Kína er stærsti rafbílamarkaður heims með yfir 5,5 milljónir seldra bíla í mars 2021. Þetta er gott á margan hátt. Kína á flesta bíla í heiminum og þessir bílar eru að koma í stað skaðlegra gróðurhúsalofttegunda. En þessir bílar hafa sínar eigin áhyggjur varðandi sjálfbærni. Það eru áhyggjur af umhverfisskaða sem stafar af vinnslu frumefna eins og litíums og kóbalts. En önnur áhyggjuefni tengist vaxandi úrgangsvandamáli. Kína er farið að upplifa forskot á þessu vandamáli.
Árið 2020 voru 200.000 tonn af rafhlöðum tekin úr notkun og áætlað er að sú tala nemi 780.000 tonnum fyrir árið 2025. Skoðið yfirvofandi vandamál Kína með rafhlöðuúrgang í rafknúnum ökutækjum og hvað stærsti rafknúni markaður heims er að gera í því.
Næstum allt KínaRafknúin ökutæki eru knúin af litíumjónarafhlöðum. Þær eru léttar, hafa mikla orkuþéttleika og langan líftíma, sem gerir þær að fyrsta vali fyrir rafknúna bíla. Rafhlöður hafa þrjá meginþættiíhlutir og anóða, katóða og raflausn. AfSérstaklega er katóðan sú dýrasta og mikilvægasta. Við greinum að mestu leyti á milli þessara rafhlöðu eftir því hversu vel þær eru notaðar í katóðubátum.Ekki ætla ég að kafa of djúpt í þetta, en flestar kínverskar rafknúnar rafhlöður eru með katóðu úr annað hvort litíum-, nikkel-, mangan- eða kóbaltoxíðum, sem hér er kallað MCS. Þessar rafhlöður eru teknar úr notkun þegar afkastageta þeirra nær um 80%, sem samsvarar endingartíma þeirra upp á um 8 til 10 ár. Þetta er auðvitað háð ákveðnum þáttum eins og hleðslutíðni, akstursvenjum og vegaaðstæðum.
Datt þig langar að vita. Með fyrstu stóru bylgjunni af rafknúnum ökutækjumÞegar rafgeymar yrðu teknir á markað einhvern tímann á árunum 2010 til 2011 þyrfti innviðirnir til að safna og vinna úr þessum rafhlöðum að vera tilbúnir fyrir lok áratugarins. Það var áskorunin og tímalínan sem kínversk stjórnvöld þurftu að takast á við. Eftir Ólympíuleikana í Peking hófu kínversk stjórnvöld að kynna framleiðslu og notkun rafknúinna ökutækja fyrir almenningi. Á þessum tíma voru einu reglugerðirnar sem þau settu út öryggisstaðlar iðnaðarins. Þar sem margir íhlutir rafhlöðu eru nokkuð eitraðir. Í byrjun árs 2010 jókst notkun rafknúinna ökutækja og með því jókst þörfin fyrir leið til að meðhöndla úrgang þeirra jafn hratt.
Árið 2012 fóruvernment gaf út stefnumiðaðar leiðbeiningar fyrir rafbílaiðnaðinn í heild sinni í fyrsta skipti, þar sem leiðbeiningarnar lögðu áherslu á nauðsyn þess, meðal annarsr hlutir, virkt endurvinnslukerfi fyrir rafgeyma í rafbílum. Árið 2016 sameinuðust nokkur ráðuneyti til að koma á sameiginlegri stefnu varðandi úrgangsvandamál rafgeyma í rafbílum. Framleiðendur rafbíla yrðu ábyrgir fyrir endurheimt rafgeyma bíla sinna. Þeir yrðu að koma á fót eigin þjónustukerfum eftir sölu eða treysta þriðja aðila til að safna úrgangsrafhlöðum í rafbílum.
