Рециклинг аккумуляторов: вторая жизнь на пенсии – не конец, а новое начало

Сейчас, наверно, некоторые подумали, что это статья о проходящей у нас в стране пенсионной реформе, но нет, не про неё. Речь, в очередной уже раз, зайдёт об электромобильных аккумуляторах и их судьбе после того как они отработают свой срок на автомобиле.

К этой теме приходится снова и снова возвращаться, так как из стана наших оппонентов с такой же периодичностью приходится слышать притворные стенания, чуть ли не с заламываниям рук, по поводу вреда экологии, который несут литиевые аккумуляторы, как при их производстве, так и, что самое главное, после того как они отработают свой срок в машине.
Про момент производства говорить не буду, так как практически любое производство можно назвать вредным, если его вести халатно по отношению к работникам, занятым на нём, и к окружающей среде. Тут важно соблюдать все нормы экологической и производственной безопасности, в противном случае надо будет вообще закрывать любое рудное и металлургическое производство, и откатываться в каменный век.

А вот момент после отработки своего ресурса этих батарей на автомобиле, для нас сейчас более интересен. Да, да, оппоненты думают, что после автомобиля литиевые батареи окажутся в канаве на обочине, как старый, и всем известный, свинцово-кислотный аккумулятор. Не знаю, откуда такие у них мысли, может им, просто лень самим поискать информацию. Может они не знают, что даже свинцовые аккумуляторы сейчас перерабатывают. Всё может быть.

Хотел написать эту статью ещё больше месяца назад, но что-то всё время она откладывалась. И хорошо, на самом деле. Потому что периодически появлялась новая информация, дополняющая эту обзорную статью, и развенчивающая мифы псевдо экологистов.

Кратко, жизненный цикл аккумуляторного блока современного электромобиля можно уже сейчас делить на три временных отрезка:

– работа на автомобиле,
– работа в Системах Накопления Энергии (СНЭ),
– переработка

Срок жизни батареи на автомобиле.

“А какой ресурс у аккумуляторов электромобилей?” – это один из самым задаваемых вопросов. На него есть два ответа, один исходит из итогов стендовых испытаний, другой из жизненного опыта владельцев электрокаров.
Так как технология производства самих батарей, их форм-фактор и блока, который ставится на машину (есть ли в нём терморегуляция, насколько правильно настроена зарядная система…) разнятся от производителя к производителю, то соответственно и их ресурс так же будет различным, но не на порядки, а на проценты.

К примеру, данные о деградации батареи в электромобилях Tesla свидетельствуют о том, что батареи могут сохранить большую часть своей ёмкости даже после 300000 километров пробега. Анализ охватывал 350 машин Tesla по всему миру.

По этим данным, аккумулятор электрокаров Илона Маска теряет не более 10% ёмкости за этот километраж.
Кроме того, большая часть потерь приходится на первые 100000 километров, когда деградация составляет около 5%. Далее ёмкость уменьшается более медленными темпами.
А теперь давайте подсчитаем не в километрах, а в годах. Если взять для расчёта среднегодовой пробег в 25000 км., то ресурс составит 12 лет!
Но это у Tesla, компании, которую все считают (даже представители российского концерна “Калашников” при презентации тестовой платформы своего электромобиля), пока что, непревзойдённым лидером в проектировании и производстве электромобилей.

У Nissan, на производимых сейчас Leaf, другая технология, как самих элементов, так и аккумуляторного блока в целом. Она, видимо оказалась менее удачная, чем у Tesla, что сказывалось на ресурсе батареи. Поэтому компания продаёт своё аккумуляторное производство, и переходит на блоки от LG Chem.

Но и те аккумуляторы, которыми сейчас всё ещё комплектуются Nissan Leaf, имеют ресурс, исчисляемый многими годами. И тут нам в помощь, в качестве реального жизненного примера, приходит дальневосточный рынок электромобилей. Просматривая множество видео от наших коллег из Владивостока, вы могли заметить, что бэушные автомобили, доставленные из Японии, возрастом от 3 до 6 лет, имели остаточную ёмкость аккумулятора около 90 до 65% соответственно. И даже самые старые машины, с самым низким показателям остаточной ёмкости, будут бегать по нашим дорогам ещё, можно предположить, до 5 лет. И лишь по истечении этого времени (в общей сложности 10-12 лет эксплуатации), когда ёмкость батареи упадёт ниже 50%, встанет вопрос о её дальнейшей судьбе. И умный, и рачительный хозяин, никогда не скажет, что дальнейший путь такого аккумулятора лежит на свалку.

