Second Life для акумуляторів Powertool: є потенціал, проте переробка залишається основним шляхом
Приблизно половина відпрацьованих літій-іонних акумуляторів від електроінструментів під час повернення не є глибоко розрядженими. Однак наразі економічно доцільно переробити лише невелику їх частину. Дослідницький проєкт EASLi дослідив, який шлях утилізації підходить для кожного акумулятора, – роблячи акцент на більш ранньому та кращому сортуванні.
Під керівництвом фонду GRS консорціум дослідив усю ланцюгову структуру переробки та утилізації акумуляторів, щоб визначити, які шляхи є технічно та практично доцільними для відпрацьованих літій-іонних акумуляторів типу NMC від електроінструментів. У проєкті брали участь Robert Bosch Power Tools, Gemeinsame Rücknahmesystem Servicegesellschaft mbH, Battery Damage Service (BDS), Erlos Produktion und Montagen GmbH та ECOLOGICON GmbH. Німецький федеральний фонд охорони навколишнього середовища (DBU) фінансував цей проєкт з січня 2025 року до лютого 2026 року.
У центрі уваги були три ланцюги обробки: відновлення для другої фази використання (ланцюг 1), високоякісна гідрометалургійна переробка, при якій сировина може бути повернена у виробництво катодів (ланцюг 2), та пірометалургійна переробка з отриманням вторинної сировини нижчої якості (ланцюг 3).
Що насправді потрапляє у замкнений цикл
У трьох кампаніях сортування було досліджено понад чотири тонни матеріалів з пунктів збору (наприклад, сміттєзвалищ для переробки чи будівельних магазинів). Серед досліджених акумуляторів PowerTool переважали літій-іонні акумулятори, які становили близько 55 відсотків. Акумулятори на нікель-кадмій все ще складали 37 відсотків через наявність залишків на ринку – хоча їх заборонено використовувати у електринструментах з 2017 року.
Висока частка акумуляторів на нікель-кадмій свідчить про те, як довго вони залишаються у обігу. Серед акумуляторів з визначним роком виробництва – близько чверті – проміжок від моменту виробництва до повернення становив у середньому близько десяти років; найстаріший зразок походив з 1989 року. Акумулятори, використовувані приватними особами, поверталися приблизно через вісім років, а ті, що використовувалися у комерційних цілях – вже приблизно через чотири.
Існує технічний потенціал
Усього близько 70 відсотків сортованих акумуляторів Powertool мали низький рівень заряду. Цю ситуацію характеризують переважно старіші акумулятори типу NiCd. Натомість приблизно половина акумуляторів літій-іонного типу не мала низького рівня заряду; новіші акумулятори в середньому мали вищий рівень заряду. Отже, сьогоднішній потік для переробки містить акумулятори, технічний термін служби яких ще не закінчився, і для яких може бути доцільним ще один огляд стану з метою можливого подальшого використання або переробки.
BDS перевірила, скільки з них насправді підходять для повторного використання, на 265 вживаних акумуляторах напругою 18 В. Серія тестів включала візуальну перевірку, вимірювання напруги та параметрів окремих елементів, а також визначення стану здоров’я (SoH) під час циклів заряджання та розряджання. Результати є пригнічуючими: 62 відсотки акумуляторів були сильно розряджені, майже третина з них мала напругу нижче 4 вольт – що свідчить про необоротні пошкодження елементів. Під час подальшої оцінки стану здоров’я досліджувалися два потоки матеріалів: той, що характерний для виробника, та той, що фіксується через систему зворотного приймання. У досліджених частинах вибірки 30 відсотків та 11 відсотків акумуляторів підходили для повторного використання. Через обмежений розмір вибірок – 64 та 19 акумуляторів відповідно – неможливо зробити репрезентативні висновки щодо загальних обсягів цих потоків матеріалів.
.
Чому з цього ще не стало бізнес-моделі
Низькі показники повторного використання є ключовою проблемою для економічної доцільності. У досліджуваному сценарії з німецькими витратами на персонал витрати на тестування та вимірювальну техніку, ймовірно, перевищать дохід від повторно використовуваних акумуляторів. Тож, згідно з заключним звітом, економічне масштабування вимагає більш цілеспрямованої сортувальної процедури, автоматизації окремих етапів тестування або скоригованих умов постачання.
До цього додаються юридичні перешкоди. Акумулятори, які передаються на утилізацію, через бажання кінцевих користувачів позбутися їх вважаються сміттям, і їх можна передавати лише сертифікованим підприємствам з утилізації – сертифікати, яких зазвичай немає у виробників інструментів. Також залишаються відкритими питання відповідальності та гарантій, питання про те, під якою маркою продаються перероблені акумулятори, а також бракують єдиних стандартів для перевірки та повторного використання.
Дизайн продукту також є перешкодою: акумулятори для інструментів потужності розроблені з урахуванням міцності та безпеки експлуатації, а не можливості розбирання. З’єднання компонентів та велика кількість різних матеріалів ускладнюють їх переробку. Висновок заключного звіту відповідно стриманий: застосування акумуляторів у другому житті є технічно можливим, проте на шляху до їхнього масового використання зараз стоять значні правові, практичні та економічні перешкоди.
Високоякісна переробка, ймовірно, стане найпоширенішим способом
Тому команда проекту очікує, що у майбутньому переважна частина використаних акумуляторів NMC для інструментів потужності потрапить у процес Loop 2 – за умови, що їх можна буде належним чином ідентифікувати та сортувати. Відновлення акумуляторів, ймовірно, займе друге місце за поширеністю, а пірометалургійна переробка – третє.
Для циклу 2 експерименти в ERLOS надають практичні знання. Оскільки система керування акумуляторами зазвичай запобігає повному розряду, компанія протестувала метод вологого розряду: вона знизила напругу акумуляторів Powertool до менше 1 вольта протягом 24 годин, а додавання солі цинку зменшило корозію. Крім того, було виявлено, що суміш зарядів з акумуляторів типу NMC та NCA можна одночасно використовувати для гідрометалургійної переробки у циклі 2. Для якості процесу менш важлива точна хімія катоди, ніж кількість забруднень, таких як залишки пластику та електроліту. Тому найважливішим є якомога раннє відокремлення акумуляторів на літій-іонних від інших типів акумуляторів.
Три рішення замість матриці
Спочатку EASLi мав розробити багатокритеріальну систему оцінки, яка б визначала оптимальний шлях утилізації для кожної акумуляторної батареї. Однак протягом реалізації проекту з’ясувалося, що така матриця на практиці може бути використана лише обмежено: пункти збирання, підприємства сортування та переробники мають дуже різну інформацію та можливості для прийняття рішень.
Натомість у проекті були розроблені дерева прийняття рішень для трьох місць, де фактично приймаються рішення. У пункті збирання достатньо простих запитань: чи можна розпізнати хімічний склад елемента? Чи пошкоджений або забруднений корпус? Чи цілісні контакти, чи можна визначити виробника?
У підприємствах з сортування акумуляторів розділяють їх за хімічним складом, а при відновленні додаються інформація про рівень заряду та ступінь зносу. Особливо малі компанії повинні мати можливість присвоювати акумулятори відповідному шляху без складного збору даних.
EASLi починає з аспекту, який часто залишається поза увагою під час дискусій про переробку акумуляторів: не лише сам процес переробки визначає якість повернених сировин, а й спосіб поводження з акумуляторами перед їх фактичною переробкою. Адже якісний цикл утилізації починається вже з питання про те, яка інформація є доступною щодо акумулятора та на якій стадії розділяються потоки матеріалів.
Кращі дані — ключ до успіху
Проєкт бачить потенціал насамперед у кращих даних та автоматизованій ідентифікації. Цифровий паспорт продукту або QR-код могли б зробити доступними інформацію про виробника, хімічний склад акумулятора, його ємність та дату виробництва. Однак це не є обов’язковим для акумуляторів Powertool: цифровий паспорт акумуляторів згідно з регламентом ЄС про акумулятори починає діяти з лютого 2027 року лише для акумуляторів електромобілів та легких транспортних засобів, а також для промислових акумуляторів ємністю понад 2 кВт·год, а не для акумуляторів пристроїв. Додатково системи на основі камер з ШІ могли б визначати тип акумулятора та його зовнішний стан. Для цього проєкт пропонує додаток, який за допомогою фото допомагає вирішити, чи використовувати акумулятор знову, чи переробити його.
EASLi не передбачає сценарію, у якому Second Life на короткий час замінить переробку акумуляторів Powertool. Результати свідчать про необхідність більш диференційованої економіки замкнутого циклу: виявляти якісні акумулятори та використовувати їх довше, рано відсортовувати непридатні, а решту обробляти так, щоб якомога більш якісні матеріали поверталися у виробництво акумуляторів.