Kínversk stjórnvöld hafa tilhneigingu til að fyrst lýsa yfir stefnu, leiðbeiningum eða stefnu áður en þau setja sértækari reglur síðar. Yfirlýsingin frá 2016 gefur rafknúnum ökutækjum í raun merki um að búast megi við meiru í þessu efni á komandi árum. Því kom fram árið 2018 eftirfylgni með stefnuramma undir yfirskriftinni „Bráðabirgðaráðstafanir fyrir stjórnun endurvinnslu og nýtingar rafgeyma í nýjum orkugjöfum“. Maður veltir fyrir sér hvort maður kalli þetta þakskegg og einnig blendinga. Framfylgdaraðilinn væri iðnaðar- og upplýsingatækniráðuneytið eða MIIT.
Það hefur lofað til bakaÁrið 2016 leggur ramminn að mestu leyti ábyrgðina á einkaaðila eins og rafknúna ökutæki og framleiðendur rafknúinna rafhlöðu sem takast á við þetta vandamál. Ríkisstjórnin mun yfirÞeir munu sjá nokkur tæknileg atriði í verkefninu en þeir ætla ekki að gera það sjálfir. Þessi rammi er byggður ofan á almenna stjórnunarstefnu sem Kínverjar tóku upp. Hún kallast útvíkkuð ábyrgð framleiðanda eða EPR. Andleg hugmyndafræði er að færa ábyrgðina frá sveitarfélögum og héraðsstjórnum yfir á framleiðendurna sjálfa.
Kínverska ríkisstjórnin tók upp rafræna rafeindatækni (EPR), sem ég tel að hafi komið frá vestrænum fræðasamfélagi snemma á fyrsta áratug 21. aldar. Sem svar við tilskipunum ESB varðandi vaxandi vandamál með rafrænan úrgang, og það er innsæi rökrétt ef ríkisstjórnin er alltaf sú sem hreinsar upp allan þennan rafræna úrgang. Fyrirtækin sem framleiða úrganginn munu aldrei fá hvata til að gera hluti sína auðveldari í endurvinnslu. Þannig verða allir framleiðendur rafrafhlöðu í anda rafrænna rafeindatækni (EPR) að hanna rafhlöður sem eru auðveldar í sundur og veita viðskiptavinum sínum tæknilegar upplýsingar um endingartíma þeirra – Rafmagnsmerkin eru...og rafbílaframleiðendurnir annað hvort að setja upp og reka sín eigin söfnunar- og endurvinnslunet rafhlöðu eða útvista þeim til þriðja aðila. Ríkisstjórnin mun aðstoða við að setja innlenda staðla til að hagræða ferlinu. Ramminn virðist nokkuð góður á yfirborðinu, en það eru nokkrir mjög augljósir gallar.
Nú þegar við þekkjum söguna og stefnuna getum við næst kafað djúpt í nokkur tæknileg atriði varðandi endurvinnslu rafhlöðu í rafknúnum ökutækjum. Úreltar rafhlöður komu inn í kerfið í gegnum tvær leiðir, frá bílum sem voru að gangast undir rafhlöðuskiptingu og frá bílum. Í lok líftíma þeirra er rafhlaðan enn inni í bílnum og fjarlægð sem hluti af niðurrifsferlinu við lok líftíma síns. Þetta er enn mjög handvirkt ferli, sérstaklega í Kína. Eftir það er skref sem kallast forvinnsla. Rafhlöðufrumurnar þarf að taka úr pakkanum og opna, sem er áskorun þar sem engin stöðluð hönnun rafhlöðupakka er til. Því þarf að gera þetta í höndunum með sérstökum verkfærum.
Þegar rafhlaðan hefur verið fjarlægðd, hvað gerist neRafhlöðuverðmæti fer eftir gerð litíum-jón rafhlöðunnar í bílnum. Byrjum á NMC rafhlöðunni, sem er algengust í Kína. Fjórir endurvinnsluaðilar NMC rafhlöðunnar vilja endurheimta hana. Virku efnin í katóðu. Haggreining frá árinu 2019 áætlar að þrátt fyrir að vera aðeins 4% af þyngd rafhlöðunnar, þá eru þær yfir 60% af heildarendurnýtingarvirði rafhlöðunnar. Endurvinnslutækni NMC er tiltölulega þroskuð. Sony var brautryðjandi árið 1999. Það eru tvær helstu tækniaðferðir, pýró-málmvinnslu og vatnsmálmvinnslu. Byrjum á pýró-málmvinnslu. Pýró þýðir eldur. Rafhlaðan er brædd í málmblöndu af járni, kopar, kóbalti og nikkel.
