De kunst van het recycleren: EV-batterijen
Lithium-ionbatterijen zijn geavanceerde energiebronnen voor elektrische wagens en andere draagbare elektronische apparaten. En terwijl het batterij-universum aan sneltempo blijft groeien, komen er ook steeds meer vragen over hoe ze te recycleren. Daarbij gaat het niet alleen om het hergebruik van materialen en componenten. Bij het proces zijn verschillende methoden en mensen betrokken. Het is complex, interessant en belangrijk. Het is, met andere woorden, een kunst. En zoals alle kunst, is ze gemaakt om onderzocht te worden.
Het recyclageproces van moderne lithium-ionbatterijen is al vrij ver gevorderd en voldoet wereldwijd aan relatief hoge normen. Omdat de recyclagevoorschriften van de EU de strengste zijn, heeft Polestar deze als richtlijn toegepast. Wij ontwerpen onze batterijen om aan deze regels te voldoen en verwachten daarom van alle landen dat zij zich aan dezelfde normen houden, ongeacht de lokale regelgeving.
De wetgeving inzake afgedankte batterijen wordt momenteel herzien in de Europese Unie. De nieuwe regelgeving zal leiden tot een strengere batterijrichtlijn en ervoor zorgen dat batterijen (op de EU-markt) gedurende hun hele levenscyclus duurzaam en veilig zijn. Deze regelgeving zal naar verwachting in 2023 van kracht worden.
Dit zal voor de hoognodige druk zorgen op fabrikanten, producenten, importeurs en distributeurs van batterijen, alsook op consumenten en recyclagebedrijven. De nadruk ligt op traceerbaarheid en transparantie, en de beperking van Battery Management Systems (systemen die voorkomen dat de batterij buiten zijn veiligheidsmarges werkt) wordt aangepakt. Het zal bedrijven er ook toe aanzetten om de efficiëntie van recyclagetechnieken, materiaalterugwinning, en het inzamelen en hergebruiken van gerecycleerde materialen te verhogen.
Maar niet alleen de EU buigt zich over nieuw beleid voor het recycleren van batterijen. Het Chinese ministerie van Industrie heeft richtlijnen gepubliceerd voor recyclagefaciliteiten voor EV-batterijen. Deze werden voor het eerst gepubliceerd in 2018 en omvatten producentenverantwoordelijkheid (de voertuigfabrikanten zelf) en een platform voor traceerbaarheidsbeheer. In 2021 kwam er een aanvullend beleid dat een vijfjarenplan omvatte met de nadruk op levenscycli van elektrische transporten en circulariteit, hergebruik van batterijen, traceerbaarheidsbeheer gedurende de volledige levenscyclus en een betere ondersteuning van recyclagenetwerken, traceerbaarheid en recyclagetechnologie.
In Noord-Amerika hebben de federale, staats- en lokale overheden zeggenschap over de verwijdering en recyclage van lithium-ionbatterijen. En hoewel er steeds meer regelgeving komt op het gebied van batterijbeheer, is er geen specifiek beleid dat de recyclage van lithium-ionbatterijen verplicht stelt. Dit betekent dat individuele staten of lokale overheden hun eigen richtlijnen kunnen opstellen voor de verwijdering van batterijen.
Voordat ze kan worden gerecycleerd, moet de batterij eerst uit het voertuig worden gehaald. Daarna moet de batterij volledig worden ontladen zodat ze veilig hanteerbaar is. Ontladen kan via verschillende methoden, zoals thermische voorbehandeling, zoutwaterbaden en gecontroleerde ontlading via externe circuits. Bij het ontladen van een batterij wordt de resterende elektriciteit onttrokken en naar het net gestuurd of in de installatie zelf gebruikt, zonder enig verlies.
Na het ontladen van de batterij volgt het ontmantelingsgedeelte van het recyclageproces, dat met de hand gebeurt. Hierbij worden alle verschillende onderdelen rond de batterij, zoals draden, connectoren, koelsystemen, enz. verwijderd zodat de batterijcellen bloot komen te liggen. Daarna wordt een mechanische voorbehandeling gebruikt om de batterij meermaals te versnipperen. Door het versnipperen ontstaat een poedervormig mengsel dat vervolgens wordt gezeefd om de zogenaamde zwarte massa te genereren. De zwarte massa bevat mineralen zoals kobalt, lithium, mangaan en nikkel, die kunnen worden gebruikt voor toekomstige batterijen zodra ze chemisch zijn verwerkt.
Bij de winning van mineralen door middel van pyrometallurgie wordt de gehele batterij (of een ontmantelde batterij) in een oven van 1000 °C geplaatst om legeringen, matte en slak te genereren, die vervolgens verwerkt kunnen worden. Een andere techniek die vaak wordt gebruikt om mineralen te winnen is thermische behandeling. Hierbij wordt de batterij verhit tot 100-500 °C. Dit resulteert in zeer weinig materiaalverlies en maakt het mogelijk om meer nikkel, kobalt en mangaan te winnen. Deze methode kan zowel voor als na de mechanische voorbehandeling worden uitgevoerd. Tenslotte is er de hydrometallurgie, die vaak als laatste stap wordt uitgevoerd. Met deze methode kunnen zuivere stoffen worden gewonnen door toevoeging van verschillende oplosmiddelen, zoals zure oplossingen.
Sommige bedrijven doen alleen de initiële versnippering of de-elektrificatie. Andere doen de pyrometallurgie, de thermische behandeling of de hydrometallurgie. Dat maakt dat er veel verschillende bedrijven bij het recyclageproces betrokken zijn.
Veel recyclagebedrijven doen momenteel onderzoek naar en investeren in de combinatie van thermische en mechanische behandeling, omdat dit naar verwachting de volgende doorbraak zal zijn op het gebied van batterijrecyclage. Deze nieuwe regelgeving voor batterijen zou ook kunnen leiden tot de invoering van een document dat het batterijrecyclageproces transparanter maakt: een batterijpaspoort. Met dit paspoort kunnen ontmantelings- of recyclagebedrijven de exacte parameters van de batterij zien. Het is een digitale weergave van de levenscyclus van de batterij met informatie over de mineralen en waar die vandaan komen, waar de batterij is geproduceerd en hoe de batterij uiteindelijk kan worden gerecycleerd.
Gezien de lange levensduur van EV-batterijen en omdat de EV-markt relatief nieuw is, zijn afvalstromen van consumentenelektronica een belangrijke bron voor batterijrecyclage. Momenteel wordt slechts een klein deel van het jaarlijks geproduceerde elektronische afval ingezameld en degelijk gerecycleerd. De batterijen in deze apparaten bevatten dezelfde mineralen als EV-batterijen. Het recycleren van de batterijen in oude elektronica zou niet alleen goed zijn voor het milieu. Het zou ook de mineralen leveren die nodig zijn voor de productie van toekomstige batterijen.
Als individu kan je bijdragen tot de fabricage van toekomstige batterijen door oude batterijen te recycleren. En als industrie moeten wij er alles aan doen om het recyclageproces zo duurzaam en efficiënt mogelijk te maken.
Het recycleren van batterijen is inderdaad een kunst. Eén die we allemaal kunnen waarderen.
