Η αγορά ηλεκτρικών αυτοκινήτων έχει ένα κρίσιμο ελάττωμα: τους τόνους μη βιώσιμων, εκρηκτικών μπαταριών. Η λύση δημιουργείται στις Σκανδιναβικές χώρες
Μέχρι το 2025, προβλέπεται ότι τα ηλεκτρικά και υβριδικά αυτοκίνητα θα αντιπροσωπεύουν το 90% της αγοράς μπαταριών ιόντων λιθίου. Είναι πολλές οι μπαταρίες που, μια μέρα, θα χρειαστούν απόρριψη. Στον αγώνα για τη μετάβαση από τα ορυκτά καύσιμα στα ηλεκτρικά οχήματα, προκύπτει μια νέα πρόκληση: τι θα γίνει με αυτά τα εκατομμύρια χρησιμοποιημένες μπαταρίες; Για τη σουηδική εταιρία κατασκευής μπαταριών Northvolt, μια εταιρεία που ιδρύθηκε από δύο πρώην στελέχη της Tesla το 2016, η απάντηση είναι απλή: ανακυκλώστε τις.
Στο Västerås, μια μικρή πόλη στο κέντρο της Σουηδίας, βρίσκεται μια πειραματική εγκατάσταση ανακύκλωσης μπαταριών. Είναι η εγκατάσταση που η Northvolt προσπαθεί να δείξει ότι οι μπαταρίες αυτοκινήτων μπορούν να ανακυκλωθούν σε επική κλίμακα. Οι μπαταρίες μπορεί να είναι πολύ καλύτερες για το περιβάλλον από τα ορυκτά καύσιμα, αλλά εξακολουθούν να έχουν αρκετά μεγάλο αντίκτυπο. Αν λυθεί αυτό το ζήτημα η πράσινη επανάσταση μπορεί πραγματικά να ανταποκριθεί στις υποσχέσεις της.
Η εξόρυξη και η επεξεργασία πρώτων υλών εκτιμάται ότι συμβάλλουν στο 30% των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου της μπαταρίας. Στόχος της Northvolt είναι να ανακτήσει αυτές τις πρώτες ύλες από μια χρησιμοποιημένη μπαταρία και να τις επαναχρησιμοποιήσει για μια νέα μπαταρία. Μια τέτοια εξέλιξη, εάν μπορεί να κλιμακωθεί, θα ήταν τεράστιας σημασίας για την αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης. Το έργο λειτουργεί από το καλοκαίρι και παράγει ήδη δείγματα στοιχείων.
Φωτογραφία από Northvolt / WIRED
Η Northvolt είναι από κάποια άποψη η απάντηση της Ευρώπης στην εντυπωσιακή ισχύ της μπαταρίας της Tesla. Κατασκευάζει το πρώτο Gigafactory της Ευρώπης στην πατρίδα της στη Σουηδία από το 2019, με στόχο να εξυπηρετήσει το 25% της ευρωπαϊκής αγοράς μπαταριών αυτοκινήτων έως το 2030. Εάν η πιλοτική εγκατάσταση ανακύκλωσης είναι επιτυχής, θα κατασκευαστεί ένα εργοστάσιο ανακύκλωσης πλήρους κλίμακας ακριβώς δίπλα στο Gigafactory, που βρίσκεται στα περίχωρα της βιομηχανικής πόλης Skellefteå στη βόρεια Σουηδία.
Αυτήν τη στιγμή, η ανακύκλωση των μπαταριών των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι μια πολύπλοκη και τεχνική διεργασία. Ακόμα και πριν από την ανακύκλωση της ίδιας της μπαταρίας, η Northvolt πρέπει να βρει έναν ασφαλή τρόπο για να επιστρέψει η μπαταρία, με όλες τις τοξικές, εύφλεκτες χημικές ουσίες της, στις εγκαταστάσεις της. Πρόκειται για μια διαδικασία που περιλαμβάνει πολλές διαδικασίες ασφαλείας και πολλές κανονιστικές ρυθμίσεις. «Κάθε φορά που αποσυναρμολογείται μια μπαταρία από το αυτοκίνητο, πρέπει να γίνεται με ασφάλεια», λέει η Emma Nehrenheim, η επικεφαλής των περιβαλλοντικών στελεχών της Northvolt. «Αυτή η διεργασία είναι πολύ ακριβή ώστε να την κάνεις με ασφαλή τρόπο και είναι πολύ απαιτητική ως προς το χρόνο».
