Daur Ulang Baterai asam timbal
Paradigma untuk daur ulang baterai dalam ekonomi sirkular
Daur ulang baterai, khususnya baterai asam timbal adalah model untuk industri penyimpanan energi. Kita semua sadar akan konsep dan manfaat ekonomi sirkular. Bagian terpentingnya adalah tidak hanya memiliki proses daur ulang untuk barang bekas tetapi juga infrastruktur yang mapan dan aman untuk pengumpulan dan pengangkutan bahan bekas. Dengan penggunaan baterai yang berkembang untuk banyak aplikasi komersial dan industri, terutama kendaraan listrik dan Sistem Penyimpanan Energi, ada kekhawatiran yang meningkat atas sumber bahan baku baterai dan daur ulang baterai tersebut. Cukup jelas bahwa daur ulang dan ketersediaan bahan baku untuk pembuatannya terkait erat.
Baterai asam timbal adalah komoditas yang paling banyak didaur ulang di planet ini!
Ada beberapa teknologi penyimpanan elektrokimia yang saat ini mewakili mayoritas produsen dan pengguna baterai di dunia saat ini.
Gambar 1. Proporsi berbagai bahan kimia baterai yang dijual di seluruh dunia sebagai fungsi MWh
Ara. 1 menunjukkan perkiraan perpecahan dengan penjualan MWh global dari berbagai jenis baterai yang diproduksi setiap tahun. Jelas asam timbal dan baterai lithium-ion adalah dua teknologi yang mendominasi pasar baterai saat ini. Sama jelasnya, adalah tingkat pertumbuhan baterai li-ion yang sangat cepat, dan ada kekhawatiran tentang tingkat pertumbuhan ini. Salah satunya adalah kurangnya proses daur ulang komersial untuk baterai lithium yang dapat mengakibatkan masalah pembuangan akhir masa pakai.
Yang lainnya adalah bahwa mungkin ada bahan yang tidak mencukupi untuk memproduksi baterai untuk permintaan yang terus meningkat. Keduanya terkait erat dan di blog ini, kita akan melihat bagaimana kimia asam timbal dapat menjadi model untuk daur ulang baterai dari semua jenis sistem penyimpanan elektrokimia.
Salah satu keunggulan yang membedakan kimia asam timbal adalah umurnya. Karena itu, kami telah mengembangkan metode daur ulang dan penggunaan kembali semua bahan konstruksi, hingga kami dapat mengklaim hampir 100% tingkat pemulihan baterai lengkap.
Bagaimana cara kerja daur ulang baterai?
Statistik yang mengesankan ini bukan hanya fungsi dari metode mekanis dan kimia yang digunakan untuk pemecahan, klasifikasi dan pemurnian bahan, tetapi juga tentang memiliki jaringan pengumpulan dan distribusi. Proses peleburan dan pemurnian timbal telah dikenal manusia selama beberapa ribu tahun. Namun, sifat-sifat timbal, yang mendukung daur ulang baterai, yaitu titik leleh rendah dan kurangnya reaktivitas, adalah sifat-sifat yang mengurangi aktivitas elektrokimia dan oleh karena itu kepadatan energinya. Daur ulang ini merupakan faktor utama dalam penerimaan timbal sebagai bahan konstruksi untuk baterai; ini meskipun toksisitasnya diketahui. Toksisitas inilah yang saat ini menjadi perhatian, baik bagi produsen baterai maupun pendaur ulang baterai.
Untuk alasan ini, metode alternatif untuk teknik pyrometallurgical polusi tradisional sedang dikembangkan. Metode ini bergantung pada pelarutan bahan aktif baterai dalam pelarut, kemudian mengekstraksi timbal dalam berbagai bentuk kimia. Kami akan membahas pro dan kontra dari kedua pendekatan di blog berikutnya dan memberikan pandangan tentang manfaat relatif mereka. Tetapi untuk contoh ini, kami berkonsentrasi pada teknologi timbal-asam dan infrastruktur serta metode daur ulang yang saat ini digunakan. Pada titik ini, akan berguna untuk membahas secara singkat prinsip umum daur ulang untuk memahami rintangan yang perlu diatasi untuk mendaur ulang semua jenis baterai secara efektif dan komersial.
