Reciclarea bateriilor litiu-ion ia avant, datorita unor companii precum Redwood Materials si ar putea contribui la tranzitia catre energia regenerabila.
Pentru Redwood Materials, randurile de cutii de carton din parcarea pietruita reprezinta atat trecutul, cat si viitorul vehiculelor electrice. Spatiul de depozitare improvizat se intinde pe o suprafata de peste 40.000 de metri patrati, in noua locatie de reciclare a bateriilor Redwood, situata chiar in afara Reno, Nevada. Majoritatea cutiilor au dimensiunea aproximativa a unei masini de spalat si sunt ambalate in plastic alb. Insa unele dintre ele zac deschise, dezvaluindu-si continutul: tastaturi wireless, jucarii aruncate, bucati de baterii Honda Civic uzate.
Departe de a fi simple gunoaie, materia prima din aceste baterii aruncate reprezinta un adevarat trofeu – metalele sunt ingrediente valoroase ce ar putea fi esentiale pentru satisfacerea cererii explozive de vehicule electrice.
Redwood Materials este una dintre tot mai multele companii de reciclare ce lucreaza pentru a oferi o alternativa la gropile de gunoi pentru bateriile litiu-ion uzate ale articolelor electronice si vehiculelor electrice.
Compania si-a anuntat la jumatatea anului 2022 planurile referitoare la aceasta fabrica in valoare de 3,5 miliarde de dolari din Reno. Se estimeaza ca instalatia va produce material pentru 1 milion de baterii litiu-ion pentru vehicule electrice pana in 2025, urmand ca pana in 2030 sa ajunga pana la 5 milioane. Redwood are in plan sa demareze in 2023 constructia unei instalatii suplimentare in estul Statelor Unite.
In acelasi timp, compania canadiana Li-Cycle opereaza in prezent patru unitati comerciale care pot recicla impreuna anual aproximativ 30.000 de tone metrice de baterii, iar alte trei locatii sunt in plan. Alte startup-uri din SUA – asa cum este American Battery Technology Company – au anuntat, de asemenea, teste comerciale mari, alaturandu-se unei piete de reciclare consacrate in China si Europa.
Desi aceste proiecte noi de reciclare sunt mai bune pentru mediu decat ingroparea metalelor in gropile de gunoi, ele sunt si stimulate de o piata a vehiculelor electrice aflata in plina expansiune.
Adoptia vehiculelor electrice explodeaza in SUA si in intreaga lume, aducand cu sine si o cerere mai mare de metale care intra in compozitia bateriilor pentru acestea, in special litiu, nichel si cobalt. Este de asteptat ca pana in 2030 vehiculele electrice sa reprezinte 30% din vanzarile de vehicule noi. Aprovizionarea tuturor acestor masini cu baterii va necesita mult mai multe metale decat sunt disponibile in prezent.
Pana in 2035 ar putea fi nevoie de peste 200 de mine noi, pentru a furniza suficient material doar pentru cobaltul, litiul si nichelul necesar pentru bateriile destinate vehiculelor electrice. Productia de litiu va trebui sa creasca de 20 de ori pentru a satisface cererea de vehicule electrice pana in 2050.
Iar in acest context, reciclarea ar putea reprezenta o noua sursa majora de materii prime. La nivel global, in 2021 au existat peste 600.000 de tone metrice de baterii litiu-ion reciclabile si deseuri de fabricatie. Aceasta cifra ar urma sa depaseasca 1,6 milioane de tone metrice pana in 2030, potrivit companiei de consultanta Circular Energy Storage iar dupa acest prag ar putea decola complet, odata ce prima generatie de vehicule electrice se va indrepta catre cimitirele de masini.
Noile evolutii din procesul de reciclare a bateriilor litiu-ion transforma industria, permitand reciclatorilor sa separe si sa recupereze o cantitate suficienta din aceste metale valoroase pentru a face acest proces mai economic. Doar reciclarea nu poate rezolva lipsa de materiale, pentru ca cererea de metale depaseste cantitatea existenta in bateriile folosite astazi. Dar datorita acestor evolutii, ar putea reprezenta o parte semnificativa a ofertei in urmatoarele decenii.
In septembrie, Redwood se pregatea sa isi expedieze primul produs, un mic esantion de folie de cupru folosita in anozii bateriei. Folia era trimisa producatorului de baterii Panasonic spre folosire la Gigafabrica Nevada, care produce celule de baterii pentru vehicule Tesla, la mai putin de 8 km distanta.
Astazi, pe drumul catre fabrica Redwood, se pot vedea buruienile intrand pe autostrada, iar unii dintre caii salbatici din zona trandavind pe o colina si chiar un coiot tarandu-se prin parcare.
