Kina er verdens største marked for elbiler med over 5,5 millioner solgte biler per mars 2021. Dette er bra på mange måter. Kina har flest biler i verden, og disse erstatter skadelige klimagasser. Men disse tingene har sine egne bærekraftsbekymringer. Det er bekymringer om miljøskader som følge av utvinning av elementer som litium og kobolt. Men en annen bekymring har å gjøre med det kommende avfallsproblemet. Kina begynner å oppleve forkanten av dette problemet.
I 2020 ble 200 000 tonn batterier tatt ut av drift, og tallet forventes å bli 780 000 tonn innen 2025. Se på Kinas truende problem med batterisvinn fra elbiler og hva verdens største elbilmarked gjør med det.
Nesten hele KinasElbiler drives av litiumionbatterier. De er lette, har høy energitetthet og lang levetid, noe som gjør dem til førstevalget for elektriske biler. Batterier har tre hovedkkomponenter og anode, en katode og en elektrolytt. Avkatoden er den dyreste og mest betydningsfulle. Vi skiller i stor grad mellom disse batteriene basert på katodebåtene deres. NDet er ikke til å dykke for dypt inn i dette, men de fleste av Kinas elbilbatterier har katoder laget av enten litium-, nikkel-, mangan- eller koboltoksider, herved referert til som MCS. Disse batteriene tas ut av bruk når kapasiteten når omtrent 80 %, tilsvarende en levetid på omtrent 8 til 10 år. Dette er selvfølgelig avhengig av visse faktorer som ladefrekvens, kjørevaner og veiforhold.
Tenkte du ville vite det. Med den første store bølgen av elbilerNår de skal legge ut på veien en gang i 2010–2011, måtte infrastrukturen for innsamling og behandling av disse batteriene snart være klar innen utgangen av tiåret. Det var utfordringen og tidslinjen den kinesiske regjeringen måtte håndtere. Etter OL i Beijing begynte den kinesiske regjeringen å promotere produksjon og bruk av elbiler til allmennheten. På dette tidspunktet var de eneste forskriftene de utstedte sikkerhetsstandarder for industrien. Siden mange batterikomponenter er ganske giftige, så de en økende opptakten av elbiler og med det et like raskt voksende behov for en måte å håndtere avfallet på.
I 2012 gikk detvernent ga ut en veiledning for elbilbransjen for første gang. Veiledningen understreket blant annet behovet forr ting, et fungerende system for resirkulering av elbilbatterier. I 2016 gikk flere departementer sammen for å etablere en enhetlig retning for avfallsproblemet med elbilbatterier. Elbilprodusenter ville være ansvarlige for å gjenvinne bilens batterier. De må etablere sine egne nettverk for ettersalgsservice eller stole på en tredjepart for å samle inn brukte elbilbatterier.
Den kinesiske regjeringen har en tendens til først å erklære en policy, veiledning eller retning før de setter ut mer spesifikke regler senere. Erklæringen fra 2016 signaliserer effektivt til elbilselskapene at de kan forvente mer om dette i de kommende årene. Derfor kom oppfølgingen av policyrammeverket raskt ut i 2018, med tittelen «midlertidige tiltak for håndtering av resirkulering og bruk av kraftbatterier i nye energikjøretøyer». Du lurer på om du kaller det «takskjegg» og «hybrider». Håndhevingsorganet ville være Industri- og informasjonsteknologidepartementet eller MIIT.
Det har lovet tilbakeI 2016 legger rammeverket i stor grad ansvaret på private enheter som elbil- og elbilbatteriprodusenter som håndterer dette problemet. Regjeringen vil overse noen tekniske aspekter ved arbeidet, men de kommer ikke til å gjøre det selv. Dette rammeverket er bygget på toppen av en generell styringspolitikk som kineserne har tatt i bruk. Kalt utvidet produsentansvar eller EPR. Det åndelige konseptet er å flytte ansvaret oppstrøms fra lokale og provinsielle myndigheter til produsentene selv.