Góða efnið er síðan endurheimt með vatnsmálmvinnsluaðferðum. Pyro-aðferðir brenna burt. Rafvaka, plast og litíumsölt. Þannig að ekki er hægt að endurheimta allt. Það losar eitraðar lofttegundir sem þarf að vinna úr og það er nokkuð orkufrekt, en það hefur verið mikið tekið upp í greininni. Vatnsmálmvinnsluaðferðir nota vatnskennt leysiefni til að aðskilja efnin með kóbalti frá efnasambandinu. Algengustu leysarnir sem notaðir eru eru brennisteinssýra og vetnisperoxíð, en það eru líka margar aðrar. Hvorug þessara aðferða er tilvalin og frekari vinnu er þörf til að taka á tæknilegum göllum þeirra. Litíum-járnfosfat rafhlöður eru um 30% af kínverska markaðnum fyrir rafbíla frá og með 2019. Orkuþéttleiki þessara rafhlöðu er ekki eins hár og hjá NMC hliðstæðum þeirra, en þær eru lausar við frumefni eins og nikkel og kóbalt. Þær eru líklega líka öruggari.
Kína er einnig leiðandi í heiminumí vísindum og markaðssetningu litíum-járnfosfats, rafhlöðutækni, kínverskt fyrirtæki, nútíma amperatækni. Er einn af leiðtogum í framleiðslu á þessu sviði. Það ætti að vera rökrétt að iðnaður landsins geti einnig endurunnið þessar rafhlöður. Það verður þó að segjast að endurvinnsla þessara hluta hefur reynst tæknilega erfiðari en búist var við. Þetta er að hluta til vegna þess að þeir eru með fjölbreyttari efnablöndu, sem krefst frekari dýrrar forvinnslu, aog síðan efnahagslega litíumJárnfosfatrafhlöður innihalda ekki sömu verðmætu málmana og NMC-rafhlöður, þær innihalda ekki nikkel, kopar eða kóbalt. Og þetta hefur leitt til skorts á fjárfestingum í þessu sviði. Það eru nokkrar efnilegar tilraunir í vatnsmálmvinnslu sem hafa tekist að laka út allt að 85% af litíum í formi litíumkarbónats.Talið er að það muni kosta um 650 dollaraað vinna úrtonn af notuðum litíum-járnfosfat rafhlöðum. Það innifelur orku- og efniskostnað, að undanskildum kostnaði við að smíða þær.verksmiðju. Hugsanleg endurheimt og endursala á litíum gæti hjálpað til við að gera endurvinnslu hagkvæmari, en dómnefndin er enn úti um þetta. Hefur þessum aðferðum ekki enn verið hrint í framkvæmd á viðskiptalegum skala? Ramminn frá 2018 setur margt fram, en hann skilur eftir nokkra hluti sem óska eftir. Eins og við öll vitum í lífinu, þá rennur ekki allt saman í snyrtilegan lítinn boga. Það eru nokkur göt sem vantar hér, svo við skulum ræða aðeins um nokkrar af þeim stefnumálum sem enn eru í loftinu. Helsta tölfræðilega markmiðið varðandi losun eða endurheimt hráefna. 98% af nikkel-kóbalti, 85% mangan fyrir litíum sjálft og 97% fyrir sjaldgæf jarðefni. Fræðilega séð er þetta allt mögulegt. Til dæmis talaði ég nýlega um að endurheimta 85% eða meira af litíum úr litíum-járnfosfat rafhlöðum. Ég nefndi einnig að það verður erfitt að ná þessu fræðilega hámarki vegna raunverulegrar óhagkvæmni og mismunar á vettvangi. Munið að það eru margar leiðir til að framleiða rafhlöðufrumur. Pakkaðar, seldar og notaðar. Það er hvergi nærri því að vera sama stöðlun og við sjáum með sívalningslaga rafhlöðum sem seldar eru í 711 þínum. Í stefnurammann vantar raunverulega niðurgreiðslur og þjóðlegan stuðning til að láta þetta verða að veruleika. Annað stórt áhyggjuefni er að efnahagsstefnuramminn gerir ekki neitt.Að úthluta fé til að hvetja til söfnunar á notuðum rafhlöðum. Það eru nokkur tilraunaverkefni um endurkaup sem sveitarfélög reka, en ekkert á landsvísu. Þetta gæti breyst, kannski með álagningu eða skatti, en eins og er þurfa einkaaðilar að fjármagna þetta sjálfir. Þetta er vandamál vegna þess að það er lítill efnahagslegur hvati fyrir þessa stóru framleiðendur rafbíla til að safna og endurvinna rafhlöður sínar.
