Lær om bortskaffelse, og hvordan giftigt materiale fortsat kan bruges i batterier, hvis det genbruges.

bly – og cadmiumbaserede batterier udgør de største miljøhensyn, så meget, at nikkel-cadmium blev forbudt i Europa i 2009. Der gøres forsøg på også at forbyde det blybaserede batteri, men der findes ingen passende udskiftning, som det var tilfældet ved at erstatte nikkel-cadmium med nikkel-metalhydrid. For første gang er lithium-ion blevet føjet til listen over forurenende stoffer. Denne kemi blev klassificeret som kun mildt giftig, men deres store volumen kræver strammere kontrol.

blysyre banede vejen for succes med genanvendelse, og i dag genbruges mere end 97 procent af disse batterier i USA. Bilindustrien bør gives kredit for at have organiseret genbrug tidligt; dog kan forretningsmæssige årsager snarere end miljøhensyn have været drivkraften. Genanvendelsesprocessen er enkel, og 70 procent af batteriets vægt er genanvendelig bly.

over 50 procent af blyforsyningen kommer fra genbrugte batterier. Andre batterityper er ikke så Økonomiske at genbruge og returneres ikke så let som blysyre. Flere organisationer arbejder på programmer for at gøre samlingen af alle batterier praktisk. Kun 20 Til 40 procent af batterierne i mobiltelefoner og andre forbrugerprodukter genanvendes i øjeblikket. Målet med genanvendelse er at forhindre farlige materialer i at komme ind på lossepladser og at udnytte de hentede materialer til fremstilling af nye produkter.

brugte batterier skal fjernes fra husstanden. Gamle primære celler er kendt for at lække og forårsage skade på det omkringliggende område. Opbevar ikke gamle blybatterier, hvor børn leger. Det kan være skadeligt at røre ved blypolerne. Hold også knapceller skjult for små børn, da de kan sluge disse batterier. (Se BU-703: sundhedsmæssige bekymringer med batterier)

selvom det er miljømæssigt uvenligt, har blybatterier fortsat en stærk markedsniche, især som et startbatteri. Hjulmobilitet og UPS-systemer kunne ikke køre så økonomisk, hvis det ikke var for dette pålidelige batteri. NiCd fortsætter også med at have en kritisk position blandt genopladelige batterier, da store oversvømmede NiCd ‘ er starter jetfly og driver sightseeingbåde i floder i større byer. Selvom forureningsfri, er disse batterier i tilbagegang.

batterier med giftige stoffer vil fortsat være hos os, og der er ikke noget galt i at bruge dem, så længe de bortskaffes korrekt. Hver batterikemi har sin egen genbrugsprocedure, og processen begynder med at sortere batterierne i de rigtige kategorier.

Blysyre: Genbrug af blysyre begyndte med introduktionen af startbatteriet i 1912. Processen er enkel og omkostningseffektiv, da bly er let at udtrække og kan genbruges flere gange. Dette førte til mange rentable virksomheder og genbrug af andre batterier.

blysyre er de mest genbrugte batterier. Genbrug er rentabelt
Figur 1: blysyre er de mest genbrugte batterier. Genbrug er rentabelt

i slutningen af 2013 begyndte smelteværker at rapportere, at et øget antal Li-ion-batterier blev blandet med blysyre, især i startbatterier. Dette kan forårsage brande, hvilket fører til eksplosion og personskade. Det fysiske udseende af blysyre-og Li-ionpakker er ens, og sortering ved højt volumen udgør en udfordring. For forbrugerne, et batteri er et batteri, og folk lokkes til at genbruge alle batterier, husk kemien. Da mere blysyre erstattes med Li-ion, vil problemet kun eskalere. Fra 2010-2013 har der været en 10 gange stigning i rapporterede tilfælde af infiltration af Li-ion med blysyre.

bemærk, at Li-ion er mere flygtig, når den strippes end blysyre. Presorting udføres af sikkerhedsmæssige årsager og ikke for at adskille farligt materiale. Blysyre er godartet, men giftig, Li-ion er ikke-ondartet, men eksplosiv.

