Литий-ионный коллапс и захороненные лопасти: темная сторона чистой энергетики

Невечные батареи

Европейско-американский бум зеленых технологий порой очень похож на череду необдуманных решений.

Массовое внедрение электромобилей, например, запустили без возможности переработки отработавших своё аккумуляторных батарей.

Надо отметить, это не новость – когда на рубеже XIX–XX веков появлялся автомобиль в классическом понимании слова, никто не заботился о судьбе отработавших своё машин. С тех пор прошло более 150 лет, но подход принципиально не поменялся.

Как утилизировать миллионы литий-ионных батарей, которые выйдут из обращения в ближайшее десятилетие, до сих пор непонятно.

Сейчас только в ЕС порядка 8 миллионов электрокаров, а к началу 2030-х это число увеличится в 2–3 раза. Только компания BMW к 2030 году планирует собрать не менее 7 млн машин на электротяге.

В настоящее время рециклингу подвергается, по самым оптимистичным подсчетам, не более 10–15 % отработавших своё батарей.

В определенный момент критическая масса будет достигнута, и это вызовет настоящий литий-ионный коллапс.

Кстати, расчетливые европейцы с японцами уже нашли частичное решение этой проблемы – отправлять подержанные электромобили в Россию.

Несколько лет назад в Европе условный Nissan Leaf был куплен в автосалоне со значительным «зеленым» дисконтом, а сейчас продан за рубеж с небольшой в итоге потерей стоимости. Второй бонус – проблема утилизации мощной батареи теперь не европейская, а российская. Пока у нас в стране зарегистрировано чуть более 6 тыс. электрокаров, но с каждым годом парк машин только увеличивается.

В России на данный момент нет фабрик, ответственных за утилизацию литий-ионных батарей. А если бы они и были, то далеко не из каждого региона есть возможность вывести батарею весом в несколько десятков, а то и сотен килограмм.

Как, например, доставить тяговый аккумулятор упоминаемого Nissan Leaf, например, из Красноярского края к месту утилизации где-нибудь на Урале?

Гораздо проще купить очередную подержанную батарею, а прежнюю просто выкинуть. Для справки – одна батарейка формата AA заражает до 20 кв. метров земли. А в одной только Tesla Model S таких аккумуляторов около 7 тыс. штук.

Не прогнозируют проблему утилизации гигантского количества батарей и в российском правительстве.

Недавно приняли Концепцию по развитию производства и использования электрического автомобильного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 года. Не вдаваясь глубоко в суть документа, стоит отметить, что уже через девять лет каждый десятый выпускаемый в России автомобиль будет на электротяге.

В этот фантастичный сценарий, похоже, не верят даже в самом правительстве, так как не запланировали программы дальнейшей утилизации литийионных тяговых батарей. Как вариант развития событий – в ближайшее время все-таки появится очередной проект развития отрасли утилизации батарей с аналогичными перспективами.

И электромобили здесь только часть проблемы.

За последние пару лет число индивидуальных самодвижущихся гаджетов на электротяге увеличилось в 15 раз. В конце концов, эта техника прикажет долго жить, освободив миллионы негодных аккумуляторов.

Срок службы батарей от электрокаров хоть как-то можно продлить использованием в качестве стационарных накопителей энергии, а с аккумуляторами от самокатов все сложнее. В хозяйстве толку от них мало, сдать их как свинцовые батареи некуда, поэтому пользователи чаще всего их просто выбрасывают…

Неэкологичная утилизация

Проблема лития в составе батарей – в высокой стоимости рециклинга: заводам проще закупать природное сырье, чем перерабатывать отслужившие батареи. Поэтому технологии и не догоняют потребности утилизации.

Существующие сейчас приемы переработки никак нельзя назвать экологически чистыми.

Проще всего оказалось батареи просто сжечь, восстановить часть металлов, а все остальное превратить в шлак. К слову, в шлаке остается навсегда литий, алюминий, кальций и другие элементы. Доставать это добро никто не собирается, и отходы просто добавляются в состав бетона. О том, что металлы все равно рано или поздно попадут в природу, никто особо не задумывается. Не говоря уже о больших объемах токсичных газов, выделяемых при горении, которые опасны даже после очистки.

