Ці шахти є брудною основою переходу на відновлювані джерела енергії. Але як тільки шматок металу видобувається із Землі, його можна використовувати повторно назавжди.
Ентузіасти мріють про світ, у якому нові батареї виготовляються майже повністю з відходів їхніх викинутих попередників.
Китай знаходиться в авангарді зусиль, спрямованих на реалізацію цього бачення.
За даними Benchmark Mineral Intelligence, фірми, яка аналізує ланцюги постачання акумуляторів, вона має понад 50 заводів із переробки сміття у Неваді, а переробники забезпечують одну десяту літію в китайській промисловості акумуляторів і приблизно одну п’яту нікелю та кобальту.
Робін Цзен Юкун, засновник найбільшого в Китаї виробника акумуляторів, вважає, що країна «не матиме потреби» в нових акумуляторних матеріалах до 2042 року через переробку.
Згідно з даними Benchmark Mineral Intelligence, до 2040 року переробники можуть постачати приблизно третину літію, нікелю та кобальту, необхідних для акумуляторів.
У США індустрія переробки акумуляторів все ще перебуває в зародковому стані. Багато конкурентів Redwood Materials відчувають труднощі — особливо після того, як республіканці скасували підтримку виробництва електромобілів і акумуляторів за часів Байдена.
І процес переробки все ще вимагає відправлення матеріалу назад до Азії для включення в нові батареї.
Кінцева мета американських переробників — зберегти весь процес у США.
Це дозволить компаніям заробляти більше грошей, продаючи цінні очищені матеріали виробникам акумуляторів, і дасть країні внутрішнє джерело акумуляторних матеріалів, яке не включатиме шахти.
кладовище батарей у пустелі
Вантажівки, наповнені старими батареями, приїжджають з усієї Північної Америки на цю пласку запорошену рівнину пустелі.
Це гарне місце для кладовища батарей, оскільки земля в цій частині країни забезпечує відносно дешеве зберігання, а сухі умови гарантують, що старі батареї не псуються.
Більшість літій-іонних акумуляторів у США переробляються, і керівники Redwood Materials кажуть, що їх компанія обробляє 90% цього.
Щороку пустельними рівнинами бродить близько 60 000 тонн сміття.
Більшість це брухт, що залишився від акумуляторних заводів, які зазвичай залишають близько 10% своєї сировини на підлозі різальних цехів.
Redwood також збирає старі телефони та іншу електроніку з електронних сміттєвих баків, розкиданих по всій країні.
Представники компанії кажуть, що вони очікують, що більша частина їхнього бізнесу буде припадати на батареї для електромобілів, кожна з яких представляє метали та мінерали на суму близько 2000 доларів США, загорнуті в акуратну упаковку.
Зараз акумулятори для електромобілів займають менше чверті бізнесу Redwood.
«Ми запустили Redwood занадто рано», — сказав Дж. Б. Страубель, який запустив його в 2017 році після того, як став співзасновником Tesla, передбачаючи хвилю розряджених акумуляторів після зростання електромобілів.
«Ми бачили, що в майбутньому відкривається величезна можливість, і зараз ми знаходимося в центрі цього повороту».
Більшість акумуляторів електромобілів, які зараз компанія переробляє, походять від автомобілів, проданих близько семи років тому, коли електромобілі становили 2% продажів нових автомобілів.
З тих пір ця частка зросла приблизно до 9%, тому в майбутньому має бути набагато більше цінних батарей для переробки.
Коли батареї надходять на завод, працівники сортують їх у купи залежно від розміру, хімічного складу та упаковки.
Пізніше вони можуть витягнути старі батареї з різних куп, намагаючись отримати певну суміш мінералів, наприклад, поєднавши деякі батареї електромобілів зі старими електричними зубними щітками та моніторами глюкози для діабетиків, щоб отримати правильний рецепт.
Коли матеріал готовий до переробки, працівники завантажують необхідні їм батареї на вантажівку та везуть їх звивистою дорогою до заводу.
розбиті батареї
Перш ніж цінні матеріали в батареях можна буде витягнути, їх потрібно відокремити від дешевших компонентів.
На заводі Редвуд кранова стріла, що нагадує гігантську клешневу машину, завантажує батареї на конвеєрну стрічку, яка одна за одною скидає їх у велику піч, що повільно обертається.
Електричні нагрівальні спіралі нагрівають повітря до кількох сотень градусів – достатньо гарячого, щоб зварити весь пластик, клей та електроліти в батареях. Через годину залишки матеріалу, схожого на деревне вугілля, перетворюються на порошок під назвою «чорна маса», яка містить цінну суміш літію, нікелю, кобальту, марганцю та більш поширених металів, таких як мідь, алюміній і сталь.
Після цього йде процес рафінування. Redwood використовує магніти, сита та струмені повітря, щоб відокремити сталь, мідь та алюміній від чорного порошку. Потім вони занурюють те, що залишилося, у хімічний суп із води та сірчаної кислоти.
