Az akkumulátor alapú jövő biztosítása automatizált újrafeldolgozással
Közzétéve: 2024. december 17. hely: Sustainable Manufacturing
Ahogy a COP 28 konferencián kitűzött célok elérése érdekében a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőséget magunk mögött hagyva egyre inkább áttérünk a tisztább energiatechnológiákra, az akkumulátorok döntő szerephez jutnak a megújuló energiaforrások arányának növelésében, mind az energiamix, mind a közlekedés villamosításának terén.
Ez a folyamat jelentősen megnövelte az akkumulátorpiacon jelentkező keresletet, különösen két szektorban: az energiaiparban és a közlekedésben. A Nemzetközi Energiaügynökség (International Energy Agency, IEA) szerint az energiaszektor az akkumulátorok iránti teljes kereslet több mint 90%-áért felelős. Az ügynökség jelentése szerint 2023-ban az energiaszektor akkumulátoros kapacitása éves szinten több mint 130%-kal nőtt, világszerte összesen 42 gigawattal (GW) bővítve az elektromos hálózatokat. Az akkumulátorok esetében az energiatárolás egyre jelentősebb alkalmazási területet jelent, mivel lehetővé teszi a megújuló energiaforrásokból nyert energia tárolását, és várhatóan a jövőben egyre fontosabb szerepet fog játszani. A közlekedési ágazatban ugyanakkor az akkumulátorok elősegítették az elektromos autók, kerékpárok, teherautók, buszok és más akkumulátoros járművek elterjedését.
Bizonytalan nyersanyagellátás
Az akkumulátorgyártás és az általa kiszolgált iparágak jövőbeli növekedése azonban nagymértékben függ attól, hogy biztosítható-e a megbízható alapanyag-ellátás például lítiumból, kobaltból, rézből, nikkelből, mangánból vagy grafitból.
Jelenleg Kína nemcsak az akkumulátorgyártás, hanem a nyersanyagellátás terén is domináns szerepet játszik, mivel az afrikai, ausztráliai és dél-amerikai bányák többségét birtokolja. Bár Európa is rendelkezik az akkumulátorgyártáshoz szükséges nyersanyagkészletekkel, ezeket még nem kezdték kitermelni, és egy-egy bánya megnyitásának folyamata akár évekbe is telhet.
A nyersanyagok beszerzésének másik módja a már legyártott akkumulátorokból való anyagvisszanyerés. Elméletben ez ígéretes stratégiának ígérkezik Európa számára, hogy csökkentse a bizonytalan globális ellátási láncoktól való függőségét és fenntartható, zárt körfolyamatú gyártást hozzon létre. A valóság azonban az, hogy az akkumulátorok újrafeldolgozása terén számos nehézséggel kell szembe nézni.
Az akkumulátorok újrafeldolgozásának kihívásai
A fő problémát az akkumulátor kémiai összetételére és szerkezeti felépítésére vonatkozó szabványosítás hiánya jelenti. Jelenleg senki sem tudja igazán, hogy mi is van a forgalomban lévő akkumulátorok belsejében. Az újrafeldolgozók ugyan létrehoztak olyan adatbázisokat, amelyek segítségével azonosítani tudják az akkumulátorok típusát, és meg tudják határozni az adott akkumulátorban használt anyagokat, de még ha sikerül is azonosítani az adott akkumulátort, akkor sincs garancia arra, hogy annak felépítése valóban megfelel az adatbázisban szereplő információknak. Az akkumulátor élettartama során visszafordíthatatlan kémiai és szerkezeti változásokon megy keresztül, amelyek során a benne felhasznált anyagok elhasználódnak. Emellett az adott akkumulátortípus gyártása során a nyersanyag-beszállítók közötti váltások a felhasznált nyersanyagok összetételének változását okozhatják.
A minőség szintén komoly problémát jelent az újrafeldolgozók számára, akik szeretnék kinyerni, illetve visszanyerni a nyersanyagokat az akkumulátorokból. A lítiumnak például 100%-ban tisztának kell lennie az újrafelhasználáshoz – ha az újrafeldolgozási folyamat során bármilyen kis mértékben is szennyeződik, akkor alkalmatlanná válik az újbóli felhasználásra.
További nehézséget jelent, hogy nem minden akkumulátor kerül vissza jó állapotban. A sérülések sok esetben nem láthatóak, ami megnehezíti az újrafeldolgozók számára az akkumulátorok állapotának felmérését. Előfordulhat, hogy egy autó akkumulátora balesetben megsérült, vagy az elektronikai készülékekhez használt akkumulátorok csatlakozói károsodtak – ezek pedig mind befolyásolják az akkumulátor újrafeldolgozását.
Alkalmas lehet második életre?
Az akkumulátorok újrafeldolgozása nemcsak az új akkumulátorok gyártásához szükséges nyersanyagok visszanyeréséről szól, hanem arról is, hogy az akkumulátorokat másodlagos alkalmazások céljából megjavítják, és így használják fel másodlagos célokra. Amikor egy akkumulátor kapacitása 80% alá csökken – az elektromos járművek esetében ez az elfogadhatónak tekintett szint –, nincs ok arra, hogy miért ne kaphatnának új feladatot egy energiatárolási megoldás részeként.