Definisi umum daur ulang adalah:
- “Tindakan atau proses mengubah sampah menjadi bahan yang dapat digunakan.”
- Definisi ini dapat disempurnakan lebih lanjut dan dibagi menjadi dua aliran: daur ulang terbuka dan tertutup.
Daur ulang loop terbuka & Daur ulang loop tertutup
Ara. 2 memberikan prinsip-prinsip umum dari kedua jenis. Loop tertutup berarti bahwa bahan yang dipulihkan digunakan kembali dalam tujuan aslinya, seperti limbah botol kaca yang didaur ulang menjadi lebih banyak botol kaca. Daur ulang loop terbuka adalah penggunaan kembali bahan yang dipulihkan menjadi yang berbeda, dan mungkin sekali pakai sebelum akhirnya berakhir sebagai limbah yang tidak dapat digunakan. Contohnya adalah pembakaran limbah domestik untuk menyediakan pemanas lokal ke pusat perbelanjaan. Produk sampingan, sebagian besar gas seperti NOx, SOx dan CO2, akan dianggap sebagai polutan. Produk sampingan padat apa pun juga akan menjadi limbah yang tidak dapat digunakan, berakhir di tempat pembuangan sampah.
Apakah daur ulang baterai menguntungkan?
Sementara definisi daur ulang yang diberikan di atas baik-baik saja untuk tujuan diskusi, kita perlu menambahkan satu kata: “secara ekonomis” antara konversi dan limbah, untuk memiliki proses yang layak secara finansial. Ini penting. Tanpa faktor kunci ini, tidak ada bisnis yang akan melakukan proses yang melelahkan dan mahal yang diperlukan untuk mengumpulkan dan mengangkut limbah, serta biaya dan pengeluaran untuk mengekstraksi dan memulihkan bahan yang diperlukan. Sebagai prinsip umum, ada sedikit keraguan bahwa secara teknis mungkin untuk memulihkan dan mendaur ulang hampir semua hal dari setiap komponen yang diproduksi di Bumi. Teknologi dan know-how ada. Masalahnya, berapa biayanya?
Dengan mempertimbangkan prinsip-prinsip ini, kita dapat melihat secara khusus daur ulang baterai . Ara. 3, adalah diagram skematik, yang menggambarkan praktik daur ulang resmi yang melingkar untuk baterai timbal-asam.
Apa yang terjadi ketika Anda mendaur ulang baterai?
Dari sini, terbukti bahwa ada rute yang mapan dan terinformasi dari pembuatan hingga pembuangan dan pemulihan baterai. Ada tempat pengumpulan di mana pengecer asli atau tempat daur ulang baterai swasta dan publik telah menggunakan baterai yang dikembalikan oleh konsumen untuk tujuan khusus daur ulang baterai menjadi baterai baru. Satu hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa pengangkutan baterai bekas memerlukan penahanan yang tepat karena sifatnya yang berbahaya. Prosedur dan praktik kerja ini mengacu pada organisasi daur ulang baterai resmi yang terdiri dari perusahaan pengumpulan dan pengiriman, organisasi ritel, pabrik peleburan dan pemurnian timbal (sering disebut pendaur ulang), yang disatukan oleh lem undang-undang dan peraturan untuk pengumpulan, penyimpanan dan pengangkutan bahan berbahaya.
Bagaimana cara kerja daur ulang baterai?
Namun, seperti yang diketahui secara luas, ada juga sektor informal yang melakukan daur ulang baterai di luar batasan legal yang mahal dari jalur resmi.
Sementara situasi ini diketahui ada di negara-negara seperti Afrika, India dan Amerika Selatan, diyakini bahwa negara-negara industri maju yang ditandai oleh Eropa tidak akan menggunakan elemen informal dalam proses loop tertutup ini. Jika demikian, kita harus memiliki efisiensi daur ulang baterai hampir 100% di negara-negara Eropa.
Mengapa penting untuk mendaur ulang baterai?
