Літій – нові перспективи для України

Колектив Дніпропетровських вчених стоїть на порозі відкриття нового джерела літію та інших металів, що відносяться до групи “battery elements”. Проте це не ще одне родовище літію в класичному його розумінні, а нова безпечна і екологічна технологія переробки літій-іонних акумуляторів, яка дозволить вилучати до 99,8% цінних компонентів із відроблених батарей для їх повторного використання.

У чому проблема? У сучасному світі електрифікація транспорту – один з найефективніших і екологічних шляхів вирішення проблеми зменшення викидів СО2 у атмосферу планети. У той же час збільшення виробництва електромобілів, а також всебічне використання літій-іонних акумуляторів у всіх сферах життя та побуту людини потребує все більше і більше акумуляторів – а отже, і все більшу кількість літію. Особливо це стосується акумуляторів для електрокарів. Одна з таких батарей, у середньому, потребує 7 кг літію, а це в 100 разів більше, ніж потрібно акумулятору ноутбука та в 10000 разів, ніж смартфону (https://cutt.ly/uugJC7a).

Сьогодні у світі експлуатується близько 2 млн. електромобілів. Це відносно небагато. Тому у сучасних умовах більшість відходів літій-іонних акумуляторів – це акумулятори від побутової електроніки. Проте, згідно прогнозів Міжнародного енергетичного агентства, до 2030 року на Землі вже буде близько 140 млн. електромобілів, що у свою чергу призведе до утворення 11 млн. тон відходів у вигляді літій-іонних батарей, що ставить нове екологічне завдання – що робити з відпрацьованими акумуляторами? Відповідь може бути лише одна – переробляти.

Шляхи вирішення. За даними видавництва “Гардіан” сьогодні у Європі переробляється всього лише 5% таких батарей, що викликає високі ризики забруднення навколишнього середовища. Адже при пошкодженні акумуляторів виділяються токсичні елементи та гази. Крім того видобування (а не повторне використання) літію та кобальту, що застосовуються при виробництві акумуляторів і знаходяться у природі в обмеженій кількості, э енергоємним і шкідливим, що створює додаткове навантаження на екосистему планети.

Цю екологічну проблему можна вирішити, якщо використовувати акумулятори повторно – у відновлювальній енергетиці. А вже після – їх кінцева переробка з вилученням цінних компонентів.

Дослідження у цих напрямках ведуть вчені і винахідники у Європі, Канаді, Японії. Проте утилізація і переробка літій-іонних акумуляторів має ряд ускладнень і ризиків. За даними, опублікованими у журналі Nature, це:

– невідпрацьована технологічна схема переробки;

– висока токсичність певних способів переробки;

– широке використання ручної людської праці, що являється небезпечним для здоров’я людини;

– висока собівартість переробки у порівнянні з ціною реалізації отриманого кінцевого продукту.

Загалом пошуки вирішення зазначених проблем, розробка енергозберігаючих і безпечних технологій переробки акумуляторів, є об’єктом досліджень вчених у різних країнах.

Наприклад, у бельгійському Антверпені діє експериментальний завод компанії  Umicore  у кооперації з Tesla і Toyota з переробки використаних акумуляторів за технологією плавки батарей, з виділенням нікелю і кобальту. А що ж літій? Проблема такого способу полягає в тому, що літій при такій технології переробки залишається у складі побічного продукту (https://cutt.ly/0ugJ2XM).

Німецька компанія Hielscher розробила пілотний проект по переробці акумуляторів шляхом ультразвукового вилуговування. Процес ґрунтується на явищі акустичної кавітації, що в свою чергу викликає термоліз розчинів, який забезпечує надзвичайні реактивні умови для вилуговування найцінніших компонентів. Проте залишається проблема безпечного демонтажу відпрацьованих батерей.