Робітники змінюють кислотність розчину, щоб вимити нікель і кобальт, а потім випаровують воду, залишаючи літій. Завод збирає та переробляє водяну пару, щоб зменшити використання води.
Через дві години вони відсортували приблизно 95% нікелю, кобальту та літію в оригінальній батареї, але все це з’єдналося з сіркою, утворивши сульфат нікелю, сульфат кобальту та сульфат літію, які потрібно додатково очистити перед тим, як помістити в нову батарею.
Згідно з незалежним аналізом, проведеним дослідниками зі Стенфордського університету, Міського університету Гонконгу та Кеньйон коледжу, метод Редвуда з руйнування акумуляторів легший, ніж видобуток нових металів на Землі.
Переробка акумуляторів таким чином зменшує викиди вуглекислого газу на 58% і споживання води на 72% порівняно з традиційним видобутком.
Цей процес має свої мінуси.
Redwood не переробляє дешеві матеріали в батареї.
Натомість під час фази нагрівання пластмаси, електроліти та зв’язувальні речовини перетворюються на суміш забруднювачів повітря, які можуть спричинити проблеми зі здоров’ям і завдати шкоди навколишньому середовищу.
Величезні повітряні фільтри допомагають вловлювати шкідливі гази, вивільняючи водяну пару та CO2 як побічні продукти.
Інші компанії натомість занурюють батареї у воду та подрібнюють їх на чорну масу, що не забруднює повітря, але використовує більше води, дефіцитного товару в пустелі, і утворює забруднені стічні води.
Цей метод зазвичай дозволяє відновити пластик, але він не відновлює електроліти чи сполучні речовини, які утримують батарею.
Щоб переробити кожну частину кожної батареї, включно з усіма електролітами, робітники повинні вручну розібрати кожну упаковку та створити унікальний процес переробки для сотень різних конструкцій і хімікатів батарей.
Дуже небагато переробників роблять це – зазвичай у невеликих кількостях для конкретних продуктів.
“Це надзвичайно важко реалізувати”, – сказала К’яра Феррара, доцент кафедри фізичної хімії в Університеті Мілан-Бікокка в Італії.
виготовлення нових акумуляторів
Redwood Materials продає мінерали, які вона сортує – яких достатньо для виробництва 300 000 акумуляторів для електромобілів на рік – компаніям в Азії, які перероблятимуть їх у чисті матеріали, з яких можна буде виготовляти нові батареї.
Але Редвуд розширюється, щоб перейти до наступного етапу процесу: перетворення відновлених мінералів у «активний матеріал катода», матеріал, який становить позитивну частину літій-іонної батареї та більшу частину його загальної вартості.
Якщо компанія зможе освоїти цей крок, вона заповнить відсутню ланку в американській переробці батарей.
Замість того, щоб експортувати мінерали за кордон, він міг би продавати катодні матеріали безпосередньо американським виробникам акумуляторів, створюючи більш стабільні внутрішні поставки найважливіших мінералів.
Компанія побудувала 40-метрову будівлю для розміщення гігантських машин, які починають перетворювати невеликі кількості мінералів у катодні активні матеріали.
«Амбіція полягає в тому, щоб створити структуру, схожу на китайську», — сказала Беатріс Браунінг, керівник відділу досліджень технології переробки акумуляторів у Benchmark Mineral Intelligence.
Китай побудував центри переробки, де на сусідніх заводах батареї розкладають на чорну масу, видобувають ключові мінерали, переробляють їх у високоякісні матеріали для акумуляторів, а потім збирають нові батареї.
Тим часом компанія Redwood Materials представила більш простий спосіб повторного використання старих акумуляторів електромобілів: запустити їх для живлення мікромереж.
Більшість автомобільних акумуляторів, які надходять на завод, занадто зношені для важкої роботи з розгону транспортного засобу до швидкості на шосе, але в них все ще достатньо ресурсу, щоб зберігати енергію від сонячних панелей і повільно вивільняти енергію після заходу сонця.
«Вторинне використання — непросте завдання», — сказав Чжен Чен, професор наноінженерії з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. «У вас є багато старих акумуляторів, які все ще справні. Добре використати їх перед тим, як відправити на переробку».
Сьогодні це єдине місце в США, де акумулятори отримують друге життя. У зоні пустелі площею 1 гектар поруч із заводом із переробки сміття Редвуд підключив 792 старі автомобільні батареї до сонячної батареї для живлення мініатюрного центру обробки даних штучного інтелекту.
Він працює цілодобово без підключення до електромережі.
Коли одна зі старих батарей згодом зношується, Редвуд замінює її іншою – і бере повністю відпрацьований елемент для спалювання, руйнування та розкладання на батареї нового покоління.
Підпишіться на Herald Premium Editor’s ChoiceДоставляється прямо у вашу скриньку щоп’ятниці. Головний редактор Мюррей Кіркнесс обирає найкращі статті тижня, інтерв’ю та розслідування. Підпишіться на Herald Premium тут,
