Batterien
Veröffentlicht auf 2. November 2020 |
vom Gastbeitragenden
2. November 2020 durch Gastbeitrag
US-Energieministerium
Mit freundlicher Genehmigung von Union besorgter Wissenschaftler.
Von James Gignac, führender Energieanalyst im Mittleren Westen
Dies ist einer von vier Blogs in einer Reihe, die aktuelle Herausforderungen und Möglichkeiten für das Recycling sauberer Energietechnologien untersuchen. Bitte sehen Sie sich … an Einführungsbeitragsowie andere Einträge auf Solarplatten und Windräder. Besonderer Dank an Jessica Garcia, UCS-Stipendiat für saubere Energie im Sommer 2020 im Mittleren Westen, für Forschungsunterstützung und Co-Authoring dieser Beiträge.
Lithium-Ionen-Batterien dominieren die Energiespeicherszene
Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen-Batterien) sind den alltäglichen Verbrauchern als wiederaufladbare Batterien bekannt, die unsere Handys, Kameras und sogar Zahnbürsten mit Strom versorgen. Neben der Speicherung von Energie für kleine Geräte werden Li-Ionen-Batterien jetzt in viel größerem Umfang zur Speicherung von Energie für Elektrofahrzeuge und als Speicher für erneuerbare Energiesysteme wie Wind und insbesondere Sonne verwendet.
Bloomberg New Energy Finance Berichte Die Preise für Akkus in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen sind von 2010 bis 2019 um 87% gefallen, viel schneller als erwartet. Da die Preise gefallen sind, ist der Batterieverbrauch gestiegen.
Führen Sie also Gespräche darüber, was mit Li-Ionen-Akkus getan werden kann und sollte, wenn sie das Ende des Gebrauchs erreichen. Hier konzentrieren wir uns auf das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien aus EnergiespeichersystemeWeitere Informationen zu den zunehmenden Möglichkeiten für die Verwendung von EV-Batterien im zweiten Lebensjahr finden Sie bei unserem ehemaligen Kollegen Hanjiro Ambrose Blog und Podcast-Folge.
Als wichtige Energiespeichertechnologie sind Batterien wichtig, um mehr Wind- und Sonnenenergie in das Netz einzubinden.
Lithium-Ionen-Batterien sind nicht die einzige Art von Gitterbatterien (andere umfassen Redoxfluss und neuer Zink-Hybrid Batterien), aber sie machen die Mehrheit aus. Der Grund für die Dominanz der Speicherung von Li-Ionen-Akkus liegt darin, dass sie leicht sind und eine hohe Energiedichte aufweisen (pro Volumen- oder Masseneinheit gespeicherte Energie).
Es gibt jedoch keinen einzigen Li-Ionen-Akkutyp. Sie können aus einer Vielzahl von Chemikalien bestehen, was eine der Herausforderungen darstellt, die mit dem Recycling durch Variation verbunden sind Stufen. Die Gemeinsamkeit ist, dass alle Li-Ionen-Batterien Transfer Lithiumionen zwischen ihren Elektroden beim Laden oder Entladen. Da sich die Chemie mit zunehmender Forschung im Hinblick auf Effizienz weiterentwickelt, muss auch die Rationalisierung ihres Aufbaus in Betracht gezogen werden, um das Recycling am Ende der Verwendung zu erleichtern.
Blei-Säure-Batterien, wie sie in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zu finden sind, haben einen besser etablierten und weitgehend effizienten Kreislaufmarkt. In den USA haben diese Blei-Säure-Batterien bis zu a 99 Prozent Recyclingrate. Dafür gibt es zwei Hauptgründe. Erstens sind die Komponenten leicht zu trennen und zu recyceln. Zum Beispiel ist Blei unbegrenzt recycelbar, ohne seine Qualität und damit seinen Wert zu verlieren. Zweitens gibt es einen etablierten Recyclingmarkt, auf dem das Recycling von Autobatterien häufig in den Vorabkosten eines Verbrauchers enthalten ist, der ein Fahrzeug kauft. Am Ende der Verwendung der Batterie erhalten Kunden eine Rückerstattung für die Rückgabe gebrauchter Batterien an Händler oder andere Standorte.