Sayangnya, ini tidak terjadi, dan Gambar. 4 menunjukkan status daur ulang baterai untuk sebagian besar Eropa. Di sini kita dapat melihat bahwa hanya 8 dari 30 negara yang mencapai efisiensi daur ulang baterai lebih baik dari 90% pada tahun 2018, dengan hanya 4 negara yang mencapai atau hampir mencapai tingkat pemulihan dan daur ulang baterai 100%. Namun, ada banyak faktor di balik statistik ini, termasuk kriteria pelaporan dan target bergerak untuk mencocokkan tingkat penjualan tahunan saat ini, dengan masa pakai baterai dan jumlah sisa yang tersedia dari penjualan tahun-tahun sebelumnya. Pergerakan dan distribusi baterai bekas di Eropa kadang-kadang, meskipun undang-undang, masih terjadi melalui cara informal dan maaf untuk mengatakan ilegal.
Mengapa kita mendaur ulang baterai?
Hal ini terutama berlaku ketika permintaan tinggi dan pasokan terbatas.
Ini memunculkan poin berikutnya, yang membingungkan statistik yang sering dikutip, bahwa baterai timbal-asam hampir 100% didaur ulang. Ini benar ketika kita berbicara tentang jumlah pemulihan bahan baterai dari proses, bukan jumlah total baterai yang didaur ulang. Ini berarti bahwa hampir semua plastik, timbal dan asam dalam baterai berakhir sebagai bahan baku untuk lebih banyak baterai. Dalam beberapa kasus, ini dapat mencakup bahan baku untuk bahan lain, seperti asam sulfat yang digunakan untuk membuat pupuk.
Bagaimanapun, secara teknis tidak mungkin untuk memulihkan 100% dari apa pun, karena beberapa kerugian pasti akan terjadi, meskipun kerugian kecil kurang dari 1%. Pengalihan asam sulfat ke penggunaan lain seperti yang disebutkan juga berarti bahwa prosedur pemulihan tidak sepenuhnya memenuhi model melingkar yang digambarkan dengan senang hati di situs web organisasi utama dan perusahaan daur ulang baterai. Kita juga perlu menambahkan emisi dan limbah beracun (slag) yang tak terhindarkan yang dapat dihasilkan oleh metode pirometalurgi daur ulang baterai timbal-asam.
Untuk memahami tingkat daur ulang baterai, kerugian dalam proses dan limbah yang dihasilkan, kita perlu memeriksa bahan dalam baterai asam timbal dan juga prinsip kimia dan teknik dari proses pemulihan. Ara. 5 adalah diagram skema dari proses pemulihan yang digunakan dalam daur ulang baterai asam timbal.
Apa itu pabrik daur ulang baterai?
Proses daur ulang baterai
Dalam hal ini, ini adalah metode pirometalurgi saat ini, yang sejauh ini merupakan satu-satunya proses yang tersedia secara komersial. Diagram menunjukkan 4 tahap dasar setelah pengumpulan dan pengiriman ke tempat daur ulang baterai. Ini adalah:
- Baterai putus dan segregasi. Potongan baterai dimasukkan ke dalam hammer mill untuk dipecah, kemudian dipisahkan menjadi pasta bantalan timbal dasar, butiran kisi logam, bit plastik dan komponen asam, Gambar. 6.
- Desulfurisasi. Pasta atau bahan aktif timbal diperlakukan dengan soda abu untuk menghilangkan belerang.
- Tungku peleburan (ledakan atau gema). Pasta desulfated kemudian dilebur dalam tanur sembur atau reverberatory untuk mereduksi senyawa timbal menjadi batangan timbal lunak atau keras, tergantung pada komposisi skrap dan produk akhir yang diinginkan, Gambar. 7.
Daur ulang limbah baterai
- Memurnikan batangan timah. Metode yang paling umum adalah kalsinasi untuk menghasilkan timbal lunak (murni) atau timbal keras (paduan).
Diagram ini memunculkan beberapa poin menarik. Seiring dengan komponen daur ulang sebagai produk, ada juga masalah emisi di berbagai tahap proses.
