Green Science Alliance otwiera szwajcarską laboratorię recyklingu baterii

Japońska firma chemiczna i zajmująca się technologiami zielonymi otworzyła laboratorium recyklingu baterii w Swiss Innovation Park Biel/Bienne (SIPBB) w kantonie Berno. We współpracy ze Szwajcarskim Centrum Technologii Baterii firma ma na celu odzyskiwanie materiału katodowego z zużytych baterii litowo-jonowych, który może być bezpośrednio ponownie wykorzystany w nowych komórkach. Ma to umożliwić uniknięcie konieczności przetwarzania poszczególnych metali.

Laboratorium zostało otwarte w poniedziałek w obecności Ryoheia Mori, dyrektora generalnego GSA, oraz Christiana Ochsenbeina, dyrektora SBTC. Z siedzibą w Kawanishi w Japonii, GSA specjalizuje się w takich dziedzinach jak kropelki kwantowe, metaloorganiczne ramy (MOF) oraz rozpuszczalniki eutektyczne. Biel ma służyć jako brama firmy na rynek europejski. SBTC z kolei zajmuje się analizą materiałów, produkcją elektrod, rozwijaniem i testowaniem komórek baterii oraz recyklingiem.

Masa czarna jako surowiec

Kluczowym elementem jest tzw. czarna masa. Gdy baterie u kresu swojego życia użytkowego są rozdrabniane i poddawane obróbce mechanicznej, pozostaje ciemny proszek. Zawiera on materiały aktywne, które przechowują i uwalniają energię wewnątrz komórki. W tradycyjnym recyklingu poszczególne metale, takie jak lit, nikel czy kobalt, są wydobywane za pomocą kwasów lub zasad. Następnie potrzebne są dodatkowe etapy obróbki, aby ponownie otrzymać materiał katodowy. Zmienność czarnej masy – zależna od chemii komórki, wieku baterii oraz metody obróbki – jest badana w ramach projektu badawczego SHERLOCK, którego celem jest opracowanie standardów jakości dla czarnej masy.

GSA dąży do skrócenia tego łańcucha. Zamiast rozkładać materiał katodowy z czarnej masy na jej składniki, firma przetwarza go ponownie i wykorzystuje bezpośrednio. Eksperci określają to jako bezpośrednie recyklingowanie. Taki sposób ma na celu oszczędność kroków przetwarzania oraz zasobów. W razie sukcesu produkcja nowych baterii wymagałaby mniej surowców wydobytych świeżo. Jednak partnerzy nie ujawnili dokładnych szczegółów tego procesu.

Wyniki wstępne są już dostępne: baterie z regenerowanym materiałem katodowym od GSA osiągnęły ponad 90 procent początkowej pojemności w porównaniu z bateriami o materiałach klasy komercyjnej. Chociaż brzmi to obiecująco, jest to wartość laboratoryjna podana przez uczestników. Brakuje informacji na temat liczby cykli ładowania, formatu ogniwa czy niezależnych pomiarów. Technologia ta jest rozwijana dla baterii na bazie niklu-manganu-kobaltu oraz fosforanu litu żelaznego (LFP). Szczególnie w przypadku ogniw LFP kluczowa jest metoda ekonomicznie opłacalna, ponieważ nie zawierają one ani niklu, ani kobaltu, co sprawia, że wydobywanie poszczególnych metali jest znacznie mniej opłacalne.

Badanie wykonalności

Rozdział zadań w Biel jest jasno określony: GSA dostarcza swoją technologię recyklingu, natomiast SBTC – jeden z czterech ośrodków badań stosowanych SIPBB – oferuje ekspertyzę, infrastrukturę oraz przestrzeń laboratoryjną. Wspólnie partnerzy będą badać przetworzone materiały, wytwarzać z nich elektrody i ogniwa oraz przeprowadzać testy. Ostatecznym celem jest ocena, czy proces ten można rozszerzyć na skalę przemysłową.

Do tej pory finansowanie publiczne pozostaje skromne. Pierwsza faza jest finansowana za pomocą Czeki na innowacje od szwajcarskiej agencji finansowania Innosuisse. Pokrywa ona koszty szwajcarskiego partnera badawczego do kwoty 15 000 szwajcarskich franków (około 16 200 euro) i jest przeznaczona na badania wykonalności, które muszą zostać ukończone w ciągu sześciu miesięcy. Sami partnerzy określają to jako pierwszy krok w stronę wspólnych badań.

Europa potrzebuje materiałów z recyklingu

Wymagania są jasne. Rozporządzenie UE w sprawie baterii nakłada obowiązek wyższych wskaźników recyklingu litu, niklu i kobaltu oraz, począwszy od sierpnia 2031 roku, minimalnych proporcji materiałów zrecyklingowanych w bateriach nowych pojazdów. Jednak recykling pozostaje trudny pod względem ekonomicznym: według badania Safeloop przeprowadzonego przez UE straty wynoszą obecnie około 1,90 euro na kilogram zestawu baterii. Procesy obejmujące mniej kroków mogłyby stanowić rozwiązanie. Partnerzy twierdzą, że w skali przemysłowej ich metoda zmniejszyłaby również zależność od świeżo wydobywanych surowców i uczyniła europejskie łańcuchy dostaw baterii bardziej odpornymi.

Instytucje badawcze również poszukują partnerów poza granicami kraju. Na przykład Fraunhofer FFB w Münster podpisał na początku października listy intencyjne z południowokoreańskimi partnerami, dotyczące tematów takich jak recykling oraz wdrożenie regulacji UE dotyczących baterii. GSA zamierza wykorzystać sieć SIPBB, aby przenieść swoją technologię z laboratorium do przemysłu. Czy 90-procentowy poziom wydajności można osiągnąć również przy większych ilościach, pozostaje do zobaczenia.