Thử thách tái chế pin Li-ion

Điều gì xảy ra với ắc quy xe nâng đã qua sử dụng?

Khó khăn trong việc tái chế pin lithium-ion (Li-ion) đôi khi được đưa ra như một sự phản đối đối với những loại pin này, nhưng liệu điều đó có khiến bạn ngừng mua? Để được tư vấn về vấn đề này, Mark Nicholson chuyển sang một số công ty xử lý các giai đoạn khác nhau của vòng đời pin.

Viết cho Eureka, tạp chí trực tuyến dành cho các chuyên gia xử lý vật liệu, Mark thảo luận về những thách thức xung quanh việc lưu trữ, thu gom và vận chuyển pin Li-ion hết hạn sử dụng với một công ty tham gia nhiều vào các hoạt động đó, nói chuyện với một doanh nghiệp tái chế lớn của Châu Âu về quy trình thu hồi vật liệu từ các tế bào Li-ion và tìm hiểu cách một nhà sản xuất pin Li-ion đang thiết kế thêm độ an toàn và khả năng tái chế vào các sản phẩm của mình.

Không cần phải lo lắng
Tập đoàn ECOBAT Technologies toàn cầu, ngoài những thứ khác, là nhà sản xuất chì lớn nhất thế giới và là nhà phân phối chính của axit-chì, Li-ion và các loại pin khác.
Tom Seward là Giám đốc Thương mại Vương quốc Anh cho bộ phận ECOBAT Logistics, có dịch vụ OneCallCollection (OCC) trên toàn châu Âu xử lý pin thải của tất cả các nhà máy hóa chất. Anh ấy nói:

“Là một nhóm, chúng tôi không có sự thiên vị khi quảng bá các công nghệ pin khác nhau, Li-ion và axit-chì đều có vị trí của chúng, và điều quan trọng là chọn đúng cho từng ứng dụng cụ thể. Khi đưa ra quyết định đó, bạn không cần phải lo lắng về khả năng tái chế ”.

Ông giải thích: “Chỉ thị về Pin của Liên minh Châu Âu yêu cầu tất cả các loại pin cuối cùng phải được tái chế. Hơn nữa, nó đặt ra trách nhiệm đối với nhà sản xuất pin để đảm bảo điều này xảy ra. Trong trường hợp sử dụng pin Li-ion đã qua sử dụng, người dùng có thể phải trả phí hậu cần cho việc thu gom pin, nhưng luật pháp dựa trên trách nhiệm tái chế của nhà sản xuất. “

“Mặc dù hiện tại vẫn còn tồn đọng pin Li-ion thải chờ tái chế, nhưng đây là tình trạng tạm thời mà thị trường sẽ khắc phục. Khi nhu cầu tái chế pin Lithium-ion ngày càng tăng, số lượng và công suất của các nhà tái chế sẽ tiếp tục phát triển để đáp ứng. “

Nóng để xử lý
Ắc quy ô tô chiếm một phần quan trọng trong khối lượng công việc của OCC nhưng ắc quy xe nâng cũng là một nguồn quan trọng. Ngoài ra, pin di động được thu thập từ hội đồng địa phương và các điểm tái chế tại cửa hàng. Mặc dù sự gia tăng nhanh chóng trong việc sử dụng pin Li-ion, Tom lưu ý rằng khối lượng của nó vẫn còn khá nhỏ trong thị trường xe nâng.

Đối với pin Li-ion xe nâng đã qua sử dụng, việc bảo quản, thu gom và vận chuyển cần phải có sự suy nghĩ cẩn thận. Mặc dù pin Li-ion an toàn khi được sử dụng, xử lý và thải bỏ đúng cách, Tom cảnh báo rằng các vấn đề an toàn của chúng không phải lúc nào cũng được hiểu rõ.

“Bạn sẽ không đặt ngọn lửa trần bên cạnh lỗ nạp nhiên liệu của xe nâng động cơ diesel và đối với xe nâng chạy bằng pin cũng có những quy tắc cơ bản tương tự. Quan trọng là, có những điều bạn có thể làm với pin axit-chì sẽ không an toàn với Li-ion ”.

Tương tự, có những nguy hiểm liên quan đến axit-chì mà Li-ion tránh.

Ông tiếp tục: “Rủi ro với Li-ion là sự chạy trốn nhiệt, khi hệ thống quản lý pin mất kiểm soát và một phản ứng dây chuyền nhanh đột ngột tạo ra một lượng nhiệt lớn có thể dẫn đến hỏa hoạn. Nguyên nhân có thể là do xả hết, sạc quá mức, làm thủng hoặc làm hỏng pin hoặc do lỗi trong quá trình sản xuất.

