Китай является крупнейшим в мире рынком электромобилей: по состоянию на март 2021 года было продано более 5,5 миллионов автомобилей. Во многих отношениях это хорошо. В Китае больше всего автомобилей в мире, и они заменяют вредные парниковые газы. Но у этого есть свои проблемы с точки зрения устойчивого развития. Существуют опасения по поводу экологического ущерба, наносимого добычей таких элементов, как литий и кобальт. Но есть и другая проблема, связанная с надвигающейся проблемой отходов. Китай начинает сталкиваться с этой проблемой на передовой.
В 2020 году было выведено из эксплуатации 200 000 тонн батарей, и ожидается, что к 2025 году эта цифра достигнет 780 000 тонн. Посмотрите на надвигающуюся проблему отходов батарей электромобилей в Китае и на то, что делает для ее решения крупнейший в мире рынок электромобилей.
Почти все в КитаеЭлектромобили работают на литий-ионных батареях. Благодаря малому весу, высокой плотности энергии и длительному сроку службы, они являются предпочтительным выбором для электромобилей. Батареи имеют три основных характеристики.Компоненты и анод, катод и электролит.Таким образом, катод является самым дорогим и важным элементом. Мы в основном различаем эти батареи по их катодам.Не будем слишком углубляться в это, но в большинстве китайских аккумуляторов для электромобилей катоды изготовлены из оксидов лития, никеля, марганца или кобальта, которые здесь обозначаются как MCS (Multi-Collaborative System). Эти батареи выводятся из эксплуатации, когда их емкость достигает примерно 80%, что соответствует сроку службы от 8 до 10 лет. Это, конечно, зависит от таких факторов, как частота зарядки, стиль вождения и состояние дорог.
Думаю, вам будет интересно это узнать. С первой крупной волной электромобилей.Начало эксплуатации электромобилей было запланировано на 2010-2011 годы, и к концу десятилетия необходимо было создать инфраструктуру для сбора и переработки этих батарей. Это была задача и сроки, с которыми пришлось столкнуться китайскому правительству. После Олимпийских игр в Пекине китайское правительство начало продвигать производство и использование электромобилей среди широкой общественности. В то время единственными правилами, которые они устанавливали, были стандарты безопасности для отрасли, поскольку многие компоненты батарей довольно токсичны. В начале 2010-х годов наблюдался рост популярности электромобилей, а вместе с этим и быстро растущая потребность в способе утилизации их отходов.
В 2012 году...вернмеКомпания NT впервые выпустила руководство по политике для всей индустрии электромобилей. В этом руководстве, среди прочего, подчеркивается необходимость...В 2016 году несколько министерств объединились, чтобы выработать единую стратегию решения проблемы отходов аккумуляторов электромобилей. Производители электромобилей должны были самостоятельно заниматься утилизацией аккумуляторов своих автомобилей. Они должны были создать собственные сети послепродажного обслуживания или доверить сбор отработанных аккумуляторов сторонним организациям.
Китайское правительство склонно сначала объявлять о политике, руководящих указаниях или направлениях, прежде чем устанавливать более конкретные правила. Декларация 2016 года фактически дала понять компаниям, производящим электромобили, что в ближайшие годы следует ожидать большего в этом отношении. Таким образом, в 2018 году оперативно была опубликована рамочная политика, озаглавленная «Временные меры по управлению переработкой и использованием силовых батарей электромобилей». Интересно, имеет ли значение термин «карнизы» и «гибриды»? Органом, ответственным за соблюдение этих мер, является Министерство промышленности и информационных технологий (МИТ).
Оно пообещало вернутьсяВ 2016 году рамочная программа в значительной степени возлагала ответственность за решение этой проблемы на частные предприятия, такие как производители электромобилей и аккумуляторов для них. Правительство будет контролировать...Они видят некоторые технические аспекты этого начинания, но сами этого делать не будут. Эта структура построена на основе общей политики управления, принятой Китаем, которая называется расширенной ответственностью производителя (EPR). Суть концепции заключается в перекладывании ответственности с местных и провинциальных органов власти на самих производителей.
Правительство Китая приняло концепцию расширенной ответственности производителя (EPR), которая, как я полагаю, зародилась в западных академических кругах в начале 2000-х годов. Это стало ответом на директивы ЕС, касающиеся растущей проблемы электронных отходов, и вполне логично, что именно правительство всегда должно заниматься очисткой этих отходов. Компании, производящие эти отходы, никогда не будут заинтересованы в упрощении процесса переработки своей продукции. Таким образом, в духе EPR все производители аккумуляторов для электромобилей должны проектировать батареи, которые легко разбираются, и предоставлять своим клиентам техническую информацию об утилизации после окончания срока службы.В свою очередь, производители электромобилей должны либо создать и управлять собственными сетями сбора и переработки батарей, либо передать эту функцию на аутсорсинг третьей стороне. Правительство поможет установить национальные стандарты для оптимизации процесса. На первый взгляд, эта схема кажется довольно хорошей, но у нее есть ряд очевидных недостатков.
Теперь, когда мы знаем историю и политику, мы можем перейти к некоторым техническим деталям переработки батарей электромобилей. Списанные батареи попадают в систему двумя путями: из автомобилей, в которых производится замена батареи, и из автомобилей, срок службы которых подошел к концу. Во втором случае батарея все еще находится внутри автомобиля и извлекается в рамках процесса утилизации. Этот процесс остается очень трудоемким, особенно в Китае. После этого следует этап, называемый предварительной обработкой. Элементы батареи необходимо извлечь из блока и вскрыть, что представляет собой сложную задачу, поскольку стандартной конструкции батарейного блока не существует. Поэтому это приходится делать вручную с использованием специализированных инструментов.
После извлечения батареиг, что происходит неЭто зависит от типа литий-ионного аккумулятора в автомобиле. Начнём с NMC-аккумуляторов, наиболее распространённых в Китае. Четыре компании по переработке NMC-аккумуляторов стремятся перерабатывать активные катодные материалы. Экономический анализ 2019 года показывает, что, несмотря на то, что они составляют всего 4% веса аккумуляторов, на них приходится более 60% общей стоимости утилизации. Технологии переработки NMC-аккумуляторов относительно зрелые. Компания Sony стала пионером в этой области в 1999 году. Существует два основных технологических метода: пирометаллургический и гидрометаллургический. Начнём с пирометаллургического. Пиро означает огонь. Аккумулятор расплавляется в сплав железа, меди, кобальта и никеля.
Полезные вещества затем извлекаются с помощью гидрометаллургических методов. Пиротермические методы приводят к сжиганию электролитов, пластмасс и солей лития. Таким образом, не все можно извлечь. При этом выделяются токсичные газы, которые необходимо перерабатывать, и это довольно энергоемкий процесс, но он получил широкое распространение в промышленности. Гидрометаллургические методы используют водный растворитель для разделения необходимых материалов по содержанию кобальта. Наиболее часто используемые растворители — серная кислота и перекись водорода, но есть и много других. Ни один из этих методов не является идеальным, и необходимы дальнейшие исследования для устранения их технических недостатков. Литий-железо-фосфатные батареи составляют около 30% китайского рынка электромобилей по состоянию на 2019 год. Плотность энергии этих батарей не так высока, как у их аналогов на основе никель-металл-карбоната, но они не содержат таких элементов, как никель и кобальт. Вероятно, они также более безопасны.
Китай также является мировым лидером.Китайская компания, специализирующаяся на науке и коммерциализации литий-железо-фосфата, аккумуляторных технологий и современных амперных технологий, является одним из лидеров производства в этой области. Логично предположить, что промышленность страны также сможет перерабатывать эти элементы. Однако переработка этих элементов оказалась технически сложнее, чем ожидалось. Отчасти это связано с более разнообразным составом материалов, что требует дополнительных дорогостоящих работ по предварительной обработке.а затем экономически выгодный литийЖелезофосфатные батареи не содержат таких ценных металлов, как никель, медь или кобальт, которые содержатся в батареях на основе никель-металлокарбона (NMC). Это привело к дефициту инвестиций в эту нишу. Однако существуют многообещающие гидрометаллургические эксперименты, позволившие извлечь до 85% лития в виде карбоната лития.Предполагается, что это обойдется примерно в 650 долларов.для обработкитонна отработанных литий-железо-фосфатных батарей. Это включает в себя затраты на энергию и материалы, не считая стоимости производства.завод. Потенциальное извлечение и перепродажа лития могли бы помочь сделать переработку более экономически целесообразной, но окончательное решение по этому вопросу еще не принято. Были ли эти методы уже внедрены в коммерческом масштабе? Рамочная программа 2018 года содержит много положений, но оставляет желать лучшего. Как мы все знаем, в жизни не все складывается идеально. Здесь есть несколько пробелов, поэтому давайте немного поговорим о некоторых политических вопросах, которые все еще остаются открытыми. Главная статистическая цель на момент выпуска или показатели извлечения сырья: 98% никеля, кобальта, марганца, 85% самого лития и 97% редкоземельных материалов. Теоретически все это возможно. Например, я только что говорил об извлечении 85% или более лития из литий-железо-фосфатных батарей. Я также упомянул, что достичь этого теоретического максимума будет сложно из-за неэффективности в реальном мире и различий на местах. Помните, что существует множество способов производства аккумуляторных элементов. Упакованы, проданы и использованы. Стандартизации, которую мы видим в случае с цилиндрическими батарейками, продаваемыми в магазинах типа 7-Eleven, здесь нет и близко. В политической структуре отсутствуют конкретные субсидии и национальная поддержка для реализации этого на практике. Ещё одна серьёзная проблема заключается в том, что экономическая политика не предусматривает...Необходимо выделять средства на стимулирование сбора использованных батарей. Существует несколько пилотных программ выкупа, реализуемых муниципалитетами, но ничего подобного на национальном уровне нет. Ситуация может измениться, возможно, за счет сбора или налога, но сейчас частный сектор вынужден финансировать это самостоятельно. Это проблема, поскольку у крупных производителей электромобилей практически нет экономических стимулов для сбора и переработки батарей.
С 2008 по 2015 год стоимость производства и утилизации аккумуляторов для электромобилей снизилась с 1000 долларов США за киловатт-час до 268. Ожидается, что эта тенденция сохранится в ближайшие несколько лет. Снижение цен сделало аккумуляторы еще более доступными, но в то же время снизило стимулы к сбору и переработке этих батарей. А поскольку эти батареи также отличаются друг от друга, масштабирование процессов предварительной обработки и переработки затруднено, поэтому все это превращается в дополнительную нагрузку на производителей, которые и так работают с довольно низкой рентабельностью.
Тем не менее, производители электромобилей по закону имеют первоочередное право на утилизацию и переработку отработанных батарей, и, несмотря на экономическую непривлекательность всего этого предприятия, они усердно сотрудничают с крупными компаниями для создания официальных каналов переработки батарей. Появилось несколько крупных компаний по переработке. Примерами могут служить Tyson Recycling, Zhejiang Huayou Cobalt, Jiangxi Ganfeng Lithium, Hunan Brunp и лидер рынка GEM. Но, несмотря на существование этих лицензированных крупных компаний, большая часть китайского сектора переработки состоит из небольших нелицензированных мастерских. Эти неформальные мастерские не имеют необходимых инструментов или подготовки. В основном они занимаются переработкой отходов.