Použité baterie. Odpad nebo komodita?

Využití lithiových baterií pro skladování elektrické energie nabralo ve spojení s elektromobilitou a rozmachem moderní energetiky velmi dynamický růst. Jedním z klíčových parametrů baterií je jejich životnost a s ní je spojená otázka, jak by bylo možné baterie využít v době, kdy pro svůj primární účel již neslouží.

Použité baterie. Odpad nebo komodita?

ABSTRACT: A 20 to 30 percent drop in battery capacity for electric vehicles means an impetus to replace the battery with a new one. However, for one so discarded, this may not only mean recycling, but in many cases it can be used for other (usually stationary) applications.


POSTUPNĚ VYLEPŠOVANÝ POMĚR CENA/VÝKON

Globální nárůst výroby baterií lithiového typu je predikován mezi roky 2020 a 2025 na trojnásobek. Postupné snižování výrobních cen lithiových článků tento trend ještě urychlí. Zlevňování je umožněno zaváděním masové výroby baterií a investic do výzkumu nových výrobních postupů. Jedním z takových výsledků inovací ve výrobě baterií je například menší materiálová náročnost na jednu vyrobenou kilowatthodinu baterie. 

To se týká hlavně drahých materiálů, jako je lithium, nikl, kobalt, či mangan. Tento trend lze zobecnit jako každoroční zlepšení kvalitativních parametrů lithiových článků o 10 %, nebo zlevnění chcete-li. Nečekáme razantní inovace skokového zlepšení kvality baterií zdvojnásobením měrné kapacity nebo životnosti, zatím takové vynálezy neopustily prostory laboratoří.


KONEC ŽIVOTNÍHO CYKLU: RECYKLACE ČI DALŠÍ VYUŽITÍ?

Častou otázkou vedle uhlíkové stopy výrobního procesu je, co se stane s bateriemi na konci jejich životnosti a jak zatěžující je pro životní prostředí jejich likvidace. Ostatně jejich životnost je konečná a je zásadním parametrem pro jejich uplatnění napříč různými oblastmi. 

Výrobci dávají garanci na životnost baterií definovanou v letech, počtech nabíjecích cyklů nebo pro elektromobily v najetých kilometrech a vztahuje se k poklesu kapacity baterie o 30 % či 20 % z její nominální hodnoty. Pro elektromobily jsou obvyklé garance 8 let nebo 160 000 km. Pro průmyslové úložiště je záruka na životnost mezi třemi až deseti tisíci cykly. 

Taková variabilita životnosti baterií je dána jak různými typy lithiového chemizmu, tak způsobem, jakým je baterie provozována. Jedna z nejzajímavějších studií reálné životnosti lithiových baterií provedená na šesti tisících elektromobilech byla publikována společností GEOTAB (https://www.geotab.com/blog/ev-battery-health/), kde byl změřen meziroční pokles kapacity o průměrných 2,3 %. Pokud vezmeme v úvahu, že zmíněná studie pracovala s automobily vyrobenými kolem roku 2015, lze s velkou jistotou předpokládat, že v současnosti vyráběné elektromobily budou disponovat ještě lepší životností, která bude výrazně přesahovat aktuálně garantovaných 8 let. 
 

Zleva 2 x LiFePO4 články a 2 x Li-Ion moduly připravené pro Second life aplikace
Zdroj: archiv autora

 

Právě to, že degradace lithiových baterií probíhá lineárně, je velmi pozitivní vlastnost, která umožňuje pracovat na celkovém prodloužení životního cyklu baterií využitím konceptu „second life“ a prodloužit celkový životní cyklus lithiových článků až na více jak dvojnásobek. A tím se dostáváme k původní otázce: „Co se děje s lithiovými bateriemi na konci jejich životnosti?“. Odpověď je, že konec životnosti baterie v jednom produktu může znamenat začátek dalšího životního cyklu té samé baterie v jiném, a to předtím, než dojde k její finální recyklaci. 