Одразу декілька компаній: німецькі Duesenfeld і Volkswagen, канадський стартап Li-Cycle  ведуть розробки і успішно впроваджують технологію, пов’язану із подрібненням відпрацьованих акумуляторів, висушуванням подальшого матеріалу, вилученням так званого “чорного порошку”, далі за допомогою процесів гідрометалургії і мокрої хімії один за одним відновлюються такі цінні компоненти, як карбонат літію, літій, кобальт, мідь, алюміній, графіт залізо. Схематичний процес переробки за технологією Li-Cycle приводиться нижче:

 

Схематичний процес переробки Li-ion акумуляторів за технологією Li-Cycle Джерело: li-cycle.com

 

Повернемось до України. На базі Національної металургійної академії України (далі НМАУ) у м. Дніпро молодими вченими реалізується проект під назвою  “Розробка ресурсозберігаючого та екологічно безпечного металургійного способу вилучення цінних металів та графіту з відпрацьованих літій-іонних акумуляторів”. Термін виконання проекту складає 3 роки – з 2020 по 2022 рік включно. Фінансування розробок здійснюється Міністерством освіти і науки України. Робота над проектом виконуватиметься в три етапи, тривалістю 1 рік кожний. У кінці року виконавці мають звітувати за виконану роботи і отримані результати.

Проект спрямований на розробку ресурсозберігаючого та екологічно безпечного металургійного способу переробки відпрацьованих літій-іонних акумуляторів з 99,8 відсотковим вилученням цінних металів (Li, Co, Ni, Cu, Mn, Al) та графіту для подальшого використання у виробництві літій-іонних акумуляторів або в інших технологіях.

Запропонований проект має комплексний підхід, що включає наступні етапи:

– підготовку відпрацьованих літій-іонних акумуляторів (чорної маси) до переробки шляхом подрібнення, сушки та механічної активації;

– подальша металургійна обробка з вилученням цінних металів та отриманням очищеного графіту.

Вилучені і очищені матеріали пропонується повторно застосовувати при виробництві літій-іонних акумуляторів.

Результатом проекту має бути готова технологія повного циклу переробки відпрацьованих літій-іонних акумуляторів.

Передбачається, що проект матиме наступні екологічні, економічні та соціальні переваги:

– зменшення залежності  від видобутку і витрат первинної сировини для виробництва літій-іонних акумуляторів;

– зменшення ризиків поширення та накопичення шкідливих речовин (важких металів) у навколишньому середовищі;

– зменшення потреби у спеціальних звалищах;

– зниження викидів CO2, у порівнянні з видобутком первинних матеріалів з надр;

– покращення відновлення цінних матеріалів високої вартості;

– покращення експлуатаційних характеристик літій-іонних акумуляторів;

– можливість для України зайняти гідне місце у розвитку відновлювальної і ресурсозберігаючої енергетики;

– створення нових робочих місць у міжгалузевій технології переробки і виробництва літій-іонних акумуляторів.

Керівник проекту – Сергій Федоров, проф., д.т.н. кафедри енергетичних систем та енергоменеджменту НМАУ.

Відповідальний виконавець – Ліна Кєуш, к.т.н., старший науковий співробітник кафедри металургії чавуну НМАУ, голова Ради молодих вчених металургійної академії, керівник дипломних проектів, рецензент статей у журналах «Fuel Processing Technology» та «Chemistry, Physics and Technology of Surface».

Ліна є автором 60 науково-методичних праць – монографій, статей, тез доповідей, учасницею наукових конференцій державного і міжнародного рівня. Також у 2019 році мала закордонне академічне стажування у Budapest University of Technology and Economics (Будапешт, Угорщина).

Ліна Кеуш. Джерело: ФБ

 

Тож не дивно, що Ліна приймає активну участь у проекті по переробці літій-іонних акумуляторів, адже більшість її наукових досліджень і розробок пов’язані з відновлювальною енергетикою та ресурсозберігаючими технологіями.

Національна асоціації добувної промисловості України бажає успіху, наснаги і невпинного руху вперед виконавцям проекту для досягнення результату.  Чекаємо на перші релізи про хід досліджень та щиро сподіваємось, що саме такі передові розробки та талановиті вчені мають стати основною майбутнього успішного розвитку нашої держави, досягнення енергетичної незалежності і екологічної безпеки.

Малова Марина

 

Поділитися на facebook
Facebook
Поділитися на twitter
Twitter
Поділитися на linkedin
LinkedIn

Схожі записи

Вірусономіка: як спалах 2019-nCoV б’є по залізорудній галузі та чого чекати українським добувачам

Джерело фото: Reuters Китайська Народна Республіка є найбільшим в світі споживачем сировини, що генерує більше 70% морської торгівлі залізною рудою.

Читати далі