Ini umumnya emisi gas buang atmosfer dan limbah (COx, SOx, NOx), debu yang mengandung timbal dan air limbah yang mengandung kontaminan seperti belerang dan timbal. Emisi ini diatur oleh standar nasional dan lokal di setiap negara tempat praktik daur ulang timbal. Tingkat modern sangat kecil dan pencemaran udara, tanah dan air umumnya merupakan masalah masa lalu di sektor formal yang diatur. Namun, ini tidak benar untuk sektor informal yang, menurut WHO, telah, dan masih, bertanggung jawab atas pencemaran tanah yang signifikan dan peningkatan kadar timbal dalam darah di beberapa kota dan desa.
Perkembangan lain dalam proses pirometalurgi adalah pemulihan kontaminan logam dari terak limbah yang dapat membuat fraksi limbah ini cocok untuk proyek pengisian tanah atau jalan.
Dua contoh proses disolusi ini adalah teknologi yang dipatenkan dari Aurelius dan Citrecycle. Kedua perusahaan ini memiliki proses yang menggunakan asam sitrat sebagai pelarut untuk melarutkan pasta timbal sebelum memulihkannya berbagai senyawa timbal untuk perawatan lebih lanjut.
Diagram alir Fig8 yang membandingkan kedua proses ini. Dari diagram terlihat bahwa scrap aki masih pecah dan terpilah-pilah seperti pada cara konvensional, tetapi proses peleburan dan desulfurisasinya tidak ada. Ada produk yang dapat dijual, timbal sitrat kering yang dapat dijual ke sektor formal untuk diproses lebih lanjut di bawah kondisi yang terkendali dan diatur. Telah diusulkan bahwa jenis proses ini dapat diadopsi dalam bentuk modular, di bawah kendali otoritas lokal, oleh sektor daur ulang informal saat ini. Ini akan memiliki manfaat ganda tidak hanya mencegah kontaminasi timbal dan keracunan darah tetapi juga menarik pendaur ulang informal ke dalam kendali sektor daur ulang formal.
Baterai asam timbal adalah komoditas yang paling banyak didaur ulang di planet ini! - Gbr.9
Sektor daur ulang baterai asam timbal memang merupakan model untuk ekonomi sirkular dan dapat diambil sebagai cetak biru tahap pertama dari mana berbagai iterasi dapat diturunkan yang cocok untuk kimia baterai yang berbeda. Namun, ada tantangan yang berpusat di sekitar toksisitas timbal dan pengendalian emisi dan produk limbah dari metode daur ulang baterai pirometalurgi saat ini. Pengelolaan sektor informal yang tidak memenuhi persyaratan hukum yang ditetapkan oleh pemerintah pusat dan daerah saat mengumpulkan, menyimpan dan memproses baterai bekas, perlu ditingkatkan. Namun, proses baru yang lebih murah dan ramah lingkungan, yang dirancang untuk mengatasi masalah polusi dan keselamatan, hampir tersedia secara komersial.
Dengan metode ini, yang lebih aman dan lebih sedikit polusi, tujuan untuk menghasilkan empat-sembilan timbal lunak dari sisa baterai akan dapat dicapai. Ekonomi dan politik global mempengaruhi pasokan bahan dan timbal yang digunakan dalam pembuatan baterai. Daur ulang baterai lengkap dari semua sisa baterai yang dihasilkan secara internal, menggunakan metode yang menghasilkan lebih sedikit CO2, menghilangkan terak, dan meminimalkan polusi, adalah jalan ke depan. Sementara situasi daur ulang baterai asam timbal saat ini mungkin menjadi contoh saat ini, industri masih berusaha untuk meningkatkan untuk membuat semua prosesnya lebih bersih, lebih aman, dan lebih ramah lingkungan.
Teknologi baru yang diharapkan dapat mencapai tujuan ini dapat menjadi langkah maju yang signifikan, dan Microtex seperti biasa, akan menjadi yang terdepan dalam menginformasikan secara akurat kepada pelanggan dan mitranya tentang perkembangan teknologi baterai terbaru yang secara langsung mempengaruhi kita semua.
