопасно и прибыльно, ускоряя таким образом рост рынка. 

Однако ReCell Center не может расширить эти рынки в одиночку. “Если не вовлекать промышленные предприятия, это не сработает. Эту работу не имеет смысла проводить иначе как в очень плотном контакте с промышленностью”, сказал Спангенбергер.

DOE также запустил конкурс с общим призовым фондом в 5.5 миллионов долларов, направленный на ускорение развития процессов прибыльной переработки 90% утилизированных литий-ионных батарей для извлечения полезных материалов. Среди организаций, помогающих DOE в судействе на этом конкурсе, присутствует и SWANA.

Многие участники индустрии переработки отходов и представители различных ассоциаций выражают желание работать с этими группами. Они также хотели бы, чтобы производители литиевых батарей играли большую роль в безопасной утилизации, повторном использовании и переработке собственной продукции.

Однако, поскольку в производстве батарей происходят частые изменения, представитель Коалиции за ответственное производство батарей Кристенсен заявил: “Возможно, через 15 лет химия лития уже не будет доминировать на рынке”

Переход к более безопасным химическим процессам производства батарей без использования лития – цель таких предприятий, как EnZinc. Эта компания сейчас работает над производством энергоёмких, безопасных и негорючих батарей, состоящих преимущественно из цинка, чтобы бросить вызов литий-ионной технологии.

Бурц заявляет: "У них энергоёмкость литий-ионных батарей, дешевизна свинцово-кислотных, но они безопаснее, чем оба этих типа батарей, и их можно перерабатывать повторно"

Батареи EnZinc пока находятся на стадии разработки и тестирования, и компания планирует вывести их на рынок примерно через два года.

Это направление исследований и разработок, как и другие меры поиска альтернатив литий-ионным батареям, рассматривается как хороший задел в деле повышения безопасности работников. Но поскольку литиевые батареи ещё будут доминировать на рынке, многие говорят, что усилия индустрии утилизации и повторной переработки должны быть сосредоточены на продвижении практики безопасного обращения с ними по крайней мере в ближайшем будущем.

 

 

Похожие материалы