Jedním z takových příkladů je společnost Lime provozující platformu sdílených elektrokol, která poskytuje použité baterie z bateriových bicyklů firmě Gomi, kde napájí přenosné reproduktory a zajistí na jedno nabití reprodukci hudby až na 20 hodin. Takové projekty najdeme i v České republice. Firmy IBG Česko a AERS vyvinuly ve spolupráci se Škodou Auto průmyslové bateriové úložiště s využitím vysloužilých bateriových modulů z elektromobilů a plug-in hybridů. Do jednoho takového úložiště lze instalovat baterie až z pěti vozů ENYAQ iV. 

Obdobně využívá použité bateriové články firma GWL, která dodává bateriové články pro pohon elektrobusů a následně jim umí vdechnout nový život ve formě stacionárních baterií, zálohujících provoz čistíren odpadních vod. 

Tento způsob cirkulární ekonomiky nejenom výrazně snižuje celkovou uhlíkovou stopu lithiových baterií, ale zásadně vylepšuje komerční stránku jejich životního cyklu, protože jak bylo v nadpise naznačeno, stává se z nich komodita. Teprve v okamžiku, kdy již lithiové články nelze dále provozovat, nastává čas pro jejich materiálovou recyklaci. 


NÁZORY NĚKOLIKA SPOLEČNOSTÍ

Na závěr přinášíme zajímavé odpovědi českých firem, které jsme oslovili v souvislosti s problematikou životnosti a recyklace lithiových baterií.

1) Máte jako dodavatel lithiových bateriových systémů nebo výrobků obsahujících lithiové baterie zkušenost s jejich plánovanou, případně deklarovanou životností ve smyslu, jestli předčila reálná životnost lithiových baterií vaše očekávání nebo naopak? 

2) Máte již praktickou zkušenost se zpětným odběrem lithiových baterií od svých zákazníků ve smyslu, zda vám vaši zákazníci použité lithiové baterie vracejí?

3) Jakým způsobem řešíte další nakládání s použitými lithiovými bateriemi? 

4) Jakým způsobem dochází k likvidaci použitých lithiových baterií, které odeberete zpět od svých zákazníků? 

 

IBG Česko s.r.o., Stanislav Cingroš, Development Manager: 

1) Bateriové systémy například pro ukládání energie, jsou na trhu relativně krátkou dobu, aby bylo přesně změřeno, jaká je jejich reálná životnost. Ale podle dosavadních zkušeností je reálná degradace (tedy úbytek kapacity energie při používání lithiové baterie) vždy v mezích, které uvádí výrobce u nových baterií. Přesnější data budeme mít z instalovaných systémů a trakčních baterií v horizontu dalších několika let. U takzvaných 2nd life baterií, které také využíváme do bateriových systémů, je naměřený úbytek kapacity cca do 2 % za rok.

2) Ano, máme již reálnou zkušenost se zpětným odběrem lithiových baterií, jak z bateriových systémů, tak u prodávaných trakčních baterií využívaných v manipulační technice. 

3) Nakládání s použitými lithiovými bateriemi řešíme vlastní kapacitou, kterou rozdělujeme na dva směry. Za prvé takzvaným „Second life využitím“ a za druhé „Systémem materiálového využití“. Unikátnost celého procesu spočívá v těsném propojení energetické recyklace „second life“ a „materiálové recyklace“. 

4) Máme nastaveno sofistikované logistické řešení včetně klasifikace baterií a jejich kvalifikované demontáže, které umožnuje optimalizaci nakládání s použitými lithiovými bateriemi a celého recyklačního procesu. Před samotnou likvidací lithiových baterií se u části baterií řeší jejich využití v „Second life procesu“, který zahrnuje sběr a třídění baterií a jejich využití ve speciálních vysokokapacitních energetických úložištích, které mohou poskytovat služby v rámci energetické soběstačnosti a systémových služeb. Likvidace lithiových baterií probíhá takzvaným „Systémem materiálového využití“, který je zaměřen na komplexní vyžití veškerých materiálů tvořících Li-Ion trakční baterie včetně plastů, kovových aj. obalů, elektrolytů a zejména na získávání cenných prvků (kobaltu, lithia, manganu, niklu aj.) a rovněž i zpracování odpadních lázní a dalších odpadů sekundárně vznikajících při samotné recyklaci.