Society of Automotive Engineers (SAE) og den internationale elektrotekniske kommission (IEC) indleder handling gennem øget opmærksomhed, medarbejderuddannelse, batteriidentifikation og mærkning. Røntgenteknologier til separate batterier undersøges, og ” hvem bærer ansvaret?”bliver spurgt. Batteriproducenter lægger ansvaret på genanvenderne, der igen hævder, at byrden og bæredygtigheden af et produkt skal bæres af producenten. Domstolene kan blive voldgiftsmænd.

nikkel-cadmium: når NiCd-batterier bortskaffes uforsigtigt, korroderer den metalliske cellecylinder til sidst på lossepladsen. Cadmium opløses og siver ind i vandforsyningen. Når forureningen begynder, er myndighederne hjælpeløse til at stoppe blodbadet. Vores oceaner viser allerede spor af cadmium (sammen med aspirin, penicillin og antidepressiva), men forskere er ikke sikre på dets oprindelse.

nikkel-metalhydrid: nikkel og elektrolytten i NiMH er halvtoksiske. Hvis der ikke findes nogen bortskaffelsestjeneste i et område, kan individuelle NiMH-batterier kasseres sammen med andet husholdningsaffald i små mængder; med 10 eller flere batterier skal brugeren dog overveje at bortskaffe dem på en sikker affaldsdeponi. Det bedre alternativ er at tage de brugte batterier til et kvarter drop-off bin til genbrug.

Primær Lithium: Disse batterier indeholder metallisk lithium, der reagerer voldsomt, når de er i kontakt med fugt og skal bortskaffes korrekt. Hvis det smides på en losseplads i opladet tilstand, kan tungt udstyr, der fungerer ovenpå, knuse sagerne, og det udsatte lithium kan antænde en brand. Deponeringsbrande er vanskelige at slukke og kan brænde i årevis under jorden. Før genbrug skal du anvende en fuld udledning for at forbruge lithiumindholdet. Primære lithiumbatterier (lithium-metal) bruges i militær kamp, såvel som I ure, sensorer, høreapparater og hukommelse backup. En lithium-metal sort fungerer også som alkalisk erstatning i AAA, AA og 9V formater. Li-ion til mobiltelefoner og bærbare computere indeholder ikke metallisk lithium. (Se også BU-106: fordele ved primære batterier)

Lithium-ion: Li-ion er rimeligt ufarlig, men brugte pakker skal bortskaffes korrekt. Dette gøres mindre for at hente værdifulde metaller, som det er tilfældet med blysyre, end af miljømæssige årsager, især med det voksende volumen, der anvendes i forbrugerprodukter. Li-ion indeholder skadelige elementer, der er på toksicitetsniveauet for elektroniske enheder.

med den stigende brug af Li-ion leverer Europa-Kommissionens rapport med navnet “mod fremtidens batteri” advarsler på grund af det store antal batterier, der vil møde slutningen af livet. I Europa kan Li-ion ikke deponeres på grund af toksicitet og eksplosionsfare, og de kan heller ikke forbrændes, da asken også er giftig på lossepladsen. Af bekymring er kobolt og agenter, der binder elektrodematerialer sammen.

rapporten mærker ikke længere blysyre som det mest giftige batteri. Blysyre er det eneste batteri, der kan genbruges rentabelt. Med næsten 100% af blysyre bliver genanvendt, skifter fokus til Li-ion på grund af stigende volumen og værdi af genvindelige materialer.

ifølge en ATS-rapport (2018) indeholder 33 kg Li-ion-trækkraftbatteri i det elektriske køretøj 2 kg (4,4 lb) kobolt, 6 kg (13 lb) lithium, 12 kg (26 lb) mangan, 12 kg (26 lb) nikkel og 35 kg (77 lb) grafit. Ikke alle hentede materialer kan nå batterikvalitetskvalitet, når de genbruges, men de opnåede ressourcer kan bruges til mindre krævende formål. Lithium bruges også som smøremiddel.