Μόλις μια μπαταρία παραδοθεί με ασφάλεια στο κέντρο ανακύκλωσης της Northvolt, λαμβάνει χώρα η διαδικασία αποσυναρμολόγησης και εκφόρτισης. Το πρόβλημα είναι ότι οι μπαταρίες έχουν την τάση να εκραγούν αν αποσυναρμολογηθούν λανθασμένα. Υπάρχει λίθιο, νικέλιο, μαγγάνιο, γραφίτης και κοβάλτιο – με όλα αυτά τα στοιχεία να περικλείονται από ένα περίβλημα από χάλυβα, κράμα μετάλλων και πλαστικό. Η πλήρης εκφόρτιση της μπαταρίας θα αφαιρέσει οποιαδήποτε αποθηκευμένη ενέργεια και θα αποτρέψει τυχόν ανεπιθύμητα θερμικά γεγονότα, τα οποία θα μπορούσαν να προκαλέσουν πυρκαγιά ή έκρηξη της μπαταρίας.
Ενώ η αποσυναρμολόγηση της μπαταρίας γίνεται επί του παρόντος με το χέρι, η Nehrenheim λέει ότι η Northvolt βρίσκεται στη μέση του σχεδιασμού ενός αυτοματοποιημένου συστήματος αποσυναρμολόγησης. Αυτό όχι μόνο θα επιταχύνει τη διαδικασία, αλλά και θα την κάνει πιο ασφαλή. Το μεγάλο εμπόδιο που πρέπει να ξεπεράσουν οι μηχανές είναι ο σχεδιασμός της μπαταρίας: δεν υπάρχουν δύο ίδιες, αναγκάζοντας τις εγκαταστάσεις ανακύκλωσης να σχεδιάζουν διαφορετικές διαδικασίες για διαφορετικές μπαταρίες αυτοκινήτων.
Μετά την ασφαλή αποσυναρμολόγηση της μπαταρίας και την ανάκτηση των στοιχείων και των μονάδων, η Northvolt αρχίζει να συνθλίβει αυτά τα στοιχεία σε αεροστεγές περιβάλλον κενού, διασφαλίζοντας ότι δεν υπάρχουν αντιδραστικά αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το οξυγόνο για να μολύνουν τα υλικά στα στοιχεία. Ο υγρός ηλεκτρολύτης εξατμίζεται και συμπυκνώνεται, βρίσκοντας χρήση αλλού στη χημική διαδικασία.
Το θρυμματισμένο υλικό στη συνέχεια ταξινομείται με βάση διάφορες ιδιότητες. Φανταστείτε ένα τεράστιο κόσκινο που συλλέγει τα μεγαλύτερα υλικά και τα διαχωρίζει από τα μικρότερα, ενώ ένας μαγνήτης διαχωρίζει τα μαγνητικά από τα μη μαγνητικά υλικά. Όλα αυτά στη συνέχεια παραδίδονται σε κοντινές εγκαταστάσεις ανακύκλωσης. «Είμαστε εξαρτημένοι από τις συνεργασίες για την ανακύκλωση», λέει η Nehrenheim. «Ο χαλκός είναι κάτι για το οποίο δεν έχουμε τη δική μας διαδικασία. Το αλουμίνιο είναι μια άλλη περίπτωση όπου εργαζόμαστε μαζί με άλλους συνεργάτες.
