リチウム電池のリサイクルをリードする

運命の朝が来て、キーをひねるだけで車が爆音を立てて復活するのではなく、電気系統の悲しい状態に不満を感じてうめき声を上げたとき、あなたの道は明らかです。新しいバッテリーが必要です。自分でやるか、思考を放棄して他の人に仕事を任せても、最終的な結果は同じです。新しい鉛蓄電池を手に入れると、古い鉛蓄電池は取り除かれて粉砕され、ほぼ完璧な閉ループシステムで新しい電池に生まれ変わります。

これを、最終的にゴーストが消えたときにラップトップのバッテリーに何が起こるかを比較してください。私たちの中には、パックを開けて、おそらく不良セルを 1 つ見つけて、そのパックを修理するか、正常なセルを再利用する人もいます。しかし、使用済みのリチウムベースのバッテリーパックのほとんどは、通常のゴミ箱に捨てられるか、最善の意図を持って青色のリサイクル箱に入れられますが、最終的には埋め立て地に送られるのが一般的です。

鉛バッテリーとリチウムバッテリーの違いはなぜですか? 一見似ているように見えるこの 2 つのテクノロジーは、なぜ一方のバッテリーが材料の 98% をリサイクルできるのに、もう一方は廃棄する方が安価であるのかを決定付けているのでしょうか? そして、電気自動車のバッテリーパックが大量に廃棄物の流れに入り始めたとき、将来的にはどのような影響があるのでしょうか?

鉛蓄電池とリチウムイオン電池のリサイクルの違いを理解するには、時間と化学という 2 つの主要な要素に集約されます。時間の問題については、ボンネットの下にある大きな分厚いバッテリーがかなり古いテクノロジーであることを考慮してください。鉛蓄電池は自動車と同じくらい昔から存在しており、その後も存在します。そのため、インフラストラクチャの点では、リチウムベースの他社よりも 1 世紀以上先を行っています。私たちはこれらのものを永遠に使用しており、ライフサイクル管理に真剣に取り組んできました。ゆりかごから墓場まで、そして再びゆりかごに戻るまで、鉛蓄電池は大規模かつ高度に統合された製造および流通システムの恩恵を受けていますが、これはリチウムイオン業界にはまだ開発の時間がありません。鉛蓄電池のインフラストラクチャでは、バッテリーを小売業者に配送してリサイクル業者に返送するのとまったく同じトラックがよく使用されます。

自動車用バッテリーの急速な回転によって、時間も影響します。車のバッテリーの平均寿命は、多少なりとも約 4 年です。現在、車の平均寿命は約 11 年であるため、各車は耐用年数が経過するまでに 3 個以上のバッテリーが使用される可能性があります。電気自動車やハイブリッド車の場合、バッテリーパックは車両の耐用年数の間持続するように設計されているため、事故が起きて車両に巻き付けられた車両が役に立たなくなる場合を除いて、リチウムイオン電池パックはほとんどリサイクルの流れに加わることはありません。鉛蓄電池と同じくらい頻繁に。これは、ラップトップや電動工具などの消費者製品のリチウムイオン電池パックの数によって多少打ち消されます。これらは、電気自動車やハイブリッド車のリチウムイオン電池よりもはるかに早く廃棄物の流れに入ります。しかし、これらの数値は、毎日リサイクルされる鉛蓄電池の数と比較すると、方程式の四捨五入誤差です。

化学に関しては、物体内の材料の混合が単純であればあるほど、リサイクルが容易になります。アルミニウムと塗料だけのアルミニウム缶は、少し熱を加えるだけで驚くほど簡単に再生できます。鉛蓄電池はそれほど単純ではありませんが、それに近いものです。プラスチックのケースに鉛、酸化鉛、硫酸が入っているだけです。バッテリー内の各材料には、古いものから新しいものへの単純な経路があります。鉛板は低温で簡単に溶け、簡単に精製できます。通常、バッテリーのケースを構成する PVC も同様で、硫酸電解液は希釈して使用できます。廃水として処分されるか、硫酸塩を回収して新しい電解質を製造したり、石鹸などの他の消費者製品の製造に使用したりできます。