Ennek azonban megvannak a maga kihívásai. Az újrafeldolgozók előtt egy hosszú döntéshozatali folyamat áll, melynek során meg kell megállapítaniuk, hogy az akkumulátor alkalmas-e egyáltalán a másodlagos alkalmazásra, még mielőtt szétszerelnék. Továbbá azt is biztosítaniuk kell, hogy a nagy kapacitású energiatárolási projektekhez elegendő azonos típusú akkumulátor álljon rendelkezésre, mivel az ilyen alkalmazásoknál nem megengedett a különböző típusú akkumulátorok együttes használata.
Akkumulátorok válogatása és szétszerelése: kézi munka
A számos kihívás miatt az akkumulátorok újrafeldolgozás céljából történő szétszerelése továbbra is teljes mértékben kézzel végzett feladat. Lényegét tekintve ez egy megfordított gyártási eljárás, amely során az elektronikai és a vegyi anyagokat külön-külön kell eltávolítani. Ez a feladat pedig, ha kézzel végzik, nemcsak lassú és fáradságos, hanem ráadásul veszélyes is. Az akkumulátort a szétszerelés előtt le kell meríteni, mivel ha a dolgozó érintkezésbe kerül a feltöltött akkumulátor aktív részeivel, súlyos áramütést szenvedhet. Emellett a mérgező anyagok – például az oldószerek és elektrolitok – komoly egészségügyi és biztonsági kockázatot jelentenek az akkumulátorok kezelése során.
Az EU akkumulátorokra vonatkozó rendelete
Az új, akkumulátorokról szóló európai uniós rendelet hatalmas lépést jelent az akkumulátorok és alkatrészeik körforgásos gazdaságának megteremtése felé. A jogszabály az újrafeldolgozás hatékonyságára, az anyagvisszanyerésre és az újrafeldolgozott tartalomra vonatkozó célok bevezetése mellett több olyan követelményt is tartalmaz, amelyek részben megoldják az újrafeldolgozók jelenlegi problémáit.
Az egyik előírás szerint a járművekben és elektronikai eszközökben használt akkumulátorokat eltávolíthatóvá kell tenni. Ez nemcsak ezeknek a termékeknek az élettartamát növeli meg, hanem megkönnyíti az akkumulátorok eltávolítását újrafeldolgozás céljából.
Egy másik követelmény, hogy 2027-től minden 2 kWh-nál nagyobb teljesítményű elektronikus jármű- és ipari akkumulátornak, amelyet az EU piacán értékesítenek, QR-kódon keresztül elérhető, egyedi akkumulátor-útlevéllel kell rendelkeznie. Ez forradalmi változást jelent az akkumulátorok újrafeldolgozása terén, mivel megszünteti az akkumulátor összetételével kapcsolatos bizonytalanságok nagy részét.
Ugyanakkor az, hogy a digitális útlevelet az újrafeldolgozók a gyakorlatban is tudják használni, várhatóan csak jelentős késéssel fog megvalósulni. Az akkumulátorok minimális élettartama ugyanis 8 év, tényleges élettartamuk pedig általában 15 évre tehető. Ez azt jelenti, hogy az első digitális útlevéllel rendelkező akkumulátorok leghamarabb 2035-ben kerülnek újrafeldolgozásra, míg az útlevél nélküli akkumulátorok még 2040-ben is használatban lesznek. Addig is sürgősen szükség van a technológiai alapokon nyugvó állapotvizsgálati és mérési technikák fejlesztésére.
Forradalmi lehetőségek az automatizálásban
Az intelligens automatizáció kulcsfontosságú az akkumulátorok biztonságos és hatékony válogatása és szétszerelése terén, mivel jelentősen megkönnyítheti az újrafeldolgozást. A képfeldolgozás- és érzékelésalapú technológia adatelemzéssel és mesterséges intelligenciával kombinálva képes azonosítani az akkumulátor típusát; a robotok elvégezhetik a veszélyes feladatokat, például az akkumulátor kinyitását, lemerítését és szétszerelését, anélkül hogy az emberi dolgozók veszélybe kerülnének, a digitalizált folyamatok pedig támogathatják az úgynevezett „aktív tömeg” szétválasztását.
Az OMRON a német DiLiRec kutatóhálózat partnere, amely kutatásait a következő három évben a lítium-vas-foszfát (LFP) katódanyag fenntartható újrafeldolgozási folyamatainak fejlesztésére összpontosítja. Az LFP hatékony újrafeldolgozásához elengedhetetlen az akkumulátorcellák válogatása, szétszerelése és elektródák lecsupaszítása, valamint az újrafeldolgozás során keletkező adatok rendszerezett rögzítése. Az OMRON a rendszerbe robotikai, adat-analitikai és mesterséges intelligenciával vezérelt képfeldolgozás- és érzékelésalapú megoldásokat hoz, az akkumulátorgyártókkal, kutatókkal és újrafeldolgozókkal együttműködve.
Európa akkumulátorgyártási önállóságának hiánya veszélybe sodorja az elektromobilitás és az energiaipar jövőbeni növekedését. A régió akkumulátor-újrafeldolgozó infrastruktúrájának fejlődése kulcsfontosságú az ezen iparágak számára szükséges nyersanyagellátás biztosításához, valamint a körforgásos gazdaság megteremtéséhez, amely elengedhetetlen az akkumulátor alapú technológiák fenntarthatósági lehetőségeinek kiaknázásához. Az akkumulátorok válogatásának és szétszerelésének automatizálása apró, de döntő fontosságú lépés ebben a folyamatban. Az OMRON pedig büszke arra, hogy részese annak a folyamatnak, amely elősegíti ezt az átalakulást.
További részletekért lépjen velünk kapcsolatba!