“Nguy cơ tiềm ẩn này vẫn còn khi pin Li-ion bị loại bỏ, đặc biệt là nếu nó bị hỏng hoặc trong tình trạng kém. Do tính chất dễ bay hơi và có khả năng tự đốt cháy, pin Li-ion thải được xếp vào hàng nguy hiểm theo quy định của Châu Âu ADR (Accord Dangereux Routier) ”.

Dịch vụ OCC của ECOBAT Logistics bắt đầu với sự tư vấn và hỗ trợ về những vấn đề này, bao gồm đánh giá tại chỗ về các điều kiện bảo quản và đề xuất cải tiến nếu cần. Để lưu trữ và vận chuyển pin Li-ion, nó cung cấp các thùng chứa đặc biệt có hệ thống đóng gói có thiết kế ngăn cháy. Pin được kiểm tra trước khi được vận chuyển trên xe tuân thủ ADR đến một trong các địa điểm thu gom của OCC. Ở đó, chúng được phân loại theo loại và được lưu trữ an toàn cho đến khi có số lượng tối ưu sẵn sàng để chuyển đến nhà máy tái chế.

Tháo rời pin

Pin axít chì được xem là loại pin dễ tái chế hơn Li-ion. Tom nói: “Chúng có ít thành phần hơn và cấu trúc tương đối tiêu chuẩn hóa, dễ tháo rời. “Có thể tái chế tới 96% vật liệu của chúng – bao gồm gần như toàn bộ chì. Chẳng hạn, đó là tỷ lệ thu hồi tốt hơn so với tái chế giấy và thủy tinh ”.

Vỏ pin axit chì có thể được tái chế thành các sản phẩm polypropylene mới, trong khi chất điện phân axit sulfuric được chuyển hóa thành thạch cao (canxi sunphat dihydrat) được sử dụng làm chất điều hòa đất và trong các vật liệu xây dựng dựa trên thạch cao. Chỉ riêng phần chì đã mang lại cho những viên pin này một giá trị tích cực, nhiều hơn là chi phí cho việc tái chế chúng. Ngược lại, chi phí tái chế pin Li-ion thường lớn hơn giá trị vật liệu thu hồi được.
Vì vậy, bạn có thể tái chế pin lithium-ion? Sự phức tạp và đa dạng của các thiết kế và cấu trúc pin Li-ion có nghĩa là việc tái chế không phải lúc nào cũng đơn giản. Ngoài ra, các phương pháp liên kết được sử dụng để giữ một số chúng lại với nhau gây khó khăn cho việc tháo rời. Tuy nhiên, như chúng ta sẽ thấy ở phần sau, có thể thiết kế pin Li-ion dễ dàng tách rời, tái sử dụng thành phần và có thể tái chế vật liệu.

Quy trình tái chế pin Lithium-ion

Nickelhütte Aue GmbH (NHA), có trụ sở tại Đức, là một trong những nhà tái chế lớn nhất ở Châu Âu. Nó nhận được ắc quy xe điện từ tất cả các công ty ô tô lớn, cùng với số lượng ắc quy xe nâng ngày càng tăng từ ngành công nghiệp xe nâng.

Patrick Renner, Giám đốc khu vực Bắc và Tây Âu của NHA cho biết: “Chúng tôi có gần 400 năm kinh nghiệm với tư cách là công ty tái chế và công trình luyện kim nung chảy.

“Chúng tôi là chuyên gia toàn cầu trong việc tái chế các vật liệu phế thải có chứa niken, đồng, coban, vanadi, molypden và vonfram. Chúng đến với chúng tôi dưới dạng chất xúc tác và bùn thải từ các ngành công nghiệp hóa chất, hóa dầu và mạ điện, và là sản phẩm đầu ra có thể tái chế của quá trình hydro hóa dầu, chất béo và các chất khác. Chúng tôi đã thu hồi kim loại từ pin Li-ion từ năm 2011. ”

Con số cả năm mới nhất (2019) về hiệu suất tái chế pin Li-ion tổng thể tại NHA là 74,5%. Cần lưu ý rằng đây là mức trung bình và một số pin Li-ion mang lại tỷ lệ thu hồi cao hơn. Patrick cho biết: “Các kim loại có thể tái sử dụng chính được khai thác là niken, coban, đồng, nhôm và sắt. “Những thứ này có mặt với số lượng thấp, vì vậy để trang trải chi phí, chúng tôi phải tính phí tái chế cho các nhà sản xuất pin. Hiện tại, việc thu hồi lithium không mang tính kinh tế – nhưng cần lưu ý rằng điều này chỉ chiếm khoảng 2% trọng lượng của pin. Chúng tôi đã tăng công suất của mình trong những năm qua để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về tái chế pin Li-ion và chúng tôi đã chuẩn bị cho sự gia tăng nhu cầu trong tương lai. ”
Quy trình tái chế pin Lithium-ion của NHA dựa trên quá trình xử lý luyện kim, sau đó là bước luyện kim thủy lực. Trong xử lý luyện kim, diễn ra trong lõi của nhà máy, nguyên liệu được nấu chảy trong lò nhiệt độ cao. Điều này dẫn đến một sản phẩm trung gian chứa các kim loại đậm đặc. Trong bước luyện kim thủy lực, sản phẩm trung gian được lọc dưới áp suất để tạo ra niken sunfat, đồng sunphat và coban sulphat bằng phương pháp chiết xuất dung môi.