Bateriové úložiště využívající „vysloužilé“ baterie z elektromobilů, projekt IBG, AERS pro Škoda Auto 
Zdroj: IBG Česko

 

GWL s.r.o., Michal Klečka, zakladatel, spolumajitel:

1) My v GWL se z ideových a bezpečnostních důvodů zabýváme pouze lithium železo fosfátovými bateriemi (tzv. LiFePO4), které mají díky nižšímu nominálnímu napětí výrazně vyšší počet cyklů. Díky tomu jsou LiFePO4 baterie velmi trvanlivé a běžně vydrží mnoho desítek let plného provozu. Každý den se tak znovu a znovu ujišťujeme, jak jsme byli dříve zbytečně pesimističtí. Ale jak se říká, „better safe then sorry“. Dodnes mě třeba fascinuje dva roky starý příběh 180 kusů lithium železo fosfátových článků o původní celkové kapacitě 173 kWh, které jsme po pěti letech vyndali z elektrobusu. Tam měly najeto mnoho set tisíc kilometrů v příšerných podmínkách zimy, tepla a rychlonabíjení. Změřili jsme je a reálná kapacita baterie byla ještě 144 kWh, tedy po těchto pěti drsných letech klesla o méně než pětinu. Baterii jsme přesunuli do stacionárního úložiště, ve kterém chrání čistírnu odpadních vod proti výpadku elektrické sítě a tam slouží dodnes. Už tomu budou dva roky a kapacita od té doby již dále neklesla - podmínky provozu v čističce jsou řádově mírnější než v autobuse.

2) Naštěstí a zároveň „bohužel“ nemáme. Bohužel proto, že bychom si rádi vyzkoušeli reálný business case recyklace a také to, jak skutečně funguje dodavatelský řetězec. Náš zákazník, firma Kyburz ze Švýcarska, má na tento účel vyvinutou plně automatizovanou recyklační linku. Již dlouho slibujeme, že jakmile budeme mít co, ihned jim nějaké staré baterie pošleme. Výsledek? Ještě od nás nic nedostali.

3) Bavíme se tedy hypoteticky – pokud by se k nám dostaly LiFePO4 články vyřazené z nějaké aplikace, jako první bychom provedli měření, abychom věděli, v jakém jsou stavu. To lze poměrně přesně stanovit. Pokud bude jejich opotřebení menší než cca 30 %, budeme uvažovat o jejich využití v rámci stacionárních energy storage projektů. To jsou různé záložní zdroje, špičkovací úložiště či fotovoltaické elektrárny. Vzhledem k lineárnímu charakteru snižování kapacity v průběhu cyklování tam budou skvěle sloužit ještě mnoho let či dokonce desítek let. Pokud bychom naměřili opotřebení vyšší, než cca 40 %, lze předpokládat, že náklady na vestavbu takových článků do nějakého úložiště již převýší úsporu vzniklou použitím second life baterií. Pak bychom asi volili cestu recyklace, což by byl zároveň náš první business case.

4) Když tak pátrám v paměti, tak jsem si vlastně vzpomněl ještě na jeden případ, který ale s businessem nemá příliš společného. Jeden náš zákazník si díky vadné BMS a chybné manipulaci s články osm z nich zničil a jejich kapacita klesla z původních 300 Ah na méně než polovinu, cca 120 až 140 Ah. Také vnitřní odpor vlivem nafouknutí článku a poškození elektrod uvnitř vzrostl asi na desetinásobek. Už jsme je chtěli poslat na recyklaci, ale nakonec se náš technik rozhodl, že je zkusí použít jako startovací baterii do stavebního bagru, kde mu zrovna odcházela klasická olověná baterie. A co myslíte? Má je tam dodnes a startuje i v mínus 10 stupních.