der gøres fremskridt, og Duesenfeld GmbH demonstrerer en innovativ metode, der bruger 70% mindre energi til at genbruge lithium-ion-batterier end med traditionelle smelteovne. Figur 2 illustrerer genvindingsanlægget for elektriske køretøjsbatterier i Tyskland.

 genbrugsanlæg til elektriske køretøjsbatterier i Tyskland
figur 2: Genbrugsanlæg til elektriske køretøjsbatterier i Tyskland

genanvendelsesprocessen for Li-ion-batterier begynder normalt med deaktivering, der involverer en fuld afladning for at fjerne den lagrede energi og forhindre en overraskende termisk begivenhed. Elektrolytten kan også fryses for at forhindre elektrokemiske reaktioner under knusningsprocessen. Duesenfeld patenterede en proces, der fordamper og genvinder de organiske opløsningsmidler af elektrolytten i et vakuum ved kondensering. Denne proces siges ikke at producere giftige udstødningsgasser. I figur 3 demonterer teknikere EV-batterier til genbrug.

genbrug af et lithium-ion EV-batteri i en beholder
figur 3: genbrug af et lithium-ion EV-batteri i en beholder

følgende trin er opdelt i mekaniske, pyrometallurgiske og hydrometallurgiske behandlinger. Mekanisk involverer knusning af battericellerne; pyrometallurgisk udtrækker metallerne ved termisk behandling; og hydrometallurgi involverer vandige processer.

når adskilt, sortering adskiller kobberfolie, aluminiumsfolie, separator og belægningsmaterialer. Nikkel, kobolt og kobber kan genbruges fra støbningen, men lithium og aluminium forbliver i slaggen. En hydrometallurgisk proces er nødvendig for at genvinde lithium. Dette inkluderer udvaskning, ekstraktion, krystallisation og udfældning fra en flydende opløsning. Hydrometallurgisk behandling bruges til at genvinde rene metaller, f.eks. lithium, hentet fra adskilte belægningsmaterialer efter mekaniske processer eller fra slagge i pyrometallurgiske processer.

Umicore i Belgien bruger en ovn til at smelte batterierne direkte for at genvinde 95% kobolt, nikkel og kobber. Efter ovnen bruger Umicore en særlig gasvaskeproces til at rense de giftige forbrændingsprodukter fra fluorholdige udstødningsgasser.

for at reducere farerne ved brandhændelser under genvindingsprocessen forbrænder mindre genanvendere lithium-ion-batterier eksternt i specielle affaldsbehandlingsanlæg, inden de udfører mekanisk adskillelse.

Duesenfeld i Tyskland aflader batterierne, knuser dem i inert atmosfære, fordamper og kondenserer elektrolytens organiske opløsningsmidler og adskiller elektrodebelægningsmaterialet fra resten. Metallerne udvaskes derefter fra de tidligere aktive materialer. Grafitten filtreres og genvindes, hvorefter lithiumcarbonat, nikkelsulfat, koboltsulfat og mangansulfat produceres. Denne genvindingsproces giver flere metaller end med Umicore termisk metode. CO2-fodaftrykket reduceres også, samtidig med at der spares energi og sænkes dannelsen af farlige gasser.

