Lithiové baterie jako surovina: Změní recyklace závislost Evropy?
Trváme-li na elektromobilitě jako cestě k dekarbonizaci dopravy, bez lithia se nepohneme. Opakovaně jsem na blogu České lithium zdůraznil, že není nutné (ani racionální) těžit lithium z jeho velmi komplikovaného zdroje, např. zinnwalditu. Jednou z možností, o níž je relevantní v Evropě přemýšlet, je jeho recyklace.
Proč recyklace?
Těžit lithné minerály v Evropě (nejen zinnwaldit, ale i jiné lithné slídy nebo třeba také boritany) je - a pravděpodobně i dlouhodobě bude - ekonomicky a energeticky nevýhodné (více ve starším článku). Ekonomické bilanci ani podpoře obyvatel nepřidají ani přísná enviromentální nařízení a taky nízká vstřícnost obyvatel hustě osídleného kontinentu.
Zbývá tedy poslední argument: Surovinová soběstačnost, energetická bezpečnost, geopolitika - to všechno pracuje jak s faktem, že řadu strategických materiálů těží nebo zpracovává Čína, případně jiný, k zemím globálního severu (nebo Západu) nepříliš vstřícný stát, tak i s pocitem ohrožení plynoucím z nedaleko probíhajících válečných konfliktů.
Čím dál víc omílaným slovem je proto cirkularita: Pracujme s odpadem jako se surovinou. Dává to smysl nejen proto, že jsme do Evropy už velké množství dovezli, ale taky proto, že tím potenciálně snižujeme energetickou/uhlíkovou náročnost. Dobře to ukazuje graf ze studie konzultační firmy McKinsey & Company:
Kolik lithia jezdí po světě
Nejprve se podívejme na tržní potenciál: Je v Evropě vůbec tolik baterií, aby se recyklace vyplatila?
Graf z Wikipedie ukazuje, že prodej elektroaut dosahuje cca 2 milionů kusů ročně (před rokem 2020 je prodej zanedbatelný).
Obsah lithných iontů v baterii je cca 160 g na 1 kWh; na trhu jsou auta s bateriemi řádově od 20 do 200 kWh. Budeme-li počítat se střední hodnotou asi 20 kg lithia na jednu baterii, každý rok se v elektroautech prodá v Evropě asi 40 milionů kg, tj. 40 000 tun lithia. Jejich životnost se pohybuje mezi 8 a 20 lety, počítejme 10.
V kombinaci s výše uvedeným grafem můžeme krátce po roce 2030 (10 let po 2020) očekávat výrazné množství lithiových baterií z elektroaut k recyklaci.
Úvahu nezávisle potvrzuje již zmíněná predikce McKinsey & Company:
Nejbližších pět až deset let tedy nelze čekat velký boom recyklačního byznysu, jednoduše proto, že nebude co recyklovat. Respektive, nevyplatí se budovat velké kapacity, protože by neměly co zpracovávat. Až ten boom ale do deseti let začne, bylo by skvělé, kdyby na to Evropa byla připravena.
Dosavadní zkušenosti a smělé plány
Prakticky všichni velcí hráči na poli elektromobility (anebo obecněji: výroby a akumulace energie) si nechtějí nechat ujet vlak a už nyní, často jen experimentálně, do recyklace investují. Podívejme se na konkrétní příklady.
Švédský výrobce baterií pro elektroauta Northvolt (o kterém už jsme se zmiňovali taky jako o prvním výrobci sodík-iontové baterie v Evropě) spustil recyklační projekt Revolt.
Finská státní elektrárenská společnost (“finský ČEZ”) Fortum udělal totéž.
Největší evropská automobilka Volkswagen spustila na počátku roku 2021 v německém Salzgitteru recyklační linku.
V Česku se o pouhý rok později přidaly také Kovohutě Příbram. Své plány má (stejně jako ve Finsku) i polostátní ČEZ: Na veřejných prezentacích (odkud pochází i následující schéma) zástupci Geometu mluví v souvislosti s recyklací o joint venture, tedy společném podniku či partnerství. Kdo konkrétně by měl samotné zpracování zajistit, ČEZ zatím neříká.
Problémy
Obecně se dá říct, že ve velkém lithiové baterie zatím nikdo nerecykluje, a to jednak proto (jak jsem už popsal), že jich zatím není dost, ale také proto, že to je technologicky náročná činnost.
Je běžně známým faktem, že Li-iontové baterie mohou vzplanout, nejčastěji vinou mechanického poškození (to je důvod, proč řada dopravců nechce přepravovat elektrokola nebo posílat baterie do nich; pokud už vám někdo baterii posílá poštou, pak obvykle v obřím balíku, z něhož většinu objemu tvoří ochrana před poškozením). Když se elektrody dostanou blízké k sobě, hrozí požár (detailněji o tom třeba na webu Popular Science).
Narozdíl od zpracování jiných surovin, jak je třeba železný šrot, je recyklace lithiových baterií výrazně jemnější práce: Než baterii rozdrtíte, je třeba ji důkladně vybít a částečně rozebrat. Teprve pak může přijít na řadu těžké strojírenství a nakonec chemie: hydrometalurgické procesy velice podobné zpracování vytěženého minerálu.
Recyklační provoz tak je komplikovanou továrnou s několika velmi odlišnými způsoby práce, v prvních etapách zpracování s vysokým rizikem požáru a s velkými energetickými a surovinovými nároky (vody, reaktanty, jako jsou minerální kyseliny ad.). Proces - snad až příliš zjednodušeně - ilustruje fotografie z webu Northvoltu: Na začátku vidíme baterie, pak drť, nakonec dva produkty: oxid manganičitý a v baňce nějakou nikelnatou sůl.
Stejně jako zpracování lithné slídy ani recyklační linku nebude chtít moc Evropanů mít hned za domem. Výhodou ovšem je, že narozdíl od závodu na zpracování zinnwalditu není nutné, aby recyklační závod v takové těsné blízkosti obytných domů byl.
Pět let na přípravu
Obecně ovšem můžeme říct, že metalurgie elektroodpadu je perspektivní odvětví (více třeba v tomto přehledu). Za pět až deset let budou vysloužilé baterie (některé ještě čeká tzv. “druhý život”) velkým problémem, ale taky příležitostí: Příležitostí si splnit vizi o alespoň částečné surovinové soběstačnosti, ale bez ekonomicky i energeticky problematické snahy o těžbu lithných minerálů. Velké evropské firmy a některé státy na tom pracují už dnes.