Μόλις όλα τα θρυμματισμένα υλικά έχουν ταξινομηθεί και διαχωριστεί με βάση την πυκνότητα, τη μαγνητικότητα και το μέγεθος, το μόνο που μένει είναι ένας σωρός μαύρης σκόνης, κάτι που η Nehrenheim αποκαλεί «μαύρη μάζα». Η σκόνη αποτελείται από νικέλιο, μαγγάνιο, κοβάλτιο, υδροξείδιο του λιθίου και γραφίτη – μερικά από τα πιο κρίσιμα συστατικά μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου. Αυτή η σκόνη υφίσταται κάτι που ονομάζεται υδρομεταλλουργική διαδικασία, όπου η μαύρη σκόνη απορρίπτεται αποτελεσματικά σε ένα όξινο λουτρό. Όλες αυτές οι πρώτες ύλες θα διαχωριστούν από τη μαύρη σκόνη, αφήνοντας πίσω τους όλα τα απαραίτητα συστατικά για την κατασκευή μιας νέας ηλεκτρικής μπαταρίας αυτοκινήτου.
Αυτή τη στιγμή η διαδικασία είναι σχετικά αργή και περίπλοκη. Όμως, με την πάροδο του χρόνου, η Northvolt ελπίζει να την επιταχύνει και να την απλοποιήσει. Η Anna Korre, καθηγήτρια περιβαλλοντικής μηχανικής στο Imperial College του Λονδίνου, λέει ότι υπάρχουν τρεις κυρίαρχες μέθοδοι για την ανακύκλωση των μπαταριών. Η υδρομεταλλουργική είναι μία από αυτές. Οι άλλες δύο είναι η πυρομεταλλουργική και η άμεση ανακύκλωση.
Η πυρομεταλλουργική ανακύκλωση γίνεται όταν τα στοιχεία της μπαταρίας τήκονται μέσα σε κλίβανο στους 3.000 βαθμούς Κελσίου. Είναι μια βίαιη διαδικασία στην οποία χάνεται όλο το λίθιο – όχι ιδανικό αποτέλεσμα όταν προσπαθείτε να ανακυκλώσετε μπαταρίες ιόντων λιθίου.
«Η υδρομεταλλουργική μέθοδος αποδίδει καλύτερα όσον αφορά το περιβαλλοντικό αποτύπωμα – περίπου 30% βελτίωση στο αποτύπωμα άνθρακα όταν περιλαμβάνεται η ανακύκλωση», λέει η Korre. Στη Γερμανία, η Duesenfeld χρησιμοποιεί μια υδρομεταλλουργική διαδικασία για την ανακύκλωση των μπαταριών. Στο Βέλγιο, η Umicore χρησιμοποιεί μια πυρομεταλλουργική διαδικασία.
Εκεί όπου η Northvolt διαφέρει, ωστόσο, είναι το γεγονός ότι χρησιμοποιεί τη υδροηλεκτρική ενέργεια για να τροφοδοτήσει το 100% της παραγωγικής της διαδικασίας, πράγμα που σημαίνει ότι η εταιρεία έχει τη δυνατότητα να μειώσει ακόμη περισσότερο τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. «Αρχίσαμε να ψάχνουμε μια τοποθεσία όπου θα μπορούσαμε να έχουμε όσο το δυνατόν υψηλότερο ποσοστό ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για να μειώσουμε το αποτύπωμα άνθρακα», λέει η Nehrenheim. «Έχουμε πλεόνασμα υδροηλεκτρικής ενέργειας στις Σκανδιναβικές χώρες».
Η εταιρεία θα προμηθεύεται επίσης τις πρώτες ύλες που απαιτούνται για την παραγωγή των μπαταριών απευθείας από τα ορυχεία και θα παράγει η ίδια την κάθοδο. Η επεξεργασία θα πραγματοποιείται επίσης κοντά στο ορυχείο. Αυτή η διαδικασία, ελπίζει η Northvolt,ότι θα δημιουργήσει μια μικρότερη και πιο βιώσιμη αλυσίδα εφοδιασμού που θα είναι πιο εύκολο να ιχνηλατείται και να παρακολουθείται. Αυτό διαφέρει από άλλους κατασκευαστές αυτοκινήτων και μπαταριών που έχουν μακρές, πολύπλοκες παγκόσμιες αλυσίδες εφοδιασμού. Πολλές εταιρείες αυτοκινήτων αγοράζουν τις μπαταρίες των ηλεκτρικών τους αυτοκινήτων από την LG Chem και την Panasonic, οι οποίες με τη σειρά τους αγοράζουν τα υλικά για την παραγωγή της καθόδου από προμηθευτές όπως η Umicore.