Вот и считайте, на какое время реальной эксплуатации хватает ресурса батареи.

Рециклинг – Вторая жизнь

“Вторая жизнь” аккумуляторов электромобилей имеет точное экономико-технологическое определение – Системы Накопления Энергии (СНЭ). И вот этот сегмент рассмотрим подробнее.
Узнаем, что по этой теме думают и уже делают сейчас в разных странах, компаниях и аналитических агентствах.

Россия.

В начале июля в Роснано прошла презентация доклада Центра стратегических разработок (ЦСР) «Рынок систем накопления электроэнергии в России: потенциал развития» под редакцией заместителя Председателя Правления УК «РОСНАНО» Юрия Удальцова и директора центра развития цифровой энергетики Фонда «ЦСР «Северо-Запад», заместителя руководителя рабочей группы «Энерджинет» Национальной технологической инициативы Дмитрия Холкина.

В обсуждении доклада, который представили Юрий Удальцов и Дмитрий Холкин, также приняли участие управляющий директор по сопровождению проектов в органах власти УК «РОСНАНО» Тимур Котляр и начальник управления реализации инновационных проектов ПАО «Россети» Максим Покалюк.

По оценке авторов доклада, мир стоит на пороге «революции» в области накопления электроэнергии, чему способствуют два разнонаправленных фактора. С одной стороны, по всем прогнозам, мировое потребление электроэнергии будет стремительно расти, в том числе благодаря бурному развитию электротранспорта. С другой, в целях предотвращения глобального потепления и иных климатических изменений требуется сократить выработку электроэнергии за счет сжигания ископаемого топлива, для чего необходимо развивать возобновляемую энергетику, отличительной особенностью которой является непостоянный характер генерации.

По словам Юрия Удальцова, для разрешения этого противоречия «электроэнергетика должна радикально изменить свой образ — миф о том, что электроэнергию нельзя хранить, рано или поздно рухнет, и накопители станут играть значительную роль в энергосистемах».

Согласно докладу, уже к 2025 году глобальный рынок систем накопления энергии (СНЭ) составит $80 млрд. По оценкам авторов, максимальный объем российского рынка к тому же времени может достичь $8,6 млрд. (реалистичная оценка рынка $1,5–3 млрд.).

В то время как в мире основными драйверами развития СНЭ являются активное развитие возобновляемой энергетики, эффективное функционирование которой крайне затруднено без использования СНЭ, и начало массового распространения электротранспорта, в России авторы доклада выделяют следующие 3 наиболее перспективные направления использования СНЭ:

– интернет энергии — использование СНЭ в составе распределенной энергетики (микроэнергосистемы, включая изолированные);
– новая генеральная схема — использование СНЭ в составе централизованной энергетики;
– водородная энергетика — аккумулирование электроэнергии в водородном цикле для экспортных поставок водородного топлива.

Существующие сегодня литий-ионные технологии еще некоторое время продолжат определять развитие рынка СНЭ. Однако в среднесрочной перспективе в России целесообразно формировать базу для создания систем накопления, использующих технологии нового поколения.

В числе приоритетных технологических направлений авторы доклада выделяют «пост-литиевые» электрохимические технологии (натрий-ионные, калий-ионные и, возможно, магний-ионные); проточные батареи; металл-воздушные аккумуляторы (цинк-воздушные и алюминий-воздушные батареи); водородные технологии и гравитационные накопители.

Как Вы видите, авторы доклада не только оценили перспективы направления в реальном денежном эквиваленте, в том числе и для России, но и постарались заглянуть в пост-литиевую эпоху. Безусловно, верно сделали докладчики, что продлили вектор своего видения столь далеко, надо заранее понимать к чему готовиться, и какие рынки предстоит осваивать.

Но ближайшие 20-30 лет, скорее всего, именно литиевые накопители станут основным драйвером развития СНЭ.

Bloomberg.

По данным аналитиков Bloomberg, к 2025 году более 3,4 млн. аккумуляторных блоков электромобилей “выйдут на пенсию”. И по большей степени они начнут занимать место в СНЭ – работать в сети магазинов “7-Elevens” (Япония), где будут обеспечивать накопленной энергией холодильное оборудование, давать питание на зарядных станциях электромобилей в Калифорнии и во всех США, хранить энергию для жилых и административных зданий в Европе. По их подсчётам, потенциал этого рынка в ближайшие 10 лет может оцениваться в 550 млрд. $.