Эти компании занимаются перепродажей катодных материалов в этих батареях, продавая их тому, кто предложит самую высокую цену, а остальное выбрасывают. Очевидно, это представляет собой огромный риск для безопасности и окружающей среды. В результате такого обхода правил и норм эти мастерские могут платить владельцам электромобилей больше за их батареи, и поэтому им отдается предпочтение перед, так сказать, официальными каналами. Таким образом, уровень переработки литий-ионных батарей в Китае в 2015 году оставался довольно низким, составляя около 2%. С тех пор он вырос до 10% в 2019 году. Это, конечно, хорошо, но все еще далеко от идеала. И в рамочном соглашении 2018 года не установлен целевой показатель по сбору батарей. Любопытное упущение. Китай борется с этой проблемой и на другом фронте, связанном с батареями, — с почтенными свинцово-кислотными батареями, этой технологией, которой уже 150 лет.В Китае свинцово-кислотные аккумуляторы очень распространены. Они обеспечивают энергией автомобили и до сих пор очень популярны для электровелосипедов. Это происходит несмотря на недавние правила, поощряющие замену их на литий-ионные. В любом случае, переработка свинцово-кислотных аккумуляторов в Китае значительно отстает от ожиданий и стандартов. В 2017 году было переработано менее 30% из 3,3 миллионов тонн отходов свинцово-кислотных аккумуляторов, образовавшихся в Китае. Причины такого низкого процента переработки очень похожи на ситуацию с литий-ионными аккумуляторами. Неформальные мастерские обходят правила и нормы и, таким образом, могут позволить себе платить гораздо больше за аккумуляторы потребителям. Римляне ясно дали понять, что свинец — не самое экологически чистое вещество. В последние годы в Китае произошло несколько крупных случаев отравления свинцом в результате неправильного обращения с ним. Поэтому правительство недавно пообещало принять меры против этих неформальных мастерских, которых, по оценкам, насчитывается более 200 по всей стране. Цель состоит в том, чтобы попытаться достичь 40% уровня переработки в 2020 году и 70% в 2025 году. Учитывая, что уровень переработки свинцово-кислотных аккумуляторов в Америке составляет 99% как минимум с 2014 года, это не должно быть так уж сложно.
С учетом технических и экологических аспектов.В связи с экономическими трудностями, связанными с переработкой аккумуляторов электромобилей, отрасль задумалась о способах более эффективного использования этих батарей, прежде чем отправить их на покой. Наиболее перспективным вариантом является их повторное использование в проектах по созданию электросетей. В конце концов, эти батареи сохраняют 80% своей емкости и могут прослужить много лет, прежде чем окончательно выйдут из строя. Соединенные Штаты лидируют в этом направлении, экспериментируя с использованными автомобильными батареями для стационарных проектов хранения энергии с 2002 года. Но Китай также реализовал несколько интересных демонстрационных проектов. Один из самых долго работающих — проект ветровой и солнечной энергетики в Чжанбэй, провинция Хэбэй. Проект стоимостью 1,3 миллиарда долларов, являющийся результатом совместных усилий китайского государственного предприятия State Grid и производителя аккумуляторов для электромобилей BYD, продемонстрировал возможность использования батарей электромобилей, бывших в употреблении, для поддержки и управления электросетью. В последние годы в Пекине и Цзянсу появилось больше проектов по переработке батарей электромобилей, которые продолжают приносить пользу. Правительство уделяет этому много внимания, но я думаю, что в конечном итоге это скорее откладывает решение проблемы переработки, чем решает её. Потому что неизбежный конец каждой батареи — это либо переработка, либо отправка на свалку. Китайское правительство проделало замечательную работу по содействию созданию этой процветающей экосистемы. Страна является бесспорным лидером в определенных аспектах аккумуляторных технологий, и несколько гигантов V-серии базируются именно там. У них есть шанс действительно переломить ситуацию с выбросами автомобильного транспорта. Так что в каком-то смысле проблема переработки — это приятная проблема. Это признак успеха Китая. Но проблема все еще существует, и отрасль медлит с созданием надлежащих сетей переработки, правил и технологий.
Правительство Китая может обратиться к политике Соединенных Штатов за некоторыми ориентирами и стимулами для внедрения надлежащих привычек потребителей в области переработки отходов. Необходимо выделять субсидии предприятиям, работающим в сфере предварительной обработки и технологий переработки, а не только в обрабатывающей промышленности. В противном случае, энергопотребление и ущерб окружающей среде, связанные с утилизацией батарей, перевесят любые выгоды от перехода на электромобили.
Дата публикации: 01.08.2023