A Lítium – ion akkumulátor gyártás és újrafeldolgozás környezeti hatásai
Decemberi összejövetelünk alkalmával Záray Gyula az ELTE professzor emeritusa, az MTA doktora, a HUN-REN Ökológiai Kutatóközpont Környezetkémiai kutatócsoport tudományos tanácsadója volt vendégünk és előadónk. A Lítium – ion akkumulátor gyártás és újrafeldolgozás környezeti hatásai címmel tartott előadást.
A téma aktualitása nyilvánvaló, hazánk akkumulátor gyártó „nagyhatalommá” válása kapcsán professzor úr az MTA tudomány napi előadássorozat keretében is ebben a témakörben tartott előadást. A történet 1991-ben kezdődött, amikor a Sony kereskedelmi forgalomba hozta a lítium-ion akkumulátorokat.
Az alap konfliktusok egyike a lítium-ion akkumulátor (LIB) gyártás kapcsán a katódréteg előállítása, amelynek során egy alufóliára metil-pirrolidon (NMP) oldószert, polivinilidén-difluorid (PVDF) kötőanyagot és kobalt, nikkel, mangánoxidokat tartalmazó szuszpenziót visznek fel, majd az oldószert kb 160 C hőmérsékleten elpárologtatják, amikor kialakul a vékony katódréteg. Bár az oldószergőzöket kondenzáltatják egy csekély mennyiség mégis kijut a külső légtérbe. A komáromi és gödi beruházások idején még 150 mg/ köbméter volt az engedélyezett határérték, amely 2028-tól 1mg/m3, értékre módosul. Ezek a határértékek viszont csak akkor érnek valamit, ha azok betartatásáról a környezetvédelmi hatóságok gondoskodnak, amelyhez nélkülözhetetlen megbízható monitoringrendszerek használata. Mindez előfeltétele lenne a lakosság akkumulátor gyárakkal szembeni ellenszenvének a lecsillapítása, mert ezt is lehetne jól és megbízhatóan csinálni. Kínában az akkugyárak általi NMP emissziót folyamatosan monitorozzák és az adatokat a hatóság is online követheti.
Szó esett az akkumulátorgyártásban várható trendekről, melyek a legutóbbi időkig exponenciálisan növekvő jelleget mutattak, de most megtorpant ez a folyamat. A kisebb piaci igények mellett hazánkban komoly gondot okoz a használt akkumulátorok újrafeldolgozásának megoldatlansága. Komoly feladatot jelent majd az ipari szennyvíz kibocsátás és tisztítás megbízható megoldása, ami a Duna jelentős vízhozama (átlagosan 2350 köbméter/s) és hígító hatása mellett is jelentős kihívás. Például Budapest ivóvíz ellátásának döntő részét a Szentendrei szigeten lévő partiszűrésű kutak adják, amelyekben a homokszemcséken és kavicsok felületén kialakult biofilmekben élő baktériumok végzik a különböző szerves molekulák lebontását. Szénforrás igényüket azon molekulák lebontása útján fedezik, amelyekre adaptálódtak. Újonnan kifejlesztett, un. stratégiai jelentőségű adalékanyagok (perfluorozott alkil-vegyületek) gond nélkül átjutnak ezen szűrőrétegeken. Ezért a befogadó felszíni vízbe való juttatás előtt kell ilyen anyagok jó hatásfokú eltávolításáról gondoskodni.
Beszéltünk arról, hogy hazánkban jelenleg 26 helyen vannak LIB beruházások, ebből négy településen selejtes és hulladékfeldolgozásra alkalmas üzemek létesültek. Döntően a beruházó gondoskodik az alapanyagokról, a környezet terhelés szempontjából kritikus az említett NMP, és a zaj, továbbá a gáz, szállópor és a vízszennyezés. Ugyanakkor jelentősek a visszaforgatási és az energia megtakarítási lehetőségek. Áttekintettük a LIB alkotó elemeket, elektródok, szerves elektrolit, szeparátor, és a kritikus adalékanyagok (égésgátlók, vezetőképesség növelők, film képzők, túltöltés gátlók) szerepét.