Renault.

В компании создано отдельное подразделение, которое занимается именно “пристройкой” аккумуляторных блоков, снятых с электромобилей компании. Если снятая батарея повреждена (ДТП и какой-либо другой несчастный случай), то она отправляется на переработку, где из неё извлекаются все необходимые элементы и металлы, которые далее направляются на производство новых аккумуляторов. Ничего не пропадает, и не загрязняет окружающую среду.

“Живые” батареи направляются на дальнейшую работу. Уже сейчас, в сотрудничестве с некоторыми европейскими компаниями, работающими в сфере ВИЭ-генерации, аккумуляторные блоки электромобилей Renault накапливают солнечную и ветровую энергию, и ни один “зелёный” кВт не теряется. Так же батареи повторно используются в частных домах или в крупных общественных зданиях.

Ими комплектуются СНЭ зарядных станций спуперчарджеров. Таким образом, операторы этих терминалов сокращают свои расходы на электроэнергию. Две такие станции сейчас работают в Германии и Бельгии.

В компании заявляют, что экологически и экономически правильно и обоснованно использовать снятую, после 10 лет эксплуатации, автомобильную батарею на новом месте “работы”, где она получает “вторую жизнь”, по крайней мере, ещё минимум на 10 лет. Компании, ставящие бэушные аккумуляторы, получают выгоду ещё при их покупке у Renault, платя за них минимум на 30% меньше, чем за аналогичный новый элемент.

Партнёрами Renault в этой работе так же являются European ELSA project (Energy Local Storage Advanced System), Nissan и Bouygues Energies & Services.

Британская компания Powervault уже сейчас начинает проект по производству накопителей для частных домов, административных и общественных зданий, а так же квартир, в которых будут повторно использоваться элементы батарей от Renault Zoe. По предварительным подсчётам это даст потребителям до трети экономии при оплате электроэнергии.

Николас Шоттей, директор по программам, повторного использования EV батарей и инфраструктуре Renault, говорит: “Благодаря партнёрству с Powervault, Renault добавляет новый элемент в свою глобальную стратегию рециклинга батарей, которая уже охватывает большое количество промышленных и жилых зданий. Это направление нашей деятельности имеет кумулятивный эффект – электромобиль может дольше эксплуатироваться за счёт смены батареи, а снятая с электромобиля продолжает свою работу на потребителя, сокращая его расходы на электричество, и уже потом, через годы, уже окончательно выработавшая свой ресурс батарея направляется на переработку. Это беспроигрышная стратегия для автопроизводителя, для частного потребителя и конечно для экологии”.

Mercedes-Benz.

Daimler, через свою дочернюю компанию Mercedes-Benz Energy со своими партнёрами, превращает угольную электростанцию в гигантское хранилище энергии, где будут использоваться тысячи аккумуляторных модулей, отработавших свой срок в электромобиле.

Угольная электростанция Werdohl-Elverlingsen в Северной Рейн-Вестфалии, построенная в 1912 году недавно была закрыта и отдана под проект Mercedes-Benz Energy.

Проектная мощность хранилища 13 МВт*ч. Комплекс СНЭ будет использовать минимум 1920 батарейных модулей.

Проект будет использоваться для первичной балансировки мощности на немецкой электросети, в которой, в последние годы, добавился значительный объём возобновляемой энергии.
В прошлом году компания реализовала аналогичный, но более крупный объект на 17,4 МВт*ч в Херренхаузене.

Nissan.

В Бразилии, Nissan и университет Санта-Катарина заключили соглашение разработке технологий вторичного применения батарей Nissan Leaf в инновационных решениях в СНЭ.

Бразилия это потенциально очень серьёзный рынок для продукции Nissan, и когда-то встанет вопрос замены батарей на проданных в стране электрокарах компании, а учитывая потенциал Бразилии в ВИЭ, СНЭ так же становятся актуальными, то есть «вторая жизнь» электромобильных батарей.

Основная цель партнёрства состоит в том, чтобы понять, как лучше интегрировать отслужившие своё на автомобиле батареи в системах накопления энергии, чтобы обеспечить дополнительную стабильность электросети Бразилии. Учитывая, что средний расход энергии на одну семью в Бразилии составляет 170 кВт*ч в месяц, команда считает, что одна батарея может обеспечить достаточным количеством энергии домохозяйство в течение минимум трех дней.

В Японии автопроизводитель, совместно с компанией Sumimoto, в Намье (провинция Фукусима) запустили завод, задачей которого является “переработка аккумуляторных блоков электромобилей Nissan. Когда владелец электрокара “откатает” энное количество километров и ресурс его аккумулятора снизится на столько, что это уже начнёт сказываться на эффективности автомобиля, он может сдать эту батарею на завод для проведения профилактическо-восстановительных работ над ней. Ячейки, которые потеряют более 20% ёмкости, будут заменены новыми. Удалённые же ячейки, как ещё рабочепригодные пока не пойдут в переработку. Их новое назначение – системы накопления и хранения энергии на электростанциях, использующих ВИЭ, либо в аналогичных системах для частных домов. И только после практически полной выработки своего ресурса эти ячейки будут направляться на завод для вторичной переработки.

Так же, у себя на родине, в Японии, Nissan и компания 4Р Energy Corporation разработали инновационную программу освещения городка Намиэ. Это комплекс из светодиодного элемента освещения, энергия для его работы вырабатывается солнечными батареями и накапливается во встроенные в конструкцию аккумуляторы, которые в предыдущей жизни были элементами аккумуляторного блока Nissan Leaf.

Toyota.

Toyota совместно с японской электроэнергетической компанией Chubu Electric Power начинают реализацию проекта по повторному использованию и переработке аккумуляторов электромобилей. Компании подписали договор, который предполагает строительство крупной аккумуляторной системы, в которой будут повторно использоваться отработавшие батареи электрокаров, с последующей их глубокой переработкой.

На первом этапе “второй жизни” батареи будут использоваться для аккумулирования энергии, полученной от возобновляемых источников, а так же сглаживания колебаний в энергосистеме в пиковые часы. На следующем этапе “второй жизни”, окончательно выработавшие свой ресурс, батареи будут подвергнуты глубокой переработке, при которой из них будут извлекаться все полезные и редкоземельные элементы, для их повторного использования.

В итоге мы получим замкнутый цикл “жизни” электромобильных аккумуляторов, при котором не будет загрязняться окружающая среда и создадутся новые рабочие места в сегментах повторного использования и переработки. О начале реализации подобной программы ещё в прошлом году заявили в Рено. Учитывая то, что у нас в России уже есть как минимум три производителя литиевых батарей, можно предположить, что подобная программа “второй жизни” электромобильных батарей будет когда-то реализована и у нас.

Нидерланды. Амстердам.

Владельцы Йохан Кройф Арены (теперь так будет называться в прошлом Ajax (Amsterdam) Арена) подняли планку инфраструктуры современного стадиона на новый, для многих пока недосягаемый уровень. Новая энергетическая составляющая спортивного сооружения не только отвечает всем параметрам энергоэффективности, но и экологичности.

Из отработавших свой срок на электромобилях Nissan аккумуляторов, при сотрудничестве с компанией Eaton и Mobility House, на Ajax арене создали накопитель электроэнергии на 3 МВт. Система состоит из 280 аккумуляторных блоков от Nissan LEAF. Контракт между Nissan, Eaton, The Mobility House и Ajax арена рассчитан на 10 лет.
Система хранения энергии обеспечит резервное питание, значительное сокращение, а по возможности и полный отказ от использования дизель-генераторов, система способна обеспечить сглаживание пиков в энергетической сетке, которые происходят во время концертов.
Так же по периметру крыши стадиона смонтированы 4200 солнечных панелей, которые так же вносят свой вклад “зелёную”, инновационную составляющую стадиона.

В проекте инновационного преобразования стадиона приняли участие Nissan, Eaton, The Mobility House, Городской совет Амстердама, Amsterdam Smart City, Huawei, Microsoft, Signify, Honeywell и Royal BAM Group.

Пол Вилкокс, председатель Nissan в Европе, – “Nissan известен своими инновациями, особенно, что касается наших электромобилей, и мы гордимся тем, что с помощью составляющих наши автомобилей будут создаваться гибкие системы управления энергией больших коммерческих и спортивных сооружений”.