Den kinesiske regjeringen tok i bruk EPJ, som jeg tror kom fra vestlig akademia tidlig på 2000-tallet. Som et svar på EU-direktiver angående et voksende problem med elektrisitetsavfall, og det gir intuitiv mening hvis regjeringen alltid er den som rydder opp i alt dette elektrisitetsavfallet. Selskapene som produserer avfallet vil aldri bli insentivert til å gjøre tingene sine enklere å resirkulere. I ånden av EPJ må derfor alle produsenter av elbilbatterier designe batterier som er enkle å demontere og gi tekniske detaljer om slutten av levetiden til kundene sine – elbilmarkørene ogd elbilprodusentene i sin tur enten etablere og drive sine egne nettverk for batteriinnsamling og resirkulering, eller sette dem ut til en tredjepart. Myndighetene vil bidra til å etablere nasjonale standarder for å effektivisere prosessen. Rammeverket virker ganske fint på overflaten, men det er noen veldig klare ulemper.
Nå som vi kjenner historien og retningslinjene, kan vi dykke ned i noen tekniske detaljer om resirkulering av elbilbatterier. Utrangerte batterier kom inn i systemet gjennom to kanaler, fra biler som gjennomgikk batteribytte og fra biler. Ved slutten av levetiden. For sistnevnte er batteriet fortsatt inne i bilen og fjernes som en del av demonteringsprosessen. Dette er fortsatt en svært manuell prosess, spesielt i Kina. Etter det er det et trinn som kalles forbehandling. Battericellene må trekkes ut av pakken og åpnes, noe som er en utfordring siden det ikke finnes noen standard batteripakkedesign. Dermed må det gjøres for hånd med spesialverktøy.
Når batteriet er fjernetd, hva skjer nåxt avhenger av typen litiumionbatteri i bilen. La oss starte med NMC-batteriet, det vanligste i Kina. Fire NMC-batteriresirkuleringsselskaper ønsker å gjenvinne. Katodeaktive materialer. En økonomisk analyse fra 2019 anslår at til tross for at de bare utgjør 4 % av batterienes vekt, utgjør de over 60 % av batteriets totale gjenvinningsverdi. NMC-resirkuleringsteknologier er relativt modne. Sony var pionerer i 1999. Det finnes to viktige teknologiske metoder, pyrometallurgisk og hydrometallurgisk. La oss starte med pyrometallurgisk. Pyro betyr ild. Batteriet smeltes til en legering av jern, kobber, kobolt og nikkel.
Det gode materialet utvinnes deretter ved hjelp av hydrometallurgiske metoder. Pyrometoder brenner bort. Elektrolytter, plast og litiumsalter. Så ikke alt kan gjenvinnes. Det frigjør giftige gasser som må behandles, og det er ganske energikrevende, men det har blitt bredt tatt i bruk i industrien. Hydrometallurgiske metoder bruker et vandig løsningsmiddel for å separere de ønskede materialene fra forbindelsen ved kobolt. De mest brukte løsningsmidlene er svovelsyre og hydrogenperoksid, men det finnes mange andre også. Ingen av disse metodene er ideelle, og det er behov for ytterligere arbeid for å løse de tekniske manglene. Litiumjernfosfatbatterier utgjør omtrent 30 % av det kinesiske elbilmarkedet per 2019. Energitettheten til disse batteriene er ikke like høy som deres NMC-motparter, men de er fri for elementer som nikkel og kobolt. De er sannsynligvis også tryggere.
Kina er også verdensledendeinnen vitenskap og kommersialisering av litiumjernfosfat, batteriteknologier, kinesisk selskap, moderne ampereteknologi. Er en av produksjonslederne på dette området. Det burde være fornuftig at landets industri også kan resirkulere disse cellene. Når det er sagt, har resirkulering av disse tingene vist seg å være teknisk vanskeligere enn man først antok. Dette skyldes delvis at de har en mer variert blanding av materialer, noe som krever ekstra dyrt forbehandlingsarbeid, enog deretter økonomisk litiumJernfosfatbatterier inneholder ikke de samme verdifulle metallene som NMC-batterier, men de inneholder nikkel, kobber eller kobolt. Og det har ført til mangel på investeringer i nisjen. Det finnes noen lovende hydrometallurgiske eksperimenter som har klart å lekke ut opptil 85 % av litiumet i form av litiumkarbonat.Spekulasjonen går på at det vil koste rundt 650 dollarå behandleet tonn brukte litiumjernfosfatbatterier. Det inkluderer energi- og materialkostnader, utenom kostnadene ved å bygge dem.fabrikk. Potensiell gjenvinning og videresalg av litium kan bidra til å gjøre resirkulering mer økonomisk mulig, men juryen er fortsatt ute på dette. Har disse metodene ennå ikke blitt implementert i kommersiell skala? Rammeverket fra 2018 legger mye frem, men det etterlater et par ting å ønske. Som vi alle vet i livet, blir ikke alt samlet i en pen liten sløyfe. Det er noen manglende hull her, så la oss snakke litt om noen av de politiske spørsmålene som fortsatt er uavklarte. Det viktigste statistiske målet for utslipp eller gjenvinningsgrad for råvarer. 98 % av nikkel-kobolt, mangan 85 % for litium i seg selv og 97 % for sjeldne jordartsmetaller. Teoretisk sett er alt dette mulig. For eksempel snakket jeg nettopp om å gjenvinne 85 % eller mer av litiumet fra litiumjernfosfatbatterier. Jeg nevnte også at det vil være vanskelig å oppnå dette teoretiske maksimumet på grunn av ineffektivitet i den virkelige verden og forskjeller på bakken. Husk at det finnes mange måter battericeller kan lages på. Pakket, solgt og brukt. Det er ikke i nærheten av standardiseringen vi ser med sylindriske batterier som selges i 711-en din. Det politiske rammeverket mangler konkrete subsidier og nasjonal støtte for å gjøre dette til virkelighet. En annen stor bekymring er at det økonomiske politiske rammeverket ikke gjør det.å sette av penger til å stimulere innsamling av brukte batterier. Det finnes noen få tilbakekjøpspilotprogrammer som drives av kommunene, men ingenting på nasjonalt nivå. Dette kan endres, kanskje med en avgift eller skatt, men akkurat nå må private aktører finansiere det selv. Dette er et problem fordi det er lite økonomisk insentiv for disse store elbilprodusentene til å samle inn og resirkulere batteriene sine.
Fra 2008 til 2015 falt produksjonskostnadene for elbilbatterier fra 1000 USD per kilowattime til 268 USD per kilowattime. Denne trenden forventes å fortsette de neste årene. Kostnadsfallet har gjort det enda mer tilgjengelig enn noensinne, men samtidig har det også redusert insentivet til å samle inn og resirkulere disse batteriene. Og siden disse batteriene også er forskjellige fra hverandre, er det vanskelig å skalere opp innsamlings-, forbehandlings- og resirkuleringsprosessene, så hele prosjektet viser seg å være en kostnadsslipp for produsentene. Som allerede jobber med ganske knappe marginer til å begynne med?
Uansett er elbilprodusentene ifølge loven først i køen til å håndtere og resirkulere sine gamle, brukte batterier, og til tross for den økonomisk uattraktive utviklingen, har de vært flittige med å samarbeide med store selskaper for å etablere offisielle kanaler for resirkulering av batterier. Noen få store resirkuleringsselskaper har dukket opp. Eksempler inkluderer Tyson Recycling til Zhejiang Huayou Cobalt, Jiangxi Ganfeng Lithium, Hunan Brunp og markedsleder GEM. Men til tross for eksistensen av disse lisensierte store selskapene, består majoriteten av den kinesiske resirkuleringssektoren av små, ulisensierte verksteder. Disse uformelle butikkene har ikke riktig verktøy eller opplæring. De går i utgangspunktet til ...bruker disse batteriene for katodematerialene sine, videreselger dem til høyeste budgiver og dumpet resten. Dette er åpenbart en massiv sikkerhets- og miljørisiko. Som et resultat av denne omgåelsen av regler og forskrifter, kan disse produsentene betale elbileiere mer for batteriene sine, og som sådan foretrekkes de fremfor, sitat, usitat offisielle kanaler. Dermed er resirkuleringsraten for litiumion i Kina fortsatt ganske lav i 2015. Den var omtrent 2 %. Den har siden vokst til 10 % i 2019. Det slår en skarp kjepp i øyet, men dette er fortsatt langt fra ideelt. Og rammeverket fra 2018 setter ikke et mål for batteriinnsamlingsrater. En merkelig unnlatelse. Kina har slitt med dette problemet på en annen batterifront, det ærverdige blybatteriet, denne 150 år gamle teknologien.er svært vanlig brukt i Kina. De er stjernespillerne i bilene sine og er fortsatt veldig populære for elsykler. Dette til tross for nylige forskrifter som oppmuntrer til å erstatte dem med litiumionbatterier. Uansett, kinesisk resirkulering av blybatterier er langt under forventningene og standardene. I 2017 resirkuleres mindre enn 30 % av de 3,3 millioner tonnene med blybatteriavfall som genereres i Kina. Årsakene til denne lave resirkuleringsprosenten er svært like litiumionbatteriene. Uformelle butikklokaler omgår regler og forskrifter og har dermed råd til å betale mye mer for forbrukerbatterier. Romerne har gjort det klart at bly ikke akkurat er det mest miljøvennlige stoffet som finnes. Kina har opplevd flere store blyforgiftningshendelser de siste årene som følge av denne feilaktige håndteringen. Derfor har myndighetene nylig lovet å slå ned på disse uformelle butikkene, hvorav det anslås at det er over 200 over hele landet. Målet er å prøve å nå en resirkuleringsprosent på 40 % i 2020 og 70 % i 2025. Med tanke på at resirkuleringsprosenten for blybatterier i Amerika har vært på 99 % siden minst 2014, burde det ikke være så vanskelig.
Med tanke på det tekniske og miljømessigePå grunn av økonomiske vanskeligheter knyttet til resirkulering av elbilbatterier har industrien tenkt på måter å utnytte disse tingene mer før de havner i graven. Det mest potensielle alternativet ville være å gjenbruke dem i strømnettprosjekter. Disse batteriene har tross alt fortsatt 80 % kapasitet, og kan fortsatt vare i mange år før de endelig svikter for godt. USA leder an her. De har eksperimentert med brukte bilbatterier for stasjonære energilagringsprosjekter siden 2002. Men Kina har gjennomført noen interessante demonstrasjonsprosjekter. Et av de lengst opererende er Zhangbei vind- og solenergiprosjekt i Hebei-provinsen. Prosjektet på 1,3 milliarder dollar kommer fra en felles innsats fra det kinesiske statseide selskapet State Grid og elbilbatteriprodusenten BYD, som demonstrerte muligheten for å bruke Second Life elbilbatterier til å støtte og administrere et strømnett. Flere elbilbatteriresirkuleringsprosjekter har dukket opp de siste årene i Beijing, Jiangsu og andre steder, og det skinner videre. Regjeringen legger mye fokus på dette, men jeg tror det til syvende og sist løser resirkuleringsproblemet mer enn det. Fordi den uunngåelige slutten for ethvert batteri enten er resirkulering eller søppelfylling. Den kinesiske regjeringen har gjort en beundringsverdig jobb med å oppmuntre til etableringen av dette blomstrende økosystemet. Landet er den ubestridte lederen innen visse aspekter av batteriteknologi, og flere V-giganter er basert der. De har en mulighet til å virkelig bøye kurven for bilutslipp. Så på en måte er dette resirkuleringsproblemet et fint problem å ha. Det er en indikasjon på Kinas suksess. Men problemet er fortsatt et problem, og industrien har halt med å etablere de riktige resirkuleringsnettverkene, forskriftene og teknologiene.
Den kinesiske regjeringen kan se til amerikansk politikk for veiledning og for å få insentiver og legge til rette for riktige resirkuleringsvaner hos forbrukerne. Subsidier må deles ut til bedrifter innen forbehandlings- og resirkuleringsteknologiindustrien, ikke bare i produksjonsindustrien. Ellers vil energiforbruket og miljøskadene knyttet til disse batteriavhendingene oppveie den fordelen vi får ved å bytte til elbiler.
Publisert: 01.08.2023