Jelentős probléma az élettartam és az újrahasznosítás, feldolgozás. Ezek az akkuk jellemzően 40-600 km hatótávolságúak, 8-10 év élettartammal. Kapacitásuk évi 2,3 %-al csökken, a használt akkumulátorokat jellemzően energia tárolásra használhatják, például házi naperőműveknél. Az újrafeldolgozásnál kulcskérdés a fémek hasznosítása, visszaforgatása. Nálunk elvileg a MOHU feladata, de érdemi döntés még nem született. Kínai technológia rendelkezésre áll, és a BASF Németországban 2023 már beindította recirkulációs üzemét. Plusz probléma a veszélyes anyagok országon belüli szállítása. Az újrafeldolgozási technológiával kapcsolatban komoly követelmények fogalmazódtak meg, visszanyerés, energiafelhasználás, levegő és szennyvízszennyezés, folyamatos monitoring, és a technológia leállítás lehetőségének vonatkozásában.
Újrahasznosítás, (urban mining) lépései: kisütés oldatban, szétszerelés, pirometallurgia, hidrometallurgia, direkt technológia, amely robotokat igényel és kizárja a kétkezi munkát. Az ólomakkumulátor gyártásnál még szkafandert kellett viselni a munkásoknak az ólomelektródok öntésénél, és egy helyszíni látogatásunk során a munkások már alig várták, hogy elmenjünk, hogy végre levehessék a légzésvédőt. A 3R törekvések problémája – reduce, reuse, recycle – csökkentés, újrahasznosítás, visszaforgatás -. Kisütés, szétszerelés, őrlés, szeparálás, black mass, a fekete por problémája. Mechanikai + hidrometallurgia, a nagy tisztaságú anyagok, a magas visszanyerés lehetősége, komoly víz tisztítási igény. Az „alkatrész csere” ill. az akku modulok reménye. A hidrometallurgiai eljárások összevetése üvegházi kibocsátás szerint. Áttekintettük a direct recycling technológia lépéseit. Felmerült az akku modulok tervezése az újrahasznosítás szempontjából, pl. lézertechnológia a szétszerelésénél, a témát egy EU projekt is kezeli, vizsgálja. Fontos a battery passport, a termék útlevél bevezetése. Szó volt az újrahasznosítás környezeti hatásvizsgálati paramétereiről, a környezeti hatások minimalizálási feltételeiről.
Lényeges teendő a kémiai adalékok ismeretlen hatásainak feltárása, pl. égésgátlók. Zárt ciklusú LIB gyártás, valós idejű monitoring rendszer igénye. Iparpolitikai döntések megalapozása, fenntarthatóság, energia és víz igények, víz kezelés, telepítési, szállítási szempontok, helyi közösségek, hatósági kontroll. V.ö. Éltető Andrea cikkei – Világgazdasági Intézet. Döntéshozói ajánlások. Alapkonfliktus, a lítium koncentrációja a kommunális szennyvíztisztítók ki és befolyóiban azonos. A lítium koncentrációja a magyar Duna szakaszon 3-4 ppb értékkel jellemezhető. És végül az ivóvíz lítium koncentrációja és a demencia kialakulási valószínűsége közötti összefüggések alapján az ivóvízben bekövetkező Li-koncentráció növekedés egy ideig még növekvő demencia hajlamot prognosztizál, de 10-15 ppb-nél már jelentős csökkenéssel számolhatunk . Mozgékony elemről van szó, ami könnyen átjut a szűrő, tisztító rendszereken.
Éltető Andrea cikkeiből:
https://hvg.hu/gazdasag/20240829_akkuipar-elteto-andrea-akkugyartas-tanulmany
https://kulgazdasag.eu/article/1723
https://vgi.krtk.hu/publikacio/elteto-a-akkumulatorgyartas-magyarorszagon/
Prezentációja: