A Volkswagen vezette kutatócsoport hasznosíthatja először többszörösen is újra az akkumulátorokat
A cél az értékes anyagok folyamatos visszanyerése, a hosszú távú fenntarthatóság és az ellátásbiztonság növelése
- A konzorcium elindítja zárt nyersanyag-körforgás projektjét, amelyet a német Szövetségi Gazdasági és Klímavédelmi Minisztérium támogat
A gazdaság és a tudomány területéről érkezett partnerek készülnek közösen bizonyítani, hogy újrahasznosítás keretében egymás után akár többször is visszanyerhetők és felhasználhatók a hajtásrendszer-akkumulátorok legértékesebb alkotóelemei. A HVBatCycle kutatói konzorcium célja a katódfémek, az elektrolitok és a grafit zárt anyagkörforgásban (Closed Loop) megoldott tartós hasznosítása. A Volkswagen-csoport vezetése alatt a TANIOBIS GmbH, a J. Schmalz GmbH és a Viscom AG hároméves együttműködés keretében dolgozik az RWTH Aacheni Egyetem (RWTH Aachen University), a Braunschweigi Műszaki Egyetem (TU Braunschweig) és a Bevonatolás- és Felülettechnikai Fraunhofer Intézet (Institut für Schicht- und Oberflächentechnik; IST) kutatóival közösen a szükséges folyamatok kutatásán és kifejlesztésén. A projektet a német Szövetségi Gazdasági és Klímavédelmi Minisztérium (Bundeswirtschaftsministerium für Wirtschaft und Klimaschutz) támogatja.
Michael Kellner parlamenti államtitkár így fogalmazott: „Csakis akkor lehet sikeres az európai akkumulátorgyártás, ha a lehető legtöbb területen a hosszú távú fenntarthatóságra összpontosít. A fenntartható akkumulátorok alapvető jelentőségűek a magasszintű környezetvédelmi és társadalmi normákon alapuló energetikai és közlekedési átalakulásban.”
Sebastian Wolf, a Volkswagen AG akkumulátor operatív igazgatója kifejtette: „Az akkumulátorok és a gyártási hulladékok újrahasznosítása döntő mértékben hozzájárul tervezett gyáraink nyersanyagellátásának biztosításához. A HVBatCycle projekt révén az újrahasznosítási folyamatok átfogó szemlélete születhet meg, megvalósítva ezzel az akkumulátorok anyagainak zárt körforgását (Closed Loop).”
Zárt nyersanyag-körforgás és többszöri újrahasznosítás
Annak érdekében, hogy mind kevesebb alapanyagot kelljen felhasználni olyan elsődleges forrásokból, mint a bányák vagy a sólelőhelyek, nem csupán egyszer, hanem többször is vissza kell nyerni az alapvető nyersanyagokat. Ennek érdekében az újrahasznosított anyagokból előállított akkumulátorcellákat is újra kell hasznosítani, annak igazolására is, hogy a többszöri újrahasznosítási folyamat sem befolyásolja az anyagminőséget. A zárt anyagkörforgás megteremtése mindenesetre az egyes szakterületeken átívelő, meglehetősen összetett folyamatokat igényel. A hatékony, környezetvédelmi és gazdasági szempontból egyaránt észszerű újrahasznosítás érdekében minden folyamatot pontosan össze kell hangolni egymással, hogy a legmagasabb biztonsági követelmények mentén végül tiszta, homogén és kiváló minőségű másodlagos anyagokat állíthassanak elő. Ennek során a méretezhetőség és a költséghatékonyság áll a középpontban.
Függetlenség decentralizációval, előnyök másodlagos anyagok felhasználásával
A konzorciumi projekt a mechanikai-hidrometallurgiai újrahasznosítási irányra összpontosít, amelyet alacsony energiaigény és bizonyos újrahasznosítási folyamatok viszonylag egyszerű, decentralizált elosztásának lehetősége jellemez Európában. Ez kedvez a helyi körforgásos gazdaságnak és stratégiailag fontos nyersanyagokat biztosít, jelentősen mérsékelve Európa függőségét a világ más régióitól. A HVBatCycle projekt célja olyan hatékony folyamatok és innovatív megoldások kifejlesztése, amelyek a lehető legnagyobb újrahasznosítási arány és energiahatékonyság, valamint minimális környezetszennyezés mellett magasfokú gazdaságosság jellemezte, teljeskörű (end-to-end) értékteremtési láncolat kialakítását kínálják.