Frá 2008 til 2015 lækkaði framleiðslukostnaður rafgeyma fyrir rafbíla úr 1000 Bandaríkjadölum á kílóvattstund í 268. Þessi þróun er talin halda áfram næstu árin. Lækkun kostnaðar hefur gert það aðgengilegra en nokkru sinni fyrr, en á sama tíma hefur það einnig dregið úr hvata til að safna og endurvinna þessar rafhlöður. Og þar sem þessar rafhlöður eru líka ólíkar hver annarri er erfitt að auka söfnun, forvinnslu og endurvinnslu, þannig að allt þetta verkefni reynist vera kostnaðartap fyrir framleiðendur þeirra. Sem starfa nú þegar með frekar þröngum hagnaðarmörkum til að byrja með?
Engu að síður eru framleiðendur rafbíla samkvæmt lögum fyrstir til að meðhöndla og endurvinna gamlar, notaðar rafhlöður sínar, og þrátt fyrir efnahagslega óaðlaðandi verkefnið hafa þeir verið duglegir við að eiga í samstarfi við stór fyrirtæki til að koma á fót opinberum rásum til að endurvinna rafhlöður. Nokkur stór endurvinnslufyrirtæki hafa sprottið upp. Dæmi um þetta eru Tyson recycling til Zhejiang Huayou Cobalt, Jiangxi Ganfeng lithium, Hunan Brunp og markaðsleiðtoginn GEM. En þrátt fyrir tilvist þessara stóru leyfisbundnu fyrirtækja samanstendur meirihluti kínverska endurvinnslugeirans af litlum, óleyfisbundnum verkstæðum. Þessar óformlegu verslanir hafa ekki rétt verkfæri eða þjálfun. Þær fara í grundvallaratriðum til að ...eyddu þessum rafhlöðum fyrir katóðuefni sín, seldu þær síðan hæstbjóðanda og losuðu sig við restina. Augljóslega er þetta gríðarleg öryggis- og umhverfisáhætta. Vegna þessarar undankomu laga og reglugerða geta þessar endurvinnslustöðvar borgað eigendum rafbíla meira fyrir rafhlöður sínar og eru því frekar valin en opinberar rásir, vitnað í, óvitnað. Þannig er endurvinnsluhlutfall litíumjóna í Kína enn frekar lágt árið 2015. Það var um 2%. Það hefur síðan vaxið í 10% árið 2019. Þetta slær í gegn, en þetta er samt langt frá því að vera hugsjón. Og rammaáætlunin frá 2018 setur ekki markmið um söfnunarhlutfall rafhlöðu. Undarleg gleymska. Kína hefur glímt við þetta vandamál á annarri rafhlöðuvídd, virðulegu blýsýrurafhlöðu, þessari 150 ára gömlu tækni.er mjög algengt í Kína. Þeir eru stjörnuaflið í bílum sínum og eru enn mjög vinsælir fyrir rafmagnshjól. Þetta er þrátt fyrir nýlegar reglugerðir til að hvetja til að skipta þeim út fyrir litíumjónarafhlöður. Engu að síður er endurvinnsla Kínverja á blýsýrurafhlöðum langt undir væntingum og viðmiðum. Árið 2017 voru minna en 30% af 3,3 milljónum tonna af blýsýrurafhlöðuúrgangi sem myndast í Kína endurunnin. Ástæðurnar fyrir þessari lágu endurvinnsluhlutfalli eru mjög svipaðar og í tilfelli litíumjónarafhlöðu. Óformlegar söxunarverslanir sniðganga reglur og reglugerðir og hafa því efni á að borga miklu meira fyrir rafhlöður neytenda. Rómverjar hafa gert það ljóst að blý er ekki beint umhverfisvænasta efnið sem völ er á. Kína hefur orðið fyrir mörgum alvarlegum blýeitrunartilvikum á undanförnum árum vegna þessarar óviðeigandi meðhöndlunar. Því hefur ríkisstjórnin nýlega heitið því að grípa til aðgerða gegn þessum óformlegu verslunum, sem áætlað er að séu yfir 200 talsins um allt land. Markmiðið er að reyna að ná 40% endurvinnsluhlutfalli árið 2020 og 70% árið 2025. Þar sem endurvinnsluhlutfall blýsýrurafhlöður í Bandaríkjunum hefur verið 99% síðan að minnsta kosti 2014, ætti það ekki að vera svo erfitt.