Хенк Маркеринк, генеральный директор Амстердам Арена, – “Мы видим огромное преимущество в технологиях устойчивого развития. Теперь мы сможем сохранить всю произведённую, с помощью солнечных панелей и вертрогенераторов, энергию и её использовать, когда нам это нужно. Это большой шаг вперёд. Амстердам Арена становится первым стадионом в мире, который не будет использовать «грязную» электроэнергию, сгенерированную от ископаемого топлива”.

Швеция.

Компания “Box of Energy” совместно с компанией-застройщиком “Robert Dickson Foundations“, в Гётеборге реализовали проект по обеспечению новых жилых домов аккумуляторной системой аварийно-автономного энергоснабжения.

Эти аккумуляторные блоки так же собраны из элементов снятых с электромобилей.

Вот что пишут в самой компании: “Люди удивляются, почему мы решили повторно использовать батареи уже бывшие в употреблении, а не ставить новые, вот почему: Аккумулятор электромобиля обычно заменяется из-за снижения мощности, которая имеет большое значение при ускорении автомобиля, но её показатели по-прежнему достаточно высоки, 60 – 80% ёмкости от первоначальной.

В энергетическом хранилище использование батареи очень отличается от того режима, в котором она работала на автомобиле, и тут остаточная ёмкость меньше важна.
В итоге, мы получаем к использованию высококачественную батарею с ещё довольно большим ресурсом. Было бы очень не правильно выбрасывать продукт с запасом рабочего ресурса в 60-80% от первоначального.
Конечно, перед установкой на новое место работы, каждый аккумуляторный элемент проходит проверку на качество и безопасность”.

Южная Корея.

В Южной Корее на острове Чеджу, при поддержке Министерства торговли, промышленности и энергетики, на территории строящегося Jeju Technopark, реализуется проект по переработке батарей от электромобилей. Планируется возвести трёхэтажный производственно-исследовательский корпус, площадью 2458 квадратных метров. В комплексе будут находиться цех проверки батарей, цех по их разукомплектованию и разделению на составляющие элементы, которые потом будут пущены в повторное производство, и исследовательская лаборатория. Проект является партнёрством между Корейской Ассоциацией производителей батарей, Korea Automotive Technology Institute и Национальным университетом Чеджня.
Инвестиции в проект составляют 14,5 млн.€.

Китай.

В Китае так же разрабатывается и реализуется комплексный подход в этой теме, а так как Поднебесная уже сейчас является крупнейшим производителем и рынком сбыта электромобилей, то это абсолютно естественно, и может рассматриваться как один из примеров решения проблемы. Хотя, не совсем верно говорить о “проблеме”, это, скорее, новые возможности, новые сектора будущей экономики.

Китай произвел более 400 тысяч электрических автомобилей за первую половину этого года и планирует нарастить до 2 млн. электромобилей в год в течение следующих двух лет в рамках национальной стратегии ZEV.

Том Чжао, управляющий директор по глобальным продажам в BYD’s battery group, говорит: “Уже сейчас статистика показывает, что батареи на электромобилях меняют, либо продают сами машины, когда их остаточная ёмкость находится в пределах 50-70 % от начальной. Конечно же, это совсем не тот показатель, при котором батарею необходимо пускать в переработку, они ещё долго могут работать в других системах (СНЭ), в более щадящих режимах, нежели на автомобиле”.

Министерством промышленности и информационных технологий Китая принята программа по стимулированию создания нескольких, а точнее 17-и, локальных центров рециклинга и переработки батарей. Одними из непосредственных реализаторов этой программы станут сами автопроизводители. То есть на этих предприятиях будет производиться проверка снятых батарей, повреждённые направляться на переработку, а ещё рабочие будут направляться в СНЭ. Ничто не будет выброшено на свалку.

P.S.

Как Вы видите, из всех этих примеров, вопрос о так называемой “утилизации” отработавших аккумуляторов электромобилей не просто прорабатывается, но уже во многих случаях реально решается. Это уже есть, и это факт. Тем, кто снова будет задавать вопрос на эту тему, я бы посоветовал не наигранно лукавить, представляя из себя борцов за экологию, а предложить реальные, лучшие альтернативы. Поле для деятельности, исследований и прорывных стартапов немеренное. Будущая электромобилизация, это вовсе не проблема, это новые возможности для умных и деятельных людей и команд.

В статье использовались материалы Роснано, ЦСР, Bloomberg, Renault, ELSA и других…