Pevnou a vlastně nezbytnou součástí výrobního cyklu baterií by měla být i recyklace. Mohou ovšem recyklované materiály a baterie z nich být dostatečně kvalitní?
Srdce dnešních elektrických vozů – lithium-iontové baterie – nejsou tak šetrné a ekologické, jak si často představujeme. Obsahují velké množství kovů, které musíme nějak získat. Odhadovaná poptávky je tak veliká, že velkou bude v dohledné době nutné zřejmě vytěžit.
Postupně by se však měl narůstat význam recyklace těchto materiálů. Ta by mohla minimalizovat sociální a environmentální dopady těžby, zabránila by skládkování milionů tun baterií a snížila by spotřebu energie a emise vznikající při výrobě baterií.
Přestože se však odvětví recyklace baterií pro elektromobily již pomalu začíná rozbíhat, přimět výrobce automobilů k používání recyklovaných materiálů je stále obtížné. „Lidé mají obecně dojem, že recyklovaný materiál není tak kvalitní jako původní,“ řekl pro časopis IEEE Spectrum Yan Wang, profesor strojního inženýrství na Worcester Polytechnic Institute. „Výrobci baterií s využitím recyklovaného materiálu ve svých produktech stále váhají.“
Wang si myslí, že pro to není důvod – a své závěry má podložené fakty. Studie jeho týmu, který zahrnoval i odborníky ze společnosti A123 Systems, která vyrábí baterie, naznačuje, že výrobci baterií a automobilů by se nemuseli recyklovaných produtků obávat. Podle závěrů studie zveřejněné v časopise Joule mohou být baterie s recyklovanými katodami stejně dobré nebo dokonce lepší než baterie využívající nově vytěžené materiály.
Tým testoval baterie s recyklovanými katodami NMC111, což je nejběžnější druh katody obsahující po třetině niklu, manganu a kobaltu. Katody byly vyrobeny pomocí patentované recyklační techniky, kterou nyní komerčně využívá startup Battery Resourcers, který Wang spoluzaložil.
Recyklovaný materiál měl trochu jiné vlastnosti než nový. Na mikroskopické úrovni poréznější, a tedy propustnější pro lithiové ionty. Výsledkem jsou baterie s podobnou hustotou energie jako baterie vyrobené z komerčních katod, které však zároveň vykazují až o 53 % delší životnost.
Recyklované baterie sice nebyly testovány v automobilech, ale testy byly provedeny v průmyslově relevantním měřítku. Výzkumníci vyrobili standardní články o kapacitě 11 ampérhodin. Většinu testů provedli odborníci ze společnosti A123, tvrdil Wang novinářům.
Používali přitom protokol navržený USABC pro splnění cílů komerční životaschopnosti plug-in hybridních elektromobilů. Výsledky podle něj dokazují, že recyklované katodové materiály jsou životaschopnou alternativou k „panenským“ materiálům.
Zlato v katodě
Baterie pro elektromobily jsou ovšem složitá zařízení, a jejich recyklace není snadná. Zahrnuje buď jejich spalování s využitím velkého množství energie, nebo rozmělňování a rozpouštění v kyselinách.
Většina velkých recyklačních společností, které se zabývají především recyklací baterií pro spotřební elektroniku, a také většina start-upů, které se v této budoucnosti chtějí prosadit v blízké budoucnosti, jednoduše řečeno „rozloží“ s pomocí těchto a dalších metod baterie na základní suroviny. Ty prodávají společnostem vyrábějícím materiály pro baterie, které následně vyrobí vysoce kvalitní materiály pro výrobce automobilů a baterií.
Největší část ceny elektromobilové baterie se však skrývá v katodě, upozorňuje Wang. Katodové materiály bývají patentovanými sloučeninami několika různých kovů, včetně niklu, manganu a kobaltu. Mají pečlivě navrženou strukturou, a skládají se ze zrn o specifické velikosti.
Battery Resources tvrdí, že její recyklační proces by mohl produkovat katodové NMC materiály přesně podle požadavků dané automobilky. Což by mohlo výrazně zvýšit prodejní cenu, a tedy zvýšit ziskovost celého procesu. „Jsme jediná společnost, která poskytuje výstup, který je katodovým materiálem,“ tvrdí Wang a dodává: „Ostatní společnosti vyrábějí prvky. Takže jejich přidaná hodnota je nižší.“
Firemní postupy zahrnují drcení baterií a odstraňování ocelových pouzder, hliníkových a měděných drátů, plastů a materiálů pouzder určených k recyklaci. Zbývající hmota se rozpustí v rozpouštědlech a grafit, uhlík a nečistoty se odfiltrují nebo chemicky oddělí. Pomocí patentované chemické techniky se pak nikl, mangan a kobalt smíchají v požadovaném poměru a vytvoří se katodový prášek.
Technologii přímé recyklace vyvíjí i několik dalších výzkumníků a organizací, jako je ReCell Center, výzkumná spolupráce v oblasti recyklace baterií podporovaná americkým ministerstvem energetiky. V dohledné době však pravděpodobně velké objemy recyklovaného katodového materiálu patrně nikdo jiný produkovat nebude.
Společnost Battery Resourcers zatím prodává své recyklované materiály výrobcům baterií také v malých objemech, před konkurencí se však zdá mít náskok. Společnost plánuje otevřít svůj první komerční závod, který bude schopen zpracovat 10 000 tun baterií, v roce 2022. V září získala 70 milionů dolarů, za které plánuje do konce roku 2022 spustit další dvě zařízení v Evropě.