一方、リチウム電池は、はるかに複雑な化学的性質を持ち、産業リサイクルプロセスではうまく機能せず、うまく機能しない材料が混合されています。リチウムイオン電池には、リチウムだけでなく、アルミニウム、銅、黒鉛はもちろん、コバルト、マンガン、リン酸鉄、ニッケルの化合物も含まれています。金属の混合がより複雑であるだけでなく、金属箔上にコーティングされた粉末としての物理的形状により、各成分の回収は単に炉に投入するよりもはるかに複雑になります。

リチウム電池の電解質もさらに複雑で、エチレンカーボネートなどの揮発性有機溶媒中のリチウム塩で構成されています。これにより、遊離した電解質の処理もさらに困難になります。鉛酸リサイクルの場合のように、重炭酸ナトリウムのような塩基性溶液による単純な希釈や中和だけでは、これらの化合物は下水道に排出できるほど安全にはなりません。これに対処すると、リサイクルのコストが増加し、潜在的な利益が減少します。

リサイクルの機械的プロセスも鉛酸バッテリーの方がはるかに簡単です。最先端のリサイクル工場では、使用済み自動車バッテリーを文字通りシュレッダーに丸ごと入れて、プラスチックケースを粉砕し、電解液を放出し、内部を細断します。硫酸を希釈するためにプロセス水を加えてプラスチックの破片を洗い流します。リード部品を沈めながらプラスチックの破片をすくい取ることができます。プロセスにはすべてが独自の物理的な経路があり、人間の手がバッテリーに触れる必要がないため、拡張性に優れた非常に経済的なプロセスになります。また、プロセスが完全に自動化されていない場合でも、バッテリーの形状とサイズの数が限られており、比較的大きいサイズと相まって、バッテリーの向きを調整して迅速に分解することが容易になります。

これをリチウムイオン電池パックの取り扱いと比較してください。これらのフォームファクターは、ラップトップのバッテリーから古いドリルドライバーのバッテリーパック、大破した電気自動車の内部まで多岐にわたる可能性があります。これらのほとんどには 18650 のようなセルが搭載されていますが、それぞれのサイズと形状が異なり、パック内のセルの数と方向も大幅に異なります。ほとんどのパックには、内部に何らかの回路基板が組み込まれており、これを解放するには別のステップが必要で、別のリサイクルの流れに入る必要があります。少なくとも現時点では、これによりリチウムイオンパックの分解は人間の手による作業となり、規模が小さく、費用がかかる作業となる。

鉛蓄電池とリチウムイオン電池のリサイクルに必要な労力の違いが、プロセス全体の経済性を左右します。リチウムの価格（17,000ドル/トン）と鉛（2,600ドル/トン）の価格を見ると、リチウムのリサイクルの方が収益性が高いように思えます。しかし、バッテリーからリチウムを効率的に取り出すことができなければ、その素材がどれだけの利益をもたらすかは問題ではありません。リサイクル業者にとって、価値提案は鉛に大きく偏っており、大量の原料と簡単な抽出方法によりリサイクルが収益性の高い事業となっています。そして、鉛酸リサイクルの流れにリチウム電池を混ぜることの危険性については言うまでもありません。

これらすべてが、現在、リチウムイオン電池の 97% がリサイクルされていないという悲しい事実につながります。第 1 世代の電気自動車やハイブリッド自動車が耐用年数の終わりを迎える中、新たに大量の使用済みバッテリーが廃棄物として投入されようとしているため、これは私たちがすぐに対処する必要がある問題となるでしょう。リチウムとコバルトの両方が世界の政治的に不安定な地域から供給されているという事実は、鉱物を使用できない状態で地表に捨てるよりも回収する方が合理的であるというリサイクルの経済性を歪める一因となるだろう。おそらく状況は変わるだろうが、今のところ、リチウムイオン電池は行き止まりの技術だ。