Dar pe drumul neasfaltat de la locatie, vibe-ul de Old West dispare rapid, inlocuit de un simt al urgentei pe care il emana aproape toata lumea de acolo. Cateva cladiri masive se afla in constructie, iar inginerii si angajatii din constructii in veste de siguranta si casti dure se grabesc in toate directiile, printre containere temporare ce servesc drept birouri, laboratoare si sali de sedinte improvizate.
Cand constructia va fi finalizata, locatia Redwood va produce doua produse majore: folie de cupru pentru anozi si un mix de litiu, nichel si cobalt cunoscut drept material activ in catod. Aceste componente reprezinta peste jumatate din costul celulelor pentru baterii. Pana in 2025, Redwood prognozeaza ca va produce suficient din acestea incat sa faca baterii pentru un numar de peste un milion de vehicule electrice in fiecare an.
La poalele dealului, constructia pentru productia de folii de cupru era cea mai avansata, avand deja acoperis si pereti si chiar un dispozitiv pentru producerea foliei, ascuns intr-un colt. Dar celelalte doua cladiri majore inca par a fi departe de finalizare – una dintre ele nu are pereti, iar cealalta este doar in stadiul de fundatie.
Un sentiment de paranoia
Redwood Materials a fost infiintat de JB Straubel, care in calitatea sa de director tehnic la inceputul anilor 2010 a coordonat multe dintre evolutiile companiei in materie de baterii, inclusiv inceputurile retelei sale de statii de incarcare.
Insa chiar in perioada in care Tesla transforma modul in care erau produse si vandute masinile electrice, Straubel era ingrijorat de cat de coplesitoare va deveni nevoia obtinerii mai multor materiale pentru baterii. El a inceput sa se gandeasca la modalitati de a reduce costul bateriilor si de a contribui la reducerea emisiilor de carbon asociate cu fabricarea acestora.
Straubel a demarat Redwood in timp ce inca lucra la Tesla, de unde a plecat in 2019. El si-a dorit sa creeze o companie sustenabila de materiale pentru baterii, iar in prezent vorbeste despre misiunea sa sufocat de o emotie cuplata cu precizia unui inginer, facand uneori o pauza in mijlocul unui gand pentru a o lua de la capat si a-si explica viziunea legata de viitorul productiei de baterii.
„Pur si simplu nu poate functiona decat daca exista o bucla inchisa pentru materiile prime”, spune el. „Nu exista suficiente materii prime noi pentru a continua sa le construim si sa le aruncam” adauga el.
Crearea unei bucle inchise de materiale, in care bateriile vechi devin materie prima pentru altele noi, pare o idee evidenta, insa punerea acestei idei in aplicare nu este deloc simpla. „Nu este doar o problema de sortare sau de gestionare a gunoiului”, spune Straubel.
Separarea chimica a metalelor cruciale din structura bateriilor este o sarcina complicata. Laboratoarele, startup-urile si companiile consacrate deopotriva cauta toate procesul ideal pentru a recupera cele mai mari cantitati posibile de materiale valoroase in cea mai pura forma posibila.
Detaliile referitoare la modul in care Redwood rezolva aceasta problema sunt bine secretizate, fiind practic ingredientul secret al companiei. Insa si procesul sau este in principiu un proiect in derulare, iar urgenta de a-l descoperi este evidenta.
„Am acest sentiment de paranoia si urgenta si aproape panica, ce nu este deloc util. El provine de fapt dintr-o senzatie profunda ca nu cred ca asimilam in mod corespunzator cat de grave vor fi schimbarile climatice”, spune Straubel. “In general nu cred ca facem lucrurile destul de repede. Cred ca nimeni nu face asta” conchide el.
Rolul reciclarii
Majoritatea instalatiilor de reciclare pentru bateriile litiu-ion folosesc o serie de procese chimice numite hidrometalurgie, in care materialele din baterii sunt dizolvate si separate cu ajutorul unei game de acizi si solventi. Pe langa nichel, cobalt si alte materiale precum grafitul si cuprul, evolutiile recente au permis hidrometalurgiei sa recupereze si litiul in doze mari.
Dupa procesarea suplimentara, materialele recuperate pot fi apoi utilizate in produse noi. In timp ce unele materiale, cum ar fi plasticul, se pot degrada in timp din cauza reciclarii, cercetatorii au descoperit ca metalele recuperate din baterii functioneaza la fel de bine pentru incarcare si stocarea energiei ca si cele extrase prin minerit.
Multe baterii ce ajung la Redwood trebuie dezasamblate manual inainte de procesare. Acesta este si cazul bateriilor care vin in pachete de baterii EV complete, care au dimensiunea unei saltele si sunt prea mari pentru echipamentele Redwood, precum si cazul bateriilor inca atasate la produsele pe care le-au alimentat, asa cum sunt laptopurile sau instrumentele electrice. Toate aceste tipuri de baterii contin in general litiu, nichel si cobalt, desi cantitatile relative variaza; bateriile din dispozitivele electronice de larg consum, de exemplu, au in general mai mult cobalt decat cele din vehiculele electrice.
Dezasamblarea manuala nu va fi ideala odata ce compania va incepe sa preia mai multe materiale, spune Andy Hamilton, vicepresedinte pentru productie la Redwood. In cele din urma, Redwood spera sa automatizeze mai mult acest proces de sortare, desi construirea de sisteme automate care sa poata face fata varietatii de baterii pe care compania le preia va fi probabil o provocare.
Dupa sortare si dezasamblare, bateriile care inca mai incarca pot fi asezate pe o banda si apoi transportate intr-una dintre cele patru camere masive pentru un proces numit calcinare, in care bateriile sunt procesate la temperaturi ridicate pentru a le descarca si a elimina solventii.
Materialul este apoi zdrobit pana devine pulbere, urmand ca apoi sa intre in procesul hidrometalurgic pentru a separa elementele individuale.
In ciuda procesului tehnic recent, reciclarea nu va raspunde prea curand cererii de materiale pentru baterii, spune Alissa Kendall, cercetator in sisteme energetice la Universitatea din California, Davis. Pentru ca cererea inca mai creste exponential, bateriile reciclate vor reprezenta in cel mai bun caz aproximativ jumatate din resursele de nichel si litiu pana in 2050.
Insa odata cu evolutia compozitiei chimice a bateriilor, acest procent s-ar putea schimba, asa cum se intampla deja in cazul cobaltului. Bateriile din vehiculele electrice contin astazi mai putin cobalt decat inainte, iar producatorii de celule gasesc in mod continuu modalitati de a folosi si mai putin din acest metal scump. Ca rezultat, cobaltul reciclat ar putea reprezenta 85% din resursa necesara pana in 2040, spune Kendall.
Chiar daca reciclarea nu poate inlocui pe deplin extractia, faptul ca nu va mai fi nevoie de un numar mai mare de mine ar putea diminua povara sociala si de mediu a productiei de baterii noi. Multe metale pentru baterii sunt extrase din Africa, Asia si America Centrala si de Sud. Mineritul in aceste regiuni este adesea asociat cu incalcari ale drepturilor omului, inclusiv munca silita si exploatarea copiilor, ca si cu o poluare semnificativa a aerului si a apei, potrivit Agentiei Internationale pentru Energie.
In asteptarea tsunami-ului bateriilor
Unele voci din industria de reciclare a bateriilor sustin ca acest domeniu nu va avea nevoie de mult sprijin politic, dat fiind ca materialele din baterii vor fi suficient de valoroase incat reciclarea lor sa fie justificata. Insa miscarile politice recente din SUA le-ar putea oferi reciclatorilor precum Redwood un stimulent suplimentar.
Dat fiind ca fabrica de productie Redwood se afla in SUA, compania ar putea fi eligibila pentru credite fiscale pentru productie conform recent adoptatei Legi privind Reducerea Inflatiei. IRA (Legea Reducerii Inflatiei) va stimula, de asemenea, cererea de materii prime de la nume precum Redwood. Pentru ca masinile sa se califice pentru creditele fiscale in valoare de 7.500 de dolari, producatorii auto vor trebui sa-si obtina materialele si sa-si produca bateriile in Statele Unite sau cu parteneri de liber schimb.
Criticii au avertizat ca industria ar putea sa nu fie capabila sa respecte calendarul pentru aceste credite fiscale pentru EV, mai ales pentru aprovizionarea cu materiale, deoarece poate dura pana la un deceniu pentru a construi mine noi. O instalatie de reciclare, pe de alta parte, ar putea fi construita mai rapid, iar unele voci spun ca reciclarea este o cale posibila pentru producatorii de baterii si de masini care spera sa se califice pentru credite.
Alte guverne iau in considerare reglementari suplimentare pentru a stimula reciclarea bateriilor. In Europa, legislatia propusa recent include prevederi precum obligarea producatorilor initiali de baterii sa fie responsabili pentru aceasta la sfarsitul ciclului de viata. UE a luat in considerare, de asemenea, sa impuna ca bateriile noi sa aiba un anumit procent de continut reciclat.
Chiar si asa, ar putea exista o lipsa pe termen scurt de baterii pentru reciclare. Valul de baterii vechi de EV asteptat in urmatoarele decenii este deocamdata doar un mic parau, pentru ca numarul de vehicule electrice care ies de pe sosele este redus.
Aproape jumatate din ceea ce primeste Redwood astazi nu a fost niciodata folosit intr-un produs. Vorbim despre materiale incepand de la baterii asamblate si incarcate care nu au trecut testele de calitate pana la resturile dintr-o foaie de metal din care au fost decupate piesele dorite. In fiecare zi la unitatile Redwood ajung doua semiremorci cu deseuri de fabricatie provenite de la Gigafabrica Tesla/Panasonic.
Redwood a facut, de asemenea, ceea ce Straubel numeste o alegere “pragmatica” incluzand metale proaspat extrase in produsele sale deocamdata. Nichelul si litiul din primul sau lot de material activ in catod va fi de numai aproximativ 30% din sursele reciclate – restul va proveni din minerit.
Obiectivul este acela de a fi pregatiti pentru momentul cand va sosi acel “tsunami de baterii” spune Straubel, iar asta inseamna optimizarea procesului de reciclare acum.
Drumul inainte
In timp ce la santierul mai mare constructia continua, la sediul Redwood din Carson City oamenii de stiinta inca experimenteaza cu procesul de hidrometalurgie.
Cercetatorii lucreaza la folosirea chimiei pentru a recupera metalele din materialele bateriilor cu litiu-ion inca de la sfarsitul anilor 1990. Companiile din China s-au miscat cel mai repede, construind o retea extinsa de centre de reciclare cu sprijin guvernamental.
Insa proiectarea unui sistem care poate recupera niveluri ridicate din cele mai scumpe metale din compozitia bateriilor nu a fost usoara. Litiul s-a dovedit in mod special dificil. Straubel spune ca dintre cele patru metale pe care Redwood se concentreaza cel mai mult, pot ajunge la o recuperare de aproape 100% a cobaltului, cuprului si nichelului. Pentru litiu, procentul este de aproximativ 80%.
Dar trecerea de la laborator la conditiile din lumea reala poate face lucrurile si mai complicate.
Spatiul dedicat laboratorului pilot din Carson City seamana cu o linie de productie de bere artizanala, cu echipamente din otel inoxidabil distribuite intr-o incapere foarte mare. Cercetatorii sunt inghesuiti in jurul unui computer si al unuia dintre rezervoarele mari metalice.
Mary Lou Lindstrom, directorul pentru hidrometalurgie la Redwood, a explicat ca lucreaza pentru productia de materie prima pentru primul lot de folie de cupru comerciala; productia va incepe in saptamanile urmatoare. Livrarea la Panasonic era programata pentru luna decembrie.
Inca exista totusi un aspect tehnic ce sta in calea viziunii lui Straubel pentru un ecosistem de baterii in bucla inchisa. Pana acum, cuprul pe care il folosea Redwood pentru a produce folia provenea din resturi industriale de cupru, nu de la baterii. Compania spera sa foloseasca cel putin o parte din materialele provenite de la baterii pentru a produce folia de cupru care va fi livrata in final catre Panasonic pentru a fi utilizata pentru celule noi. Dar deseurile industriale de cupru sunt un material mai previzibil cu care se poate lucra.
Aceasta tranzitie vorbeste despre o potentiala provocare majora pentru reciclatorii de baterii care vor merge mai departe: acestia vor trebui sa faca fata inputurilor imprevizibile, creand in acelasi timp produse previzibile, de inalta calitate. Daca reciclatorii de baterii concureaza pentru materiale, aceasta provocare va fi amplificata, pentru ca startup-urile ar putea fi nevoite sa accepte materiale mai putin ideale pentru a supravietui.
Deocamdata, Redwood isi poate completa procesele cu resturi de productie, cu care este in general mai usor de lucrat, precum si cu material extras. Dar pe masura ce volumul de baterii vechi creste, iar resursele de litiu extras se subtiaza, provocarile pentru reciclatori vor creste si ele.
„Din ce in ce mai mult solutia pentru unele dintre aceste probleme de sustenabilitate este electrificarea si adaugarea de baterii” spune Straubel, care adauga ca si-a petrecut cea mai mare parte a carierei promovand aceasta idee si contribuind la accelerarea sa. “In acelasi timp, este o cantitate fenomenala de baterii” spune el.
Vehiculele electrice si alte optiuni de transport electrificat devin o alegere practica. Este deja mai ieftin in multe parti ale lumii sa detii si sa conduci un vehicul electric decat o masina conventionala. Iar asta este o veste buna pentru clima: in cele mai multe cazuri, vehiculele electrice vor produce mai putine emisii de gaze cu efect de sera de-a lungul vietii decat vehiculele pe gaz.
Reciclarea practica si economica a bateriilor este esentiala pentru indeplinirea promisiunii vehiculelor electrice. Desi valul de baterii uzate poate fi lent de construit, industria de reciclare se pregateste acum pentru ceea ce urmeaza, pentru ca executarea acestei noi viziuni va necesita decenii de progres constant si de inovatie. Iar parcarea plina de baterii uzate de la Redwood este doar inceputul.
