Вторичная переработка и утилизация аккумуляторов и батарей

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 24.06.2016 14:22

Автор: Abramova Olesya

Электрические батареи на основе свинца и кадмия являются самыми проблемными с точки зрения экологии, использование никель-кадмиевых батарей даже было запрещено в Евросоюзе в 2009 году. Также предпринимаются попытки ограничить эксплуатацию свинцово-кислотных аккумуляторов, но для них не существует адекватной альтернативы, как это было в случае замены никель-кадмиевых батарей на никель-металл-гидридные. Вдобавок в список загрязняющих веществ попали компоненты литий-ионных аккумуляторов. Хоть эта электрохимическая система и признана умеренно токсичной, влияние огромного количества этих аккумуляторов на окружающую среду требует более тщательного изучения.

Свинцово-кислотная система имеет довольно продвинутую систему утилизации, к примеру, в США перерабатывается порядка 97% таких батарей. Основной движущей силой в развитии системы переработки служит автомобильная промышленность, для которой, стоит признать, более интересна не экология, а бизнес составляющая этого процесса. Сам процесс переработки свинцово-кислотных батарей относительно прост и порядка 70% от веса батареи составляет, свинец который можно вторично использовать.

Более 50% слитков свинца поступает от утилизации старых свинцово-кислотных батарей. Другие электрохимические системы не имеют такой относительно простой технологии переработки и процент возврата из них полезных металлов заметно ниже. Ряд международных организаций инициировал работу над созданием программ по удобной утилизации аккумуляторов всех видов. В настоящее время только от 20 до 40 процентов батарей мобильных телефонов и других потребительских устройств идет на переработку. Целью утилизации является предотвращение распространения опасных веществ и повторное использование составляющих электрических батарей.

Использованные батареи не должны находиться в домовладениях. Старые первичные элементы могут начать протекать и этим загрязнить окружающее пространство. Не храните вышедшие из строя свинцово-кислотные аккумуляторы в местах, где могут играть дети. Даже простое касание к такому аккумулятору может быть вредным. Кроме того, уделите особое внимание хранению маленьких “кнопочных” батарей, так как они могут быть проглочены маленькими детьми. (Смотрите BU-703: Влияние электрохимических источников тока на здоровье человека).

---

Аккумуляторы EverExceed

 

Standard Range AGM	Deep Cycle Range AGM	Gellyte Range GEL
10 - 12 лет / 600 циклов	10 - 12 лет / 700 циклов	10 - 12 лет / 750 циклов
универсальная серия AGM	для глубоких разрядов AGM	универсальная серия GEL

---

Несмотря на свою неэкологичность, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи продолжают удерживать большую долю рынка, особенно в нише стартерных аккумуляторов. Те же источники бесперебойного питания или системы мобильного передвижения были бы экономически нецелесообразными без этих надежных аккумуляторов. Никель-кадмиевая электрохимическая система также продолжает иметь критическое значение в определенных областях, например большие затопленные NiCd аккумуляторы используются в реактивных самолетах и водном транспорте.

Батареи с токсичными материалами так или иначе будут существовать, но в их использовании нет ничего страшного, главное, обеспечить правильный процесс переработки. Каждая электрохимическая система имеет свою собственную технологию утилизации, которая начинается путем сортировки батарей в правильные категории.

Свинцово-кислотные: Проблема переработки свинцово-кислотных батарей появилась сразу же с их созданием в 1912 году. Свинец легко извлекался и мог быть многократно повторно использован, поэтому утилизация аккумуляторов стала простым и экономически эффективным процессом. Это привело к появлению многих прибыльных предприятий и дало толчок старту изучения переработки батарей других электрохимических систем.

В конце 2013 года металлургические предприятия начали сообщать об увеличении случаев смешения свинцово-кислотных батарей с литий-ионными, особенно в случае со стартерными аккумуляторами. Такое соседство может привести к возгоранию или взрыву, что чревато травмами. Визуально аккумуляторы довольно похожи, а их сортировка в случае больших объемов весьма затруднительна. Обычный потребитель не видит особой разницы между батареями и часто отдает на утилизацию разные электрохимические системы вперемежку. И поскольку существует тенденция постепенной замены свинцово-кислотных аккумуляторов литий-ионными, то данная проблема будет только возрастать. После 2010-2013 годов наблюдается десятикратное увеличение проникновения Li-ion в свинцово-кислотные батареи.

Сообщество автомобильных инженеров (от англ. Society of Automative Engineers - SAE) и Международная Электротехническая Комиссия (от англ. - International Electrotechnical Commission - IEC) принимают меры по повышению уровня информированности и обучает персонал перерабатывающих предприятий правильно идентифицировать электрические батареи. Параллельно разрабатываются новые технологии распознавания батарей, использующие рентгеновские лучи. Остается открытым вопрос, кто несет ответственность в вопросе идентификации, так как производители батарей и предприятия переработки перекладывают ответственность друг на друга.

Никель-кадмиевые: В случае неправильной утилизации кадмиевых аккумуляторов, металлическая цилиндрическая оболочка элементов рано или поздно разъедается. Кадмий растворяется в грунтовых водах и просачивается в систему водоснабжения. И в таком случае власти уже беспомощны перед загрязнением. Печально, но в океанах уже видны следы кадмия (наряду с другими опасными веществами), хотя ученые и не уверены в происхождении источника этого загрязнения.

Никель-металл-гидридные: Никель и электролит в NiMH батареях считаются полутоксичными. В случае отсутствия перерабатывающих предприятий допускается утилизация небольшого количества таких батарей вместе с другими бытовыми отходами. Тем не менее, если NiMH батарей больше 10, то пользователь должен позаботиться об обеспечении их правильной переработки. Альтернативой может служить захоронение таких источников питания в бункере.

---

Аккумуляторы EverExceed GEL

 

Marin GEL Range	Deep Cycle GEL Range	Solar GEL Range
10 - 12 лет / 800 циклов	10 - 12 лет / 800 циклов	10 - 12 лет / 800 циклов
для электромоторов лодок и катеров	для глубоких циклических разрядов	для солнечных электростанций

---

Первичные литиевые: Эти батареи содержат металлический литий, который бурно реагирует при контакте с водой и должен быть утилизирован надлежащим образом. Если выбросить такую батарею на свалку с неизрасходованным зарядом, то механическое воздействие работающей там техники может повредить корпус и незащищенный литий приведет к возгоранию. Пожар на полигоне с отходами – это крайне неприятное явление, которое может длиться годами. Перед утилизацией аккумулятора необходимо полностью разрядить батарею, чтобы уменьшить в ней количество лития. Первичные литиевые батареи (литий-металлические) используются в военной сфере, в часах, датчиках, слуховых аппаратах и системах резервного копирования памяти. В типоразмере АА, ААА и 9В формате они могут служить альтернативной заменой щелочным батареям. Литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов или ноутбуков не содержат металлический литий (Смотрите BU-106: Преимущества первичных (неперезаряжаемых) батарей).

Литий-ионные: Li-ion – достаточно безвредная электрохимическая система, но вышедшие из строя аккумуляторы должны быть утилизированы должным образом. Ситуация с переработкой Li-ion противоположна ситуации со свинцово-кислотными батареями, здесь большую роль играет экологическая составляющая, чем извлечение ценных металлов, что вполне объяснимо на фоне огромного количества Li-ion аккумуляторов в потребительских устройствах. Li-ion содержит вредные элементы, но их количество находится на уровне допустимой токсичности потребительских электронных устройств.

Щелочные: После снижения содержания ртути в щелочных батареях в 1996 году, многие страны разрешили их утилизацию вместе с обычными бытовыми отходами. Тем не менее, в Европе и некоторых штатах США эти батареи рассматриваются в качестве опасных отходов. Большинство магазинов по продаже электрических батарей обязаны принимать обратно отработанные экземпляры. Щелочные батареи содержат повторно используемые материалы, такие как цинк и марганец, но их извлечение остается на совести перерабатывающих предприятий. Предпринимаются попытки по увеличению процента перерабатываемых щелочных батарей с 4% в 2015 году до 40% в 2025 году.

Одними из самых крупных предприятий по переработке электрических батарей являются Retriev Technologies, ранее Toxco, и Rechargeable Battery Recycling Corporation (RBRC). В то время как Retriev имеет собственные мощности утилизации, RBRC занимается сбором электрических батарей и их отправкой. По утверждению Retriev, с штаб-квартирой в Трейле, Британская Колумбия, именно они являются единственной компанией в мире, которая перерабатывает большие литиевые батареи. Они получают отработанные батареи от буровых станций для нефтяных скважин в Нигерии, Индонезии и других стран. Также ими проводится утилизация литиевых батарей из ракетных шахт и других военных объектов. Retriev занимается переработкой батарей и других электрохимических систем.