Automatizált szétszerelés és visszanyert elektródaanyag
A konkrét innovatív fejlesztési megközelítéseket a visszaforgatott akkumulátorrendszerek az igényeknek megfelelő, azaz optimális gazdaságosság mellett megoldható kisütése, illetve egészen a cella- vagy elektródaszintig megvalósított, túlnyomórészt automatizált szétszerelése jelenti. Ennek része az aktív anyag és a hordozófóliák szinte veszteségmentes szétválasztása, valamint a grafit és az illékony elektrolitkomponensek visszanyerése is.
A grafit és akkumulátorfémek alkotta „fekete massza” víz és kémiai oldószerek felhasználásával végzett, ezt követő hidrometallurgiai feldolgozása során a lítium oldható formában megvalósítható, korai és szelektív kivonása, valamint a tartalmazott fémek vegyes hidroxid-koncentrátumként történő kilúgozása, kicsapatása és finomítása áll előtérben. A katódos aktív anyagok újbóli kinyerésével kapcsolatban meg kell vizsgálni, valóban szükséges-e a fémvegyületek szétválasztása az új, teljesértékű katódanyag előállításához.
Az elektrolit és a grafit feldolgozásával kapcsolatos kutatómunka a megfelelő eljárások kidolgozásával hivatott igazolni, hogy a fontos elektrolit-komponensek és a grafit egyaránt hatékonyan kinyerhető, majd az akkumulátorgyártás számára megfelelő minőségben felhasználható az akkumulátorcellák előállítása során. Minden folyamatlépést átfogó környezetvédelmi és gazdasági életciklus-elemzés kísér.
Az együttműködő partnerek:
Akkumulátor- és hosszú távú fenntarthatósági stratégiája keretében a Volkswagen AG intenzíven érdeklődik a cellát alkotó anyagok zárt körforgásának (Closed Loop) megvalósítása iránt, ezért vállalta a projekt koordinációját és irányítását. A mechanikai újrahasznosítást végző, a salzgitteri főegységgyárban üzembe helyezett kísérleti berendezésével a vállalatcsoport műszaki fejlesztési részlege gondoskodik az újrahasznosítható anyagok járműakkumulátorokból megoldott előállításáról. Mindezeken túl a salzgitteri Center of Excellence cellagyártási szakértelmét is felhasználják a teljes egészében újrahasznosított anyagokból készülő új cellák előállításakor.
A TANIOBIS GmbH a hidrometallurgiai gyártási folyamatokhoz – az oldószeres kinyerést is beleértve – használt magas minőségű nióbium- és tantáltartalmú porok szállítója. A JX Nippon Mining & Metals leányvállalataként mélyreható ismeretekkel rendelkezik a projektben használt lítiumion-akkumulátorok hidrometallurgiai újrahasznosításáról. A TANIOBIS GmbH ennek alapján alakítja ki és működteti az Oker Chemical Parkban a szükséges hidrometallurgiai és pirometallurgiai infrastruktúrát, ahol minősített analitikai laboratórium is rendelkezésre áll.
A J. Schmalz GmbH a világ vezető vákuumtechnológiai szállítója, egyben e szakterület azon kevés szereplőinek egyike, akik teljes körű szolgáltatást nyújtanak. A J. Schmalz a vákuumautomatizálási üzletágban az ipari robotok fogókarjainak kialakításához szükséges összes vákuumkomponenst szállítja, emellett érzékelői gondoskodnak a folyamatok hatékonyságáról és biztonságáról. Tudományos intézetekkel folytatott közös projektjeiben szilíciumlapkák, katód- és anódfóliák kezelésére szolgáló rendszereket is kiépítettek.