 

EVC Group s.r.o., Jan Vejbor, Obchodní ředitel:

1) Většina bateriových systémů přečká o 1–2 roky standardní 5 letou záruku, životnost pak může být celkových 7–10 let, dle typu článků a intenzitě nasazení.

2) Ano, děje se běžně.

3) Odevzdáváme dále, připravujeme vlast­ní zpracování.

4) Částečná materiálová recyklace nebo spalovna.

 


O AUTOROVI

Ing. Petr Gaman je technologický konzultant a expert pro oblast elektromobility, bateriových systémů a nabíjecí infrastruktury s více jak 20letou praxí v elektrotechnice se zaměřením na inženýring a VaV. 

Kontakt: gaman.petr@aers.cz

Tomáš Brejcha

Související články

Cash Only: Začíná vodíkové století. Promarní Česko svoji šanci?

Martin Jašminský, Zuzana Kubátová a Jiří Zatloukal komentují dění v českém byznysu. Přinášíme vám webovou podobu newsletteru Cash…

Jak dlouho vydrží baterie vytápět elektromobil v koloně

Nejen v zimě se může stát, že na mnoho hodin uvíznete v dopravní zácpě. A někteří odpůrci elektromobilů tvrdí, že v takovém autě u…

ŠKODA AUTO dodá 131 elektromobilů ENYAQ iV pro potřeby Komerční banky

Společnost ŠKODA AUTO dodá ve 2 etapách celkem 131 elektromobilů ENYAQ iV Komerční bance. Budou sloužit jako služební vozidla zamě…

Obyvatelé Kolovče u Domažlic budou 26. února hlasovat o větrných elektrárnách

Obyvatelé Kolovče na Domažlicku se 26. února v referendu rozhodnou, zda chtějí, aby na okraji městyse vyrostly dvě větrné elektrár…

Nejbohatší člověk v Asii chystá rozsáhlé investice do zelené energie

Mukeš Ambani, což je nejbohatší člověk v Indii i v celé Asii, investuje v západoindickém státě Gudžarát šest bilionů rupií (1,7 bi…

Kalendář akcí

Bezpečnost vyhrazených technických zařízení a prováděcí předpisy

18. 01. 2022 08:45 - 12:15
U Plynárny 223/42, 140 00 Praha 4
Školení je určeno pro vlastníky a provozovatele plynových kotelen, odběratele zemního plynu, stavebně montážní organizace, revizní technik...

Ekologie a její budoucnost

27. 01. 2022 08:30 - 12:30
Hotel Voroněž, Křížkovského 47, Brno
Předmět diskuze: Nový zákon o odpadech, nový Operační program Životní prostředí, nová data o odpadech (Ing. Jan Maršák, ředitel Odboru odpadů, Mini...

Diskuzní fórum na PKO a projektování PKO při výstavbě plynovodů 2022

27. 01. 2022 08:45 - 14:35
online
Diskuzní fórum je určeno pro technické a provozní pracovníky plynárenských společností, zástupce stavebních společností, zástupce proje...

Monitoring maloobchodního trhu s elektřinou a plynem

27. 01. 2022 15:00 - 19:00
online
Hned v lednu zve ERÚ na webinář k monitoringu maloobchodního trhu s elektřinou a plynem. On-line seminář proběhne ve čtvrtek 27. ledna 2022 od 15:00 h...

Partneři portálu

ENERGY-HUB je moderní nezávislá platforma pro průběžné sdílení zpravodajství a analytických článků z energetického sektoru. V rámci našeho portfolia nabízíme monitoring českého, slovenského i zahraničního tisku.

65746
Počet publikovaných novinek
1983
Počet publikovaných akcí
742
Počet publikovaných článků
ENERGY-HUB využívá zpravodajství ČTK, jehož obsah je chráněn autorským zákonem.
Přepis, šíření či další zpřístupňování jakéhokoli obsahu či jeho části veřejnosti je bez předchozího souhlasu výslovně zakázáno.
Drtinova 557/10, 150 00 Praha 5, Česká republika