Компании из Европы и Азии также участвуют в утилизации отработанных электрических батарей. Можно выделить Sony и Sumitomo Metal из Японии и Umicore из Бельгии, которые разработали технологию извлечения кобальта и других ценных металлов из отработанных Li-ion батарей. (Смотрите BU-705a: Утилизация электрических батарей как бизнес).

Процесс переработки аккумуляторов

Утилизация начинается с сортировки батарей согласно их электрохимической системе. Для каждой системы в сортировочном центре существует своя специальная емкость, которая может обеспечить корректное хранение и перевозку. Предприятия по утилизации утверждают, что переработка выгодна только в том случае, если существует постоянный поток отсортированных электрических батарей.

Сам процесс переработки стартует с удаления горючих материалов, таких как пластмасса и изоляция, с помощью газового термоокислителя. Перед выбросом в атмосферу, продукты горения проходят через скруббер, который задерживает загрязняющие частицы. Такая термообработка приводит к образования “чистых” электрических элементов, содержащих металл.

Затем эти элементы разрезают на небольшие куски и нагревают до температуры плавления. Неметаллические вещества во время этого сгорают, образуя черный шлак на поверхности. Сплавы же оседают в соответствии со своим весом, формируя удобные для сбора слои.

---

Аккумуляторы Victron Energy

 

AGM Deep Cycle	GEL Deep Cycle	Литиевые (LiFePO4)
10 лет / 400 циклов	10 лет / 500 циклов	20 лет / 2200 циклов
универсальное применение	для циклических разрядов	для частых глубоких разрядов

---

Кадмий является относительно легким металлом, и при высоких температурах испаряется. Получают этот металл из паров путем конденсации, что обеспечивает чистоту порядка 99,95 процентов.

Некоторые предприятия по переработке не занимаются разделением металлов, выплавляя так называемые “чушки” - слитки, состоящие из разных металлов, которые поставляются на металлургические заводы и уже там используются для получения никеля, хрома, железа для нержавеющей стали и других высококачественных продуктов. У других же переработчиков есть возможность выплавлять чистые слитки из отдельных металлов, которые также потом идут в металлургическую отрасль.

Чтобы уменьшить вероятность непредвиденных ситуаций во время дробления, некоторые переработчики замораживают батареи на основе лития жидким азотом. Довольно остро стоит проблема смешения обычных свинцово-кислотных батарей с литиевыми, а также попадания на переработку неразряженных литиевых батарей, так как такие экземпляры взрывоопасны.

Утилизация электрических батарей – довольно энергоемкий процесс. Восстановление металлов из перерабатываемых батарей требует от 6 до 10 раз больше энергии, чем в случае их добычи из полезных ископаемых. Исключением является переработка свинцово-кислотных батарей, которая лишена сложных процессов. В какой-то степени переработка и никель-металл-гидридных батарей может быть экономически целесообразной, но для этого необходимо их большое количество.

Каждое государство регулирует отрасль переработки самостоятельно, и довольно многие правительства обязывают вкладывать стоимость утилизации в цену новых электрических батарей. Перерабатывающие заводы, как правило, варьируют цену утилизации в зависимости от веса и типа батареи. В то время как переработка NiMH довольно выгода, NiCd батареи менее востребованы из-за невысокой стоимости кадмия. Маленькое количество восстанавливаемого металла делает переработку Li-ion значительно дороже относительно других типов батарей.

Фиксированная цена переработки одной тонны электрических батарей составляет от 1000 до 2000$, но в Евросоюзе надеются снизить эту стоимость до 300$. Следует понимать, что перевозка и обработка батарей как минимум удваивает общую стоимость. Для упрощения транспортировки Европейское правительство планирует построить несколько больших перерабатывающих заводов в географически удобных местах. Такое решение прямо связано с Базельской конвенцией, которая регулирует транспортировку и переработку опасных веществ. Поскольку объем выбрасываемых батарей только увеличивается, предпринимаются попытки сделать их утилизацию выгодной и без поддержки правительства.

Последнее обновление 2016-05-25

---

Контроль и защита аккумуляторов

 

Батарейный монитор	Защита от глубокого разряда	Батарейный балансир
контроль более 25 параметров, история и синхронизация	защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки	для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения

---