A Viscom AG kifejezetten akkumulátorcella-ipari alkalmazásra fejleszt röntgenes mérési megoldásokat. A termékportfólió a laboratóriumi rendszerektől a nagysebességű, százszázalékos minőségellenőrzés teljes inline-megoldásaiig terjed. A Viscom számos különféle cellaformátumra specializálódott, mint például tasak- vagy prizmacellák, amelyek különböző méretekben a fogyasztási cikkektől, az energiatárolókon át, egészen az elektromos mobilitás akkumulátorcelláinak alkalmazásaiig rendelkezésre állnak.
A Battery LabFactory (BLB) a Braunschweigi Műszaki Egyetem (TU Braunschweig) szakterületeken átívelő tevékenységet végző, tekintélyes kutatóközpontjaként az akkumulátorkutatás egyik vezető intézménye Németországban. A BLB akkumulátorok jelenlegi és jövőbeli generációinak körforgásos gyártására, diagnosztikájára és modellezésére/szimulálására létrehozott kutatás-fejlesztési platform. Kísérleti műszaki központjában a BLB a mérnöki tudományok terén rendelkezésre álló folyamat-know-how, az anyagtudományi szakértelem, az akkumulátorcella-rendszerek természettudományos ismeretei és a megalapozott elemzői készségek együttesét fogja össze.
A Szerszámgép- és Gyártástechnológiai Intézet (Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik; IWF) az akkumulátorcellák jelenlegi és jövőbeli gyártási folyamatainak technológiai és automatizálástechnikai kérdéseire összpontosít.
Az elenia Nagyfeszültségű Technológia és Energetikai Rendszerek Intézet (elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme) kiterjedt tapasztalattal rendelkezik az akkumulátorcellák kialakítása, ciklikus öregedése, valamint elektromos és elektrokémiai jellemzése terén.
A Részecsketechnológiai Intézetben (Institut für Partikeltechnik; iPAT) az akkumulátoranyagok és -elektródák előállítására szolgáló mechanikai és részecsketechnológiai folyamatokat, valamint az akkumulátor-újrahasznosítás mechanikai és termikus eljárásait vizsgálják.
A Kémiai és Termikus Folyamatok Intézete (Chemische und Thermische Verfahrenstechnik; ICTV) kiterjedt szakértelemmel rendelkezik a folyékony anyagkeverékek szétválasztásában.
Az Energia- és Rendszer-eljárástechnikai Intézet (Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik; InES) sokéves tapasztalattal rendelkezik az akkumulátorok modellezése és szimulációja, valamint az elektrokémiai elemzés és az operando-analitika szakterületein.
A Bevonatolás- és Felülettechnikai Fraunhofer Intézet (Institut für Schicht- und Oberflächentechnik; IST) intenzív kutatást és fejlesztést végez az anyagszintézis és -funkcionalizálás, a felületkezelés és -átalakítás, a bevonatgyártás és -alkalmazás, a bevonatkarakterizálás és a felületanalízis, valamint a gyártástechnológia szakterületein. Az akkumulátorkutatás az Energiatárolók és Rendszerek Fraunhofer Projektközpontja (Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme) központi témaköreként – a kapcsolódó folyamat- és gyártási technológiákat is beleértve – az anyagok és az energiatárolás fejlesztésére, valamint az életciklus teljeskörű és fenntartható tervezésére összpontosít.
Az RWTH Aacheni Egyetem (RWTH Aachen University) Metallurgiai Folyamattechnikai és Fém-újrahasznosítási Intézete (Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling; IME) sokéves tapasztalattal rendelkezik az akkumulátor-újrahasznosítási folyamatok alkalmazásközpontú kutatásában. A kutatás súlypontját az akkumulátorok tartalmazta értékes fémek termikus és hidrometallurgiai folyamatok segítségével végezhető visszanyerése képezi. Az intézet átfogó infrastruktúrával rendelkezik a különféle újrahasznosítási koncepciók tesztelésére, amelynek az Otto Junker GmbH nagyobb mennyiségek, illetve teljes akkumulátormodulok feldolgozására is alkalmas, innovatív pirolíziskemencéje is része. A házon belül működő, minősített laboratórium révén számos fontos analitikai módszer áll az IME rendelkezésére, amelyek a potenciális akkumulátor-újrahasznosítási folyamatok vizsgálatához szükségesek.
Tetszett a cikk? Oszd meg másokkal is!
