Аккумуляторы Li-ion и экология: как они влияют на окружающую среду?

Риски при производстве Li-ion аккумуляторов

Вред для экологии начинается уже на этапе добычи лития и других материалов. Так, в некоторых странах литий добывают из глин солончаков методом выпаривания из соляных озер. Жидкий литиевый рассол с определенным содержанием этого металла иногда содержится под коркой земной поверхности. Для его добычи создают крупные искусственные озера. Вода в них испаряется 1,5–2 года, пока содержание гидроксида лития достигнет большей концентрации.

В результате добыча лития и других природных ресурсов, необходимых для изготовления Li-ion аккумуляторов (никеля, кобальта, марганца, графита и пр.), часто приводит к негативным последствиям, таким как:

• нарушение природного ландшафта;
• истощение и деградация земель;
• эрозия почвы;
• утрата биологического разнообразия;
• загрязнение окружающей среды.

При дальнейшей переработке сырья образуются отходы и выбросы, способные загрязнить воздух, почву и воду.

Как производить литиевые АКБ без вреда для экологии?

Чтобы уменьшить экологический след при изготовлении Li-ion аккумуляторов, производители внедряют более чистые технологии, используют меньше опасных химикатов и минимизируют количество отходов. Также они внедряют программы переработки старых аккумуляторов. Это позволяет восстанавливать ценные материалы из элементов питания, отработавших свой ресурс и безопасно собранных для переработки.

В результате не только сохраняются природные ресурсы, но и частично решается проблема загрязнения окружающей среды аккумуляторами. Если же не перерабатывать старые элементы питания и не утилизировать должным образом образующиеся отходы, они отравляют опасными химическими веществами все вокруг – воздух, землю, грунтовые воды. И хотя в составе Li-ion аккумов нет токсичного кадмия или свинца, все же их попадание на свалку является нежелательным и нерациональным.

Риски при использовании Li-ion аккумуляторов

По сравнению с другими видами химических источников тока, литиевые АКБ имеют гораздо большую энергоэффективность. Поэтому при переходе на Li-ion накопители энергии удается снизить выбросы углекислого газа. К тому же, при зарядке и в целом при эксплуатации они не выделяют вредных веществ. Более того, использование литиевых батарей на транспорте позволяет уменьшить количество вредных выхлопов, а это одна из главных экологических проблем.

Но производство электроэнергии, требуемой для зарядки литиевых АКБ, сопряжено с потреблением кислорода, изменением ландшафта, выбросами парниковых газов и токсичных веществ. Эти проблемы особенно актуальны, если для выработки электроэнергии используется ископаемое топливо: газ, уголь, нефть. Тепловые электростанции выбрасывают в окружающую среду оксиды азота, диоксид серы, метан, углекислый газ и другие парниковые газы, способствующие изменению климата. С другой стороны, для работы ГЭС создают искусственные водохранилища, из-за чего нарушаются экосистемы. С огромными рисками сопряжена и работа АЭС.

Кроме того, существенный вред экологии Li-ion аккумуляторы причиняют в случае их возгорания или взрыва. Для недопущения таких ситуаций производители совершенствуют химический состав, работают над повышением его химической и термической стабильности, принимают меры для недопущения теплового разгона. Также они оснащают каждую аккумуляторную батарею BMS платой – умным контроллером для отслеживания рабочих параметров и избегания опасных ситуаций.

Как уменьшить экологический след?

Для минимизации вредных последствий при использовании литий-ионных АКБ нужно:

1. Не нарушать правила их эксплуатации – не перегревать, не превышать допустимые токи нагрузки, не прокалывать, избегать длительного хранения в разряженном состоянии, не использовать при появлении каких-либо неполадок.
2. Использовать элементы питания с большим сроком службы. С точки зрения экологии применение любых перезаряжаемых аккумуляторов более выгодно, чем использование одноразовых батареек. Но еще лучше использовать АКБ с увеличенным циклическим ресурсом. И хотя все литиевые аккумуляторы служат дольше, чем свинцово-кислотные или никель-металлгидридные, по сроку службы модели с разным типом химии различаются. Например, батареи подвида LiFePO4 отрабатывают минимум 2000–3000 циклов, в то время как ресурс большинства Li-ion элементов составляет 700–1000 циклов.
3. По истечении срока эксплуатации – не выбрасывать старые накопители энергии в мусор, а сдавать на переработку. Этот вид отходов содержит разнообразные химические вещества. При осознанном потреблении они не должны попадать на свалки или мусоросжигательные заводы, иначе окружающая среда неизбежно загрязняется. И хотя извлекать литий и другие металлы при переработке аккумуляторов непросто, это наиболее экологичный способ их получения.
4. В масштабах стран – активно использовать экологически чистые источники энергии (применять солнечные панели и ветрогенераторы), инвестировать в их развитие, сократить количество тепловых электростанций, стимулировать переработку ХИТ. При использовании атомных электростанций – по максимуму обеспечивать их безопасную работу. Атомная энергия считается абсолютно чистой, но в случае аварии на АЭС окружающая территория отравляется радиацией.

Выводы

Литий-ионные АКБ по-разному влияют на экологическую обстановку. С одной стороны, они позволяют снизить количество выхлопных газов благодаря переходу с бензинового и дизельного транспорта на электромобили и другие виды персонального электротранспорта. С другой стороны, производство и использование Li-ion аккумуляторов также влияют на экологию.

Планете вредит и добыча сырья неэкологичными способами, и несоблюдение мер безопасности при изготовлении и использовании аккумов, и не налаженная система переработки старых элементов питания. Но если осознанно подходить к этим вопросам, бережно и рационально использовать ресурсы, совершенствовать технологии производства, корректно использовать и грамотно перерабатывать литий-ионные АКБ, они не будут вредить окружающей среде.

Ранее в блоге VirtusTec.ru вышла статья о последствиях зарядки аккумуляторов большими токами.