Patrick cho biết thêm: “Với mục đích đảm bảo không còn hợp chất thải nào ở cuối quá trình tái chế của chúng tôi, chúng tôi sử dụng nhiệt từ khí thải để tạo ra hơi nước và năng lượng điện cho các hoạt động của mình. “Nickelhütte Aue luôn tìm kiếm những cải tiến để đáp ứng những thách thức của thị trường. Sự phát triển thân thiện với môi trường gần đây nhất của chúng tôi là một đầu đốt đặc biệt sử dụng nhiên liệu tái tạo như chất thải nhiệt lượng cao từ sản xuất dầu thực vật. ”

Những tiến bộ trong an toàn

Triathlon Battery Solutions là nhà phát triển và sản xuất pin chì-axit và Li-ion hàng đầu thế giới, vì vậy một lần nữa chúng ta có thể mong đợi một cái nhìn không thiên vị. Thành công của Triathlon trong việc giải quyết các vấn đề vận chuyển an toàn và khả năng tái chế phần lớn nhờ vào cách tiếp cận mô-đun đối với thiết kế, bảo trì và tái chế pin Li-ion.

Ralf Kölzer, Giám đốc Tài khoản Chính tại Triathlon Batterien GmbH ở Đức, vạch ra các nguyên tắc liên quan.

“Chúng tôi chế tạo pin bên trong một ‘khay’ kim loại dày, chắc chắn. Cấu trúc hộp này chứa và bảo vệ các mô-đun năng lượng và các thành phần khác. Mỗi mô-đun, chứa các tế bào Li-ion, được bao bọc bởi một lớp vỏ bảo vệ chắc chắn được làm từ nhôm. Các tế bào của chúng tôi đã được đánh giá chuẩn bởi ngành công nghiệp ô tô, khiến chúng phải trải qua quá trình kiểm tra nghiêm ngặt và rất tốn kém để mang lại niềm tin về độ tin cậy và an toàn của chúng. Chúng tôi đóng gói chặt chẽ các mô-đun vào khay, cùng với trọng lượng bổ sung và cố định mọi thứ vào vị trí để tránh xê dịch trong quá trình vận chuyển hoặc sử dụng. Với kết cấu ổn định và được bọc thép như vậy, các rủi ro liên quan đến thiệt hại là rất ít ”.

Đối với xe nâng, Triathlon sản xuất các mô-đun ở các kích cỡ 24, 36 và 40V. Các mô-đun có thể được kết hợp trong một khay để tạo ra ắc quy xe nâng lớn hơn, lên đến 80V. Trong trường hợp xảy ra lỗi, mô-đun riêng lẻ bị ảnh hưởng có thể được trao đổi trong quốc gia của người dùng. Điều này làm giảm nhu cầu di chuyển quốc tế của ắc quy xe nâng, cùng với các biện pháp phòng ngừa bổ sung mà việc vận chuyển như vậy có thể yêu cầu.

Ralf nhấn mạnh rằng một mô-đun không hoạt động không nhất thiết phải là một mô-đun nguy hiểm. “Ví dụ, một cảm biến bị nứt hoặc một kết nối bị hỏng sẽ không gây nguy hiểm. Bộ điều khiển trung tâm (CCU) của pin Triathlon, có thể truy cập dữ liệu từ xa, có thể xác định nhiều lỗi khác nhau. Trừ khi mô-đun bị thủng, bị móp hoặc bị hư hỏng nghiêm trọng theo một số cách khác, các tiêu chuẩn vận tải của Liên hợp quốc UN 38.3 không phân loại nó là nguy hiểm. Chúng tôi luôn sử dụng bao bì tuân thủ ADR để vận chuyển các mô-đun của mình. Cụ thể hơn, chúng tôi tuân theo hướng dẫn ADR P903 đối với tất cả các cell và pin và P911 đối với các cell và pin Li-ion bị hỏng hoặc bị lỗi – chỉ được vận chuyển bởi một bên được ủy quyền. ”

Những tiến bộ trong khả năng tái chế

Nếu một module bị lỗi có thể được sửa chữa, nó sẽ được trả lại cho khách hàng. Cấu hình mô-đun của pin Triathlon cũng cung cấp phạm vi thích ứng với những thay đổi trong đội xe của khách hàng.

