Laut einer in Nature Communications veröffentlichten neuen Lebenszyklusanalyse der Stanford University hat das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zur Wiederherstellung ihrer kritischen Metalle erheblich geringere Umweltauswirkungen als Bergbau-Metalle. In großem Maßstab könnte das Recycling auch dazu beitragen, die langfristige Versorgungserklärung physisch und geopolitisch von kritischen Batteriemineralien zu lindern.
Lithium-Ionen-Batterie-Recycler Quellenmaterialien aus zwei Hauptströmen: defektes Schrottmaterial von Batterieherstellern und sogenannte „tote“ Batterien, die hauptsächlich von Arbeitsplätzen gesammelt wurden. Der Recyclingprozess extrahiert Lithium, Nickel, Kobalt, Kupfer, Mangan und Aluminium aus diesen Quellen.
Die Studie quantifizierte den ökologischen Fußabdruck dieses Recyclingprozesses und stellte fest, dass sie weniger als die Hälfte der Treibhausgase (THGs) des herkömmlichen Bergbaus und Verfeinerung dieser Metalle abgibt und etwa ein Viertel Wasser und Energie des Abbaus neuer Metalle verwendet. Die Umweltvorteile sind für den Schrottstrom, der etwa 90% der untersuchten recycelten Versorgung ausmachte, noch größer, und 19% der Treibhausgasemissionen des Bergbaus und der Verarbeitung, 12% des Wasserverbrauchs und 11% der Energie verwenden. Während es nicht spezifisch gemessen wurde, korreliert der reduzierte Energieverbrauch auch mit weniger Luftschadstoffen wie Ruß und Schwefel.
„Diese Studie zeigt uns, dass wir die Zukunft des Batterierecyclings entwerfen können, um die Umweltvorteile zu optimieren. Wir können das Drehbuch schreiben“, sagte William Tarpeh (BS ’12), Assistenzprofessor für Chemieingenieur Autor.
Ort, Ort
Die Umweltauswirkungen von Battery Recycling hängen stark von der Standort und der Stromquelle der Verarbeitungsanlage ab.
„Eine Batterie -Recyclinganlage in Regionen, die stark auf Elektrizität, die durch Verbrennen von Kohle erzeugt werden, ein verringertes Klimavorteil erzeugen“, sagte Samantha Bunke, Doktorarbeitin in Stanford und einer der drei führenden Ermittler der Studie.
„Auf der anderen Seite sind Süßwasserknappheit in Regionen mit saubererem Strom ein großes Problem“, fügte Bunke hinzu.
Die meisten Daten der Studie zum Batterierecycling stammten aus Redwood-Materialien in Nevada-Nordamerikas größter Lithium-Ionen-Batterie-Recyclinganlage in Industrie im Bereich Lithium-Ionen-Batterie-, das von dem saubereren Energiemix der westlichen US-amerikanischen US-amerikanischen Energieversorgung, Geothermie und Solar umfasst.
Der Transport ist auch ein entscheidender Faktor. In der Bergbau und Verarbeitung von Kobalt beispielsweise werden 80% der globalen Versorgung in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut. Anschließend reist 75% der Kobaltversorgung für Batterien zur Verfeinerung mit Straße, Schiene und Meer nach China. In der Zwischenzeit wird in Australien und Chile der größte Teil des globalen Lithiumangebots abgebaut. Das meiste von diesem Angebot macht sich auch nach China. Der äquivalente Prozess für das Recycling der Batterie ist die Sammlung von gebrauchten Batterien und Schrott, die dann zum Recycler transportiert werden müssen.
„Wir haben festgestellt, dass die Gesamttransportentfernung für herkömmliche Bergbau- und Verfeinerung der aktiven Metalle in einer Batterie durchschnittlich 57.000 Kilometer (etwa 35.000 Meilen) beträgt. , auch ein leitender Autor der Studie.
„Unser geschätzter Gesamttransport von gebrauchten Batterien von Ihrem Handy oder einem EV zu einer hypothetischen Verfeinerung in Kalifornien betrug etwa 225 Kilometer (225 Kilometer Forschung und ist heute Stabwissenschaftler des Toyota Research Institute. Diese Entfernung basierte auf mutmaßlichen optimalen Standorten für zukünftige Raffinanlagen inmitten der US -amerikanischen recycelbaren Batterien.
Patentvorteil
Die Umweltergebnisse von Redwood repräsentieren nicht die allgemeine Umweltleistung der aufstrebenden Batterierecyclingindustrie für Recycling -gebrauchte Batterien. Die konventionelle Pyrometallurgie, ein wichtiger Raffinerieschritt, ist sehr energieintensiv und erfordert normalerweise Temperaturen von mehr als 2.550 Grad Fahrenheit (1.400 Grad Celsius).
Redwood hat jedoch einen Prozess namens „reduktive Kalzinierung“ patentiert, der erheblich niedrigere Temperaturen erfordert, keine fossilen Brennstoffe verwendet und mehr Lithium als herkömmliche Methoden ergibt.
„Andere pyrometallurgische Prozesse, die den Redwoods ähneln an der City University of Hong Kong.
„Jedes Mal, wenn wir über unsere Forschung sprachen, stellten uns Unternehmen Fragen und integrierten das, was wir fanden, in effizientere Praktiken“, fügte Chen hinzu. „Diese Studie kann das Scale-up von Batterie-Recycling-Unternehmen informieren, wie die Bedeutung der Auswahl guter Standorte für neue Einrichtungen. Kalifornien hat kein Monopol für alternde Lithium-Ionen-Batterien von Mobiltelefonen und EVs.“
Nach vorne schauen
Laut dem leitenden Autor Tarpeh wächst das Recycling von Batterien im Bereich des Batteries im Industrie, aber nicht schnell genug, aber nicht schnell genug.
„Wir prognostizieren im nächsten Jahrzehnt, dass wir aus dem neuen Kobalt, Nickel und Lithium ausgehen. Wir werden wahrscheinlich nur für eine Weile niedrigere Mineralien abbauen, aber 2050 und die Ziele, die wir für dieses Jahr haben, sind nicht weit entfernt. „Er sagte.
Während die USA jetzt etwa 50% der verfügbaren Lithium-Ionen-Batterien recycelt, recycelt sie seit Jahrzehnten 99% der Blei-Säure-Batterien erfolgreich. Angesichts der Tatsache, dass verwendete Lithium-Ionen-Batterien Materialien mit einem bis zu 10-mal höheren wirtschaftlichen Wert enthalten, ist die Chance erheblich, sagte Tarpeh.
„Für eine Zukunft mit einer stark erhöhten Versorgung gebrauchter Batterien müssen wir heute ein Recyclingsystem von der Sammlung bis zur Verarbeitung in neue Batterien mit minimalen Umwelteinflüssen entwerfen und vorbereiten“, fügte er hinzu. „Hoffentlich werden Batteriehersteller auch in ihren zukünftigen Designs Recyclingabilität in Betracht ziehen.“