Bei Li-Ionen-Batterien ist die Recyclingmenge begrenzt, da diese beiden Bedingungen zumindest noch nicht gelten.
Lösungen zur Behebung der aktuellen Recyclingbeschränkungen mit Li-Ionen-Batterien
Die erste Herausforderung beim Recycling oder bei der Entsorgung von Li-Ionen-Batterien besteht darin, dass sie aufgrund ihrer Chemie und Brennbarkeit als gefährlicher Abfall eingestuft werden. Infolgedessen müssen am Ende der Verwendung der Batterien viele gesetzliche Richtlinien befolgt werden. Unterschiedliche Chemikalien, einschließlich Lithiummanganoxid und Lithiumnickelkobaltaluminiumoxid, erschweren die Logistik des Recyclings aufgrund der Möglichkeit, verschiedene Chemikalien auf unglückliche Weise zu mischen.
Aus Sicht des Marktes ist eine der größten Herausforderungen der fehlende Wiederverkaufswert für die Li-Ionen-Batteriekomponenten. Wie bereits erwähnt, sind die Kosten für diese Batterien in den letzten Jahren erheblich gesunken. Heutzutage ist Lithium relativ kostengünstig abzubauen, insbesondere im Vergleich zu den Kosten für die Rückgewinnung und das Recycling von Lithium angesichts der begrenzten Infrastruktur und Nachfrage. Kobalt-, Nickel- und Mangankomponenten können jedoch immer noch Wertströme beim Recycling fördern, da sie teurer sind.
Neben der ökologischen und sozialen Verantwortung für die Weiterentwicklung der sauberen Energietechnologie kann die Energiesicherheit ein weiterer Faktor für die Unterstützung eines robusten Marktes für die Wiederverwendung und das Recycling von Li-Ionen-Batterien sein. Wenn die USA ihre Abhängigkeit von Bergbau und Investitionen in Übersee verringern wollen, ist die Verfolgung eines heimischen Recyclingsektors ein kluger Weg. Während die Coronavirus-Pandemie zu einer vorübergehenden geführt hat Nachfragerückgang Für Lithium wird erwartet, dass der Absatz von Elektrofahrzeugen in den nächsten Jahrzehnten weiter steigen wird, ebenso wie die Batteriespeicherkapazität im Versorgungsmaßstab in den nächsten Jahren.
Die Regierung kann eine Rolle bei der Erhöhung der Zirkularität von Li-Ionen-Batterien spielen. In der Tat startete das US-Energieministerium (DOE) im Jahr 2019 die ReCell Center, ein Forschungs- und Entwicklungsrecyclingzentrum für Li-Ionen-Batterien, das größtenteils vom Argonne National Laboratory in Zusammenarbeit mit Beratern des National Renewable Energy Laboratory (NREL), des Oak Ridge National Laboratory und mehrerer Universitäten geleitet wird. Das ReCell Center hat eine Umwelt- und Wirtschaftsrichtlinie mit dem Ziel, eine Batterierecyclingindustrie in den USA zu fördern.
International hat das Weltwirtschaftsforum eine Plattform namens Globale Batterie-Allianz Ziel der Schaffung einer nachhaltigen Batterieversorgungskette bis 2030. Die Allianz ist eine öffentlich-private Partnerschaft von 70 Organisationen, die sich hauptsächlich darauf konzentriert, wie die Wiederverwendung oder das Recycling von Batterien am besten verbessert werden kann. Diese Bemühungen zielen darauf ab, den Bedarf an Rohstoffbeschaffung zu verringern – häufig verbunden mit zahlreichen negativen ökologischen und sozialen Folgen – und den CO2-Fußabdruck der Li-Ionen-Batterieproduktion zu verringern. Darüber hinaus sucht das DOE über seine Forschungspartnerschaften hinaus nach innovative Ideen zur Unterstützung einer Steigerung des Recyclings von Li-Ionen-Batterien, auch durch die Batterie-Recycling-Preis Wettbewerb. Die Finalisten des dreiphasigen Wettbewerbs werden Geschäftsmodelle und Technologielösungen für das Recycling auf kommerzieller Ebene testen. Mit diesen Bemühungen soll sichergestellt werden, dass der Lebenszyklus von Li-Ionen-Batterien hier in den USA für ihr volles Marktpotenzial genutzt werden kann, da die Nachfrage durch Elektrofahrzeuge und Energiespeicheranwendungen weiter steigt.