Προς το παρόν, η Northvolt δεν προμηθεύεται πρώτες ύλες από τη Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό, όπου εξορύσσεται η μεγαλύτερη ποσότητα του κοβαλτίου – ένα σημαντικό συστατικό των ηλεκτρικών μπαταριών αυτοκινήτων. Το 2016, μια έκθεση της Διεθνούς Αμνηστίας αποκάλυψε ότι 35.000 παιδιά εργάζονταν στα ορυχεία κοβαλτίου της χώρας. Ενώ η Northvolt λέει ότι ελπίζει να εξορύξει τελικά κοβάλτιο από τη Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό, ταυτόχρονα δηλώνει ότι αυτό δεν θα το κάνει μέχρι η εξόρυξη να γίνεται με βιώσιμο και ηθικό τρόπο.
Η ανακύκλωση των μπαταριών των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι ήδη ένα σημαντικό ζήτημα – αλλά καθώς οι πωλήσεις ηλεκτρικών οχημάτων αυξάνονται, θα γίνει κρίσιμο. «Όλα έχουν να κάνουν με μια καλή εγκατάσταση για την εισαγωγή νέων συστοιχιών και μπαταριών EV που εισέρχονται στην αγορά και με την αξιολόγηση και τη δημιουργία του πιο αποδοτικού τρόπου ανακύκλωσης», λέει η Nehrenheim. Το πρώτο μπλοκ του Gigafactory της μονάδας ανακύκλωσης αναμένεται να λειτουργήσει το 2022, με δυνατότητα ανακύκλωσης 25.000 τόνων στοιχείων μπαταριών κάθε χρόνο.
Μπορεί να ακούγεται ως υπερβολή, αλλά αυτό είναι μόνο ένα κλάσμα των συνολικών απορριμμάτων που προκαλούνται από την άνοδο των πωλήσεων των ηλεκτρικών οχημάτων. Σε μια δημοσίευση του 2019 στο περιοδικό Nature, οι ερευνητές υπολόγισαν ότι περισσότερα από ένα εκατομμύριο ηλεκτρικά αυτοκίνητα που πωλήθηκαν παγκοσμίως το 2017 θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε 250.000 τόνους συστοιχιών μπαταριών στο τέλος του κύκλου ζωής τους. Η νομοθεσία της ΕΕ υπαγορεύει ότι οι κατασκευαστές μπαταριών υποχρεούνται να αποσύρουν τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες των αυτοκινήτων τους μόλις αυτά φτάσουν στο τέλος της ζωής τους και απαγορεύουν την απόρριψη των μπαταριών αυτοκινήτων μέσω υγειονομικής ταφής και αποτέφρωσης. Νωρίτερα, στην Tesla επιβλήθηκε πρόστιμο 10,8 εκατομμυρίων £ από τη Γερμανική Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Περιβάλλοντος για φερόμενη παράλειψη να πάρει πίσω τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες της.