Компания Toxco предложила, наоборот, охлаждать батареи до -195 градусов Цельсия жидким азотом. Замороженные и хрупкие аккумуляторы измельчаются стальными жерновами. Полученная смесь разделяется различными сепараторами, а соли лития с помощью жидких реагентов восстанавливаются до металлического лития. Процесс почти идеален, если не считать гигантских затрат энергии, которые во многом нивелируют все бонусы экологически чистых технологий.

Есть и более примитивный способ механической переработки, заключающийся в простом измельчении батарей с последующим разделением компонентов.

Но, во-первых, при таком производстве велика вероятность воспламенения литийионных батарей. Одна испортившаяся в процесс перевозки батарея способна спалить на корню цех переработки – тушить горящий литий очень непросто.

Во-вторых, производительность подобных фабрик механического разрушения слишком низкая. Придется занять приличные территории, прежде чем удовлетворить постоянно растущий утилизационный спрос.

Резать и закапывать

Второй, но далеко не единственной, проблемой широко рекламируемого «зеленого» перехода стали лопасти ветрогенераторов.

Как и любые механические устройства, они имеют свойство изнашиваться и требуют замены. Только вот семитонную сорокаметровую лопасть очень непросто пристроить. Все дело в материале – легком и прочном композите, который почти не поддается вторичному использованию.

На первый взгляд, эта проблема кажется не столь важной – не так часто ветрякам требуется замена лопастей. Конечно, не часто, только вот ветряков на планете развелось очень много, и только в Соединенных Штатах каждый год выбрасывают более 8 тыс. лопастей. В Европе в ближайшие восемь лет выведут из эксплуатации около 5,7 тыс. ветряков, а это более 17 тыс. лопастей.

Если литий-ионные аккумуляторы можно хотя бы попытаться утилизировать на редких перерабатывающих предприятиях, то с композитными конструкциями вообще ничего не сделать полезного.

Самое простое – распилить алмазными дисками для удобства перевозки и просто закопать. Так поступают в американских штатах Вайоминг, Южная Дакота и Айова. Десятки квадратных километров занимают под захоронения «зеленых» технологий. Композит сотнями лет не разлагается в природе, особого вреда не приносит, но «кладбища турбин» практически навсегда изымаются из хозяйственного оборота.

Американцы с их бескрайними прериями могут себе позволить закапывать останки «электрических мельниц», чего нельзя сказать о тесной Европе. Однако делать нечего, и Евросоюз вынужден одобрять подобное.

Пока только Германия, Австрия, Нидерланды и Финляндия запретили на своей территории закапывать лопасти ветряков. Альтернативой может стать старое доброе сжигание лопастей, с последующей утилизацией угля в составе бетонных смесей. Токсичный газовый хвост и большие затраты такого способа заставляют искать новые подходы.

Частичным решением может стать механическое и очень энергоёмкое измельчение лопастей с последующим добавлением полученного продукта в пластмассы. Или, например, прессовать его и изготавливать напольные покрытия. Но этот процесс эффективен только на 40 % – остальное приходится выбрасывать.

Кроме этого, не решается вопрос с наполненной композитами пластмассой, которую позже так или иначе придется утилизировать. В поисках решения датчане из Vestas предлагают создавать лопасти из утилизируемого на 100 % материала. Пока, правда, нет готовых образцов, а серийной технология может стать только к 2040 году.

Экологически чистые источники энергии, как показывает практика, несут с собой ворох трудноразрешимых проблем.

С одной стороны, «зеленые» технологии действительно снижают зависимость от ископаемого топлива.

А, с другой – энергия, потраченная на утилизацию, может съедать немалую часть выгоды.

К этому добавляются риски, связанные с нестабильной ветреной погодой, способной остановить тысячи ветряков и поднять цены на традиционное топливо.

В любом случае чрезмерно быстрый «зеленый» переход не кажется таким уж спасительным для планеты, как в самом начале истории его анонсирования.