Da diese globalen und föderalen Bemühungen zur Steigerung des Batterierecyclings voranschreiten, ist es wahrscheinlich, dass ein Schlüsselergebnis oder eine Empfehlung die Notwendigkeit regionaler Verarbeitungsanlagen für den Endverbrauch ist, die für den Umgang mit Li-on-Batterien gebaut wurden. In diesem Sinne ist es ein positives Zeichen, dass Staaten beginnen, ihre Rolle im Lebenszyklusmanagement von Energiespeichersystemen zu bewerten. Zum Beispiel in North Carolina Hausrechnung 329Nach der im Juli 2019 verabschiedeten Umweltmanagementkommission von North Carolina muss ein staatliches Regulierungsprogramm erstellt werden, das sich mit dem End-of-Use-Management für Photovoltaik-Solarmodule und Batterien für Energiespeichersysteme sowie der Stilllegung von Wind- und Solaranlagen im Versorgungsmaßstab befasst. Darüber hinaus hat der Staat New York kürzlich begrüßt Ankündigung einer zweiten Li-on-Batterierecyclinganlage in der Nähe von Rochester, NY, die teilweise durch öffentlich-private Investitionsprogramme unterstützt wird.
Auf der Industrieseite sollten Hersteller angesichts des wachsenden Marktes für Elektrofahrzeuge darauf abzielen, den Recyclingerfolg ihrer Verbrennungsvorgänger zu erreichen, indem sie diese wieder in Massen sammeln Sekundärmärkte (wie zum Beispiel in Energiespeichersystemen) oder zum Recycling. Der Li-Ionen-Batteriespeicher bietet einen Vorteil für erneuerbare Energien, der neben der Beliebtheit von Elektrofahrzeugen zunimmt. Die beiden haben einen etwas gemeinsamen Markt mit Potenzial für Second-Life-Anwendungen, und es gibt Möglichkeiten für Hersteller und politische Entscheidungsträger, von diesen Synergien zu profitieren. Alle Verbraucher von Lithium-Ionen-Batterien – insbesondere umweltbewusste – werden sich über ihre Investition in Elektrofahrzeuge oder Energiespeicher sicherer fühlen, wenn die Lieferkette für diese Batterien kreisförmiger sein kann.
Dazu sind neue Recyclinginfrastrukturen und politische Anreize erforderlich, um den Markt in eine sich selbst tragende Richtung zu bewegen. Ein Beispiel ist die Option eines Vorauszahlungsprogramms, in einen Treuhandfonds zu investieren, um das zukünftige Recycling zu finanzieren. In Bezug auf Li-Ionen-Batterien für Energiespeicher in großem Maßstab sollten die Recyclingkosten als Teil der Projektvorschläge eine Position sein und vor der Genehmigung in die Überprüfungen der staatlichen Versorgungskommission einbezogen werden. Auf diese Weise können Endbenutzerkunden sicher sein, dass sie in Energiespeichersysteme investieren, und zwar von Entwicklern, die darüber nachgedacht und geplant haben, wie sie End-of-Use-Überlegungen verantwortungsbewusst verwalten können.
In den anderen Blogs dieser Reihe finden Sie eine Einführung zum Recycling sauberer Energietechnologien sowie zusätzliche Informationen zum Recycling Solarplatten und Windräder.
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