«Η προοπτική (σ.σ. για τις μπαταρίες αυτές) να καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής στις περισσότερες χώρες είναι απομακρυσμένη, καθώς υπάρχουν ισχυροί κανονισμοί για την αποφυγή αυτού και των περιβαλλοντικών συνεπειών των τοξινών που διαφεύγουν στο περιβάλλον», λέει ο Paul Anderson, συγγραφέας της μελέτης του Nature και διευθυντής ερευνητής για το έργο ανακύκλωσης μπαταριών ιόντων λιθίου από το Ίδρυμα Faraday. «Πρέπει να τις ανακυκλώσουμε. Δεν υπάρχει σχεδόν κανένας άλλος τρόπος να τις καταστήσουμε ασφαλείς παρά να «από-κατασκευάζουμε» πραγματικά τις μπαταρίες. “
Η παραγωγή πιο πράσινων μπαταριών των ηλεκτρικών αυτοκινήτων δεν απαιτεί απλώς πολλή έξυπνη επιστήμη – κοστίζει επίσης πολλά χρήματα. Τον Ιούλιο, η Northvolt ανακοίνωσε ότι είχε συγκεντρώσει 2,3 δισεκατομμύρια λίρες σε ίδια κεφάλαια και χρέος για να υποστηρίξει την ανάπτυξη δύο Gigafactories ιόντων λιθίου και να αυξήσει την έρευνα και την ανάπτυξη στην ανακύκλωση.
Ενώ η Ευρώπη δεν είναι ο ηγέτης στον τομέα των μπαταριών των ηλεκτρικών οχημάτων αυτή τη στιγμή, η Northvolt ελπίζει ότι σύντομα θα ηγηθεί της ώθησης της πράσινης μπαταρίας. Σύμφωνα με την κατάταξη της αλυσίδας εφοδιασμού μπαταριών ιόντων λιθίου του BloombergNEF για το 2020, η Κίνα είναι υπεύθυνη για το 80% της επεξεργασίας πρώτων υλών παγκοσμίως, το 77% της παγκόσμιας χωρητικότητας στοιχείων και το 60% της παγκόσμιας κατασκευής εξαρτημάτων. «Η δυσκολία με την Κίνα είναι ότι ο ενεργειακός εφοδιασμός της εξαρτάται σήμερα πολύ από τον άνθρακα, πράγμα που σημαίνει ότι το αποτύπωμα άνθρακα είναι πολύ υψηλό», λέει η Korre. «Η άλλη ανησυχία που εκφράζεται ευρέως αφορά τους περιβαλλοντικούς κανονισμούς στο σύνολό του».
Η πίεση από καθαρότερους, πιο πράσινους αντιπάλους στην Ευρώπη και αλλού θα μπορούσε να το αλλάξει αυτό. Ο Άντερσον προβλέπει ότι, στο μέλλον, κάθε εργοστάσιο μπαταριών θα μπορούσε να έχει μια μονάδα ανακύκλωσης συνδεδεμένη με αυτό, είτε κατασκευάζοντας την είτε έχοντας εμπορική συνεργασία με μια κοντινή εγκατάσταση. Και ο λόγος μπορεί να μην είναι καν το αποτύπωμα του άνθρακα. «Θα συμβεί λίγο πολύ αυτόματα, ό, τι και να λένε οι άνθρωποι για τα πράσινα διαπιστευτήριά τους», λέει. “Είναι στα περιθώρια των κατασκευαστών. Είναι λογικό να ανακτήσουμε τα απορρίμματα της παραγωγής ή τα ελαττωματικά στοιχεία που δεν περνούν επιτυχώς τον έλεγχο ποιότητας.”
Μέχρι το 2030, η Northvolt ελπίζει ότι το 50 τοις εκατό των πρώτων υλών που θα χρησιμοποιεί για να κατασκευάσει τις μπαταρίες της θα προέρχεται από ανακυκλωμένα υλικά, και στοχεύει να έχει το 25% της ευρωπαϊκής αγοράς. «Δεν επιλέγουμε τη σταφίδα από το μπισκότο όπως λέμε στη Σουηδία», λέει η Nehrenheim. «Δεν μιλάμε μόνο για το αποτύπωμα του άνθρακα ή για ανακύκλωση κοβαλτίου. Μιλάμε για να διασφαλίσουμε ότι όλοι καταλαβαίνουν τι αγοράζουν και τον τρόπο αξιολόγησης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε ολόκληρη την αλυσίδα εφοδιασμού. “
Πηγή: Europe’s Tesla rival is fixing the huge battery recycling mess | WIRED UK