Með hliðsjón af tæknilegum og umhverfisvænum þáttumVegna efnahagslegra erfiðleika sem tengjast endurvinnslu rafgeyma í rafbílum hefur iðnaðurinn hugsað um leiðir til að nýta þessa hluti betur áður en þeir fara í gröfina. Mesti kosturinn væri að endurnýta þá í raforkuverkefnum. Þessar rafhlöður hafa samt sem áður 80% afkastagetu og geta enn tekið mörg ár áður en þær hverfa endanlega. Bandaríkin eru fremst í flokki hér. Þau hafa gert tilraunir með notaðar bílarafhlöður fyrir kyrrstæða orkugeymsluverkefni síðan 2002. En Kína hefur gert nokkur áhugaverð sýniverkefni. Eitt af þeim sem hefur starfað lengst er vind- og sólarorkuverkefnið í Zhangbei í Hebei héraði. Verkefnið, sem kostar 1,3 milljarða dollara, er komið frá sameiginlegu átaki kínverska ríkisfyrirtækisins State Grid og rafgeymaframleiðandans BYD, sem sýndi fram á hagkvæmni þess að nota Second Life rafgeyma til að styðja við og stjórna raforkukerfi. Fleiri endurvinnsluverkefni rafgeyma í rafbílum hafa komið upp á undanförnum árum í Peking, Jiangsu og það heldur áfram að skína. Stjórnvöld leggja mikla áherslu á þetta, en ég held að það komi í veg fyrir endurvinnsluvandamálið frekar en að leysa það. Því óhjákvæmilegt að hver rafhlaða verði annað hvort endurvinnsla eða urðunarstaður. Kínverska ríkisstjórnin hefur gert frábært starf við að hvetja til sköpunar þessa blómlega vistkerfis. Landið er ótvírætt leiðandi í ákveðnum þáttum rafhlöðutækni og nokkrir V-risar eru þar staðsettir. Þeir hafa tækifæri til að sveigja verulega kúrfuna í útblæstri frá bílum. Þannig að á vissan hátt er þetta endurvinnslumál gott vandamál að hafa. Það er vísbending um velgengni Kína. En vandamálið er enn vandamál og iðnaðurinn hefur verið að draga lappirnar og koma á fót viðeigandi endurvinnslunetum, reglugerðum og tækni.
Kínversk stjórnvöld geta leitað til stefnu Bandaríkjanna til að fá leiðsögn og hvata og gera neytendum kleift að nota réttar endurvinnsluvenjur. Og niðurgreiðslur þurfa að vera veittar fyrirtækjum í forvinnslu- og endurvinnslutæknigreinum, ekki bara í framleiðslu. Annars mun orkunotkun og umhverfisskaði sem tengist þessari förgun rafhlöðu vega þyngra en sá ávinningur sem við fáum af því að skipta yfir í rafknúin ökutæki.
Birtingartími: 1. ágúst 2023