genanvendt grafit fra lithium-ion-batterier
figur 4: Genanvendt grafit fra lithium-ion-batterier
genanvendt lithium-carbonat fra lithium-ion-batterier
figur 5: genanvendt lithium-carbonat fra lithium-ion-batterier
  • 1-minut YouTube: miljøvenlig genbrug af Lithium-Ion-batterier med Duesenfeld
  • 4-minutters YouTube: miljøvenlig metode til genbrug af EV-batterier

alkalisk: efter sænkning af kviksølvindholdet i alkaliske batterier i 1996 tillader mange territorier nu bortskaffelse af disse batterier som almindeligt husholdningsaffald; Californien betragter dog alle batterier som farligt affald. I Europa betragtes blysyre, NiCd, kviksølvholdige batterier, usorterede samlinger af flere batterityper og batterielektrolytter som farligt affald. Alle andre kan passere som ikke-farlige. De fleste butikker, der sælger batterier, skal også tage brugte batterier tilbage. Alkaline batterier indeholder genanvendelige materialer af mangan, men hentningsprocessen er en forpligtelse. Der gøres en indsats for at øge genanvendelsen af alkaliske celler fra de lave 4 procent i 2015 til 40 procent i 2025.

i Nordamerika samler Retriev Technologies, tidligere Toksco, og Rechargeable Battery Recycling Corporation (RBRC) brugte batterier og genbruger dem. Mens Retriev har sine egne genbrugsfaciliteter, har RBRC ansvaret for at indsamle batterier og sende dem til genbrugsorganisationer. Retriev i Trail, British Columbia, hævder at være det eneste firma i verden, der genbruger store lithiumbatterier. De modtager brugte batterier fra olieboringer i Nigeria, Indonesien og andre steder. De genbruger også pensionerede lithiumbatterier fra Minuteman missil siloer og tonsvis af Li-ion fra krigsindsatsen. Andre divisioner ved Retriev genbruger nikkel-cadmium, nikkel-metalhydrid, bly, kviksølv, alkalisk og mere.

Europa og Asien er også aktive inden for genbrug af brugte batterier. Blandt andre genbrugsvirksomheder har Sony og Sumitomo Metal i Japan og Umicore i Belgien udviklet teknologi til at hente kobolt og andre ædle metaller fra brugte lithiumionbatterier. (Se BU-705a: Genbrug af batterier som virksomhed)

Umicore bruger en ultrahøj temperatur (UHT) processer til at genbruge Li-ion og NiMH batterier. Brugte pakker demonteres og smeltes i en UHT-ovn. Derbies er opdelt i metallegering indeholdende kobber, kobolt og nikkel og slagge, et stenet affald indeholdende sjældne jordarters metaller. Slagge kan behandles yderligere for at genvinde lithium, men produktion af batterikvalitet lithium er endnu ikke økonomisk, og slaggen bruges til konstruktion. Der udvikles metoder til ekstraktion af lithium til oparbejdning til lithiumcarbonat til Li-ionproduktion. Med en forventet 10 gange vækst i brugen af Li-ion-batterier mellem 2020 og 2030 kan genbrug af lithium blive økonomisk, så metallerne ender i batteriproduktion igen ligesom bly til blybatterier.

genbrugsproces

genbrug starter med at sortere batterier i kemikalier. Indsamlingscentre placerer blysyre, nikkel-cadmium, nikkel-metalhydrid og lithiumion i udpegede tromler, sække eller kasser. Batterigenvindere hævder, at genanvendelse kan gøres rentabel, hvis en jævn strøm af batterier, sorteret efter kemi, stilles til rådighed.

genanvendelsesprocessen begynder med at fjerne det brændbare materiale, såsom plast og isolering, med en gasfyret termisk iltningsmiddel. Forurenende partikler skabt af brændingsprocessen elimineres af plantens skrubber inden frigivelse i atmosfæren. Dette efterlader de rene og nøgne celler med metalindhold.

cellerne hugges derefter i små stykker og opvarmes, indtil metallet flyder. Ikke-metalliske stoffer brændes af og efterlader en sort slagge ovenpå, som en slaggerarm fjerner. Legeringerne sætter sig efter vægt og skummet af som fløde fra rå mælk, mens de stadig er i flydende form.

Cadmium er relativt let og fordamper ved høje temperaturer. I en proces, der ser ud som en gryde med vand, der koger over, blæser en ventilator cadmiumdampen i et stort rør, der afkøles med vandtåge. Dampene kondenserer for at producere cadmium, der er 99,95 procent rent.

nogle genanvendere adskiller ikke metallerne på stedet, men hælder de flydende metaller direkte ind i, hvad industrien refererer til som “grise” (65 pund, 24 kg) eller “svin” (2.000 pund, 746 kg). Andre batterigenvindere bruger nuggets (7 pund, 3,17 kg). Grisene, Svinene og nuggets sendes til metalgenvindingsanlæg, hvor de bruges til at producere nikkel, krom og jern til rustfrit stål og andre avancerede produkter.

for at reducere muligheden for en reaktiv begivenhed under knusning bruger nogle genanvendere en flydende opløsning eller fryser lithiumbaserede batterier med flydende nitrogen; blanding af Li-ion-startbatterier med den almindelige blysyretype er dog stadig et problem, da en ladet Li-ion er langt mere eksplosiv end blysyre.

genbrug af batterier er energiintensiv. Rapporter afslører, at det tager 6 til 10 gange mere energi at genvinde metaller fra nogle Genanvendte batterier end fra minedrift. Undtagelsen er blysyrebatteriet, hvorfra bly let kan ekstraheres og genbruges uden detaljerede processer. Til en vis grad kan nikkel fra NiMH også genvindes økonomisk, hvis det er tilgængeligt i store mængder.

der udvikles nye genanvendelsesmetoder, der henter metallerne ved elektrolyse, også kendt som kemisk genbrug. Processen siges at være mere omkostningseffektiv og producerer højere udbytter med mindre forurenende stoffer end traditionel smeltning. Et sådant alternativ til genbrug af blybatterier er udviklet af Akvametaller. Denne teknologi har potentialet til at revolutionere traditionelle smeltemetoder. En elektrokemisk proces adskiller blyet ved at nedbryde metaller i nanoskopiske størrelser partikler, der er spredt i vand for at skabe et hydro-kollodialt metal. Processen kaldes Akvariefinering. Tekniske problemer forsinker fuld implementering på dette tidspunkt.

hvert land sætter sine egne regler og tilføjer takster til købsprisen for et nyt batteri for at gøre genanvendelse mulig. I Nordamerika fakturerer nogle genbrugsanlæg efter vægt, og satserne varierer alt efter kemi. Mens NiMH giver et ret godt afkast med nikkel, er det brugte NiCd-batteri mindre efterspurgt på grund af bløde cadmiumpriser. På grund af dårlig metal hentning værdi, Li-ion kommandoer en højere genanvendelse gebyr end de fleste andre batterityper.

genbrug af Li-ion-batterier er endnu ikke rentabelt, skal statsstøttes. Der er et incitament til at genvinde kostbar kobolt. Der findes ingen genanvendelsesteknologi i dag, der er i stand til at producere rent nok lithium til anden brug i batterier. Lithium til batterier udvindes; brugt lithium bruges til smøremidler, glas, keramik og andre applikationer.

de flade omkostninger til genbrug af et ton batterier er $1.000 til $2.000; Europa håber at opnå en pris pr.ton på $300. Ideelt set vil dette omfatte transport, men flytning og håndtering af varerne forventes at fordoble de samlede omkostninger. For at forenkle transporten opretter Europa flere mindre forarbejdningsanlæg på strategiske geografiske steder. Dette skyldes til dels Basel-konventionen, der forbyder eksport af komplette, men brugte blybatterier. Efterhånden som mængden af kasserede batterier øges, forsøges nye teknologier for at gøre genanvendelse rentabel uden støtte fra agenturer og regeringer.

forsigtig batterier må under ingen omstændigheder forbrændes, da brand kan forårsage eksplosion. Brug godkendte handsker, når du rører ved elektrolytten. Ved udsættelse for huden skylles straks med vand. Hvis der opstår øjeneksponering, skylles med vand i 15 minutter og konsulteres straks en læge.

Articles

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.