“Nếu khách hàng mua một thế hệ xe nâng mới yêu cầu kích thước và hình dạng khay khác hoặc dung lượng pin khác, chúng tôi có thể sắp xếp lại các mô-đun hiện có để đáp ứng những nhu cầu đó”

Ralf nói.

Sau thời gian sử dụng lâu dài trong việc xử lý vật liệu, các mô-đun Li-ion của Triathlon có thể tiếp tục sử dụng đời thứ hai hoặc thứ ba trong một ngành công nghiệp khác. Công ty rất muốn lấy lại pin sau mỗi đời để các linh kiện có thể được sử dụng lại.
Pin Li-ion lớn cung cấp phạm vi tuyệt vời để trì hoãn việc tái chế – và chiết xuất thêm lợi ích từ các nguồn tài nguyên đã được xây dựng – bằng cách tìm ra các mục đích sử dụng thay thế. Khi pin già đi, khả năng giữ điện của nó sẽ giảm. Khi nó không còn đủ năng lượng để xe nâng hoặc ô tô hoạt động hiệu quả, nó phải được thay thế. Tuy nhiên, nó có thể vẫn có đủ dung lượng cho một số chức năng khác. Tích trữ năng lượng trong lưới điện là một điều hiển nhiên. Các ngân hàng pin tuổi thọ thứ hai hoặc thứ ba có thể lưu trữ điện trong thời gian phát điện cao điểm – bằng các nguồn tái tạo cũng như thông thường – và sau đó phát hành nó sau đó để lấp đầy khoảng trống trong nguồn cung.

“Các mô-đun Li-ion của Triathlon không được tái chế cho đến khi chúng được sử dụng hết,” Ralf xác nhận. “Khi đến thời điểm đó, chúng tôi sẽ lấy chúng ra khỏi pin và gửi chúng đi tái chế. Phần còn lại của các thành phần của pin có thể được sử dụng lại – bao gồm khay, quả nặng và các vật dụng điện. Chúng rất dễ tháo rời, vì pin của chúng tôi không được dán hoặc hàn với nhau. Điều quan trọng cần lưu ý là các tế bào Li-ion chỉ chiếm 20% hoặc ít hơn trọng lượng pin, vì vậy ít nhất 80% vật liệu của pin được tái sử dụng. Tỷ lệ tái chế của chúng tôi đối với hàm lượng tế bào tương đối nhỏ là khoảng 86% và đang tăng lên ”.

Chì so với lithium

Vì vậy, tất cả những điều này dẫn đến cuộc tranh luận axit-chì và ion Li-ion ở đâu? “Chì không chết,” Tom Seward của ECOBAT nhấn mạnh.

“Ắc quy axit-chì có nhiều ưu điểm quan trọng và trong hầu hết các trường hợp, chúng vẫn là sự lựa chọn chủ yếu của người sử dụng xe nâng. Mặc dù vậy, trong ứng dụng phù hợp, Li-ion có rất nhiều thứ để cung cấp. Có nhiều yếu tố cần cân nhắc khi lựa chọn pin xe nâng, bao gồm cả chi phí ban đầu của Li-ion cao hơn nhiều, nhưng khả năng tái chế không phải là điều phản đối ”.

Ralf Kölzer của Ba môn phối hợp đồng ý:

“Chúng tôi rất vui khi sản xuất và bán axit-chì cũng như pin Li-ion. Đối với khách hàng, đó là một quyết định phức tạp. Để ủng hộ Li-ion, tôi đặc biệt nhấn mạnh đến tuổi thọ rất dài. Li-ion cũng giảm thiểu nhu cầu trao đổi và bảo dưỡng pin, trong trường hợp axit-chì có thể tạo ra khả năng xử lý sai, sử dụng sai và các nguy hiểm liên quan. Đồng thời, chúng ta có thể thấy những lý do chính đáng để chọn axit-chì. Chúng tôi khuyến khích người mua không coi việc tái chế hoặc an toàn vận chuyển là các vấn đề đối với công nghệ pin. Thay vào đó, họ nên nghiên cứu sâu mọi vấn đề, tìm kiếm lời khuyên không thiên vị của chuyên gia và đưa ra lựa chọn tốt nhất cho nhu cầu hoạt động của chính mình ”.

Để đọc phiên bản không giới hạn của bài báo của Mark trên Eureka về thách thức tái chế pin Lithium-ion, hãy nhấp vào đây .

Để tìm hiểu thêm về các tùy chọn pin khác nhau có sẵn cho thiết bị xử lý vật liệu của bạn, hãy nhấp vào đây .

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *