배터리 재활용
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납축전지 재활용

순환 경제에서 배터리 재활용을 위한 패러다임

배터리 재활용, 특히 납축전지는 에너지 저장 산업의 모델입니다. 우리는 모두 순환 경제의 개념과 이점을 알고 있습니다. 그 중 가장 중요한 부분은 중고 제품의 재활용 프로세스뿐만 아니라 스크랩 자재의 수집 및 운송을 위한 확립되고 안전한 인프라를 갖추는 것입니다. 많은 상업용 및 산업용 애플리케이션, 특히 전기 자동차 및 에너지 저장 시스템에 대한 배터리 사용이 급증함에 따라 배터리 원료의 소싱 및 배터리의 재활용 가능성에 대한 우려가 증가하고 있습니다. 재활용 가능성과 제조 원료의 가용성은 불가분의 관계에 있음이 상당히 분명합니다.

납축전지는 지구상에서 가장 많이 재활용되는 상품입니다!

현재 전 세계 배터리 제조업체 및 사용자의 대다수를 대표하는 몇 가지 전기화학 저장 기술이 있습니다.
그림 1. MWh의 함수로 전 세계적으로 판매된 다양한 배터리 화학 물질의 비율
무화과. 1은 연간 생산되는 다양한 유형의 배터리에 대한 전 세계 MWh 판매량의 대략적인 분할을 보여줍니다. 분명히 납산 배터리와 리튬 이온 배터리는 현재 배터리 시장을 지배하는 두 가지 기술입니다. 마찬가지로 리튬 이온 배터리의 매우 빠른 성장 속도가 있으며 이러한 성장 속도에 대한 우려가 있습니다. 하나는 수명이 다한 폐기 문제를 초래할 수 있는 리튬 배터리에 대한 상업적 재활용 프로세스가 없다는 것입니다.

다른 하나는 늘어나는 수요에 맞춰 배터리를 제조할 재료가 부족할 수 있다는 점이다. 이 둘은 불가분의 관계에 있으며 이 블로그에서는 납산 화학이 모든 유형의 전기화학 저장 시스템의 배터리 재활용 모델이 될 수 있는 방법을 살펴볼 것입니다.
납산 화학을 구별하는 미덕 중 하나는 나이입니다. 이 때문에 우리는 완전한 배터리의 거의 100% 회수율을 주장할 수 있을 정도로 모든 건축 자재를 재활용하고 재사용하는 방법을 개발했습니다.

배터리 재활용은 어떻게 작동합니까?

이 인상적인 통계는 재료의 분해, 분류 및 정제에 사용되는 기계적 및 화학적 방법의 기능일 뿐만 아니라 수집 및 유통 네트워크에 관한 것이기도 합니다. 납 제련 및 정제 과정은 수천 년 동안 인간에게 알려져 있습니다. 그러나 배터리 재활용을 선호하는 납의 바로 그 속성, 즉 낮은 융점과 반응성 부족은 전기화학적 활성과 에너지 밀도를 감소시키는 속성입니다. 이러한 재활용 가능성은 납을 배터리용 건축 자재로 수용하는 주요 요인입니다. 이것은 알려진 독성에도 불구하고. 배터리 제조업체와 배터리 재활용업체 모두에게 현재 우려되는 것은 독성입니다.

이러한 이유로 기존의 오염된 건식 야금 기술에 대한 대체 방법이 개발되고 있습니다. 이러한 방법은 배터리 활성 물질을 용매에 용해시킨 다음 다양한 화학적 형태로 납을 추출하는 방법에 의존합니다. 우리는 다음 블로그에서 두 접근 방식의 장단점을 논의하고 상대적인 장점에 대한 견해를 제시할 것입니다. 그러나 이 경우 우리는 현재 사용 중인 납산 기술과 재활용 인프라 및 방법에 집중하고 있습니다. 이 시점에서 모든 배터리 유형을 효과적이고 상업적으로 재활용하기 위해 극복해야 하는 장애물을 이해하기 위해 재활용의 일반 원칙을 간략하게 다루는 것이 유용할 것입니다.

재활용의 일반적인 정의는 다음과 같습니다.

  • “폐기물을 사용 가능한 재료로 변환하는 작업 또는 과정.”
  • 이 정의는 더 세분화하여 두 개의 스트림으로 나눌 수 있습니다. 즉, 개방 및 폐쇄 루프 재활용입니다.
Fig 1 Worldwide battery market
그림 1. 전 세계 배터리 시장 규모
Fig 3. Circular economy recycling credentials of lead acid batteries
그림 2. 납산 배터리의 순환 경제 재활용 자격 증명

개방 루프 재활용 및 폐쇄 루프 재활용

무화과. 2는 두 유형의 일반 원칙을 제공합니다. 폐쇄 루프는 폐 유리병을 더 많은 유리병으로 재활용하는 것과 같이 회수된 재료를 원래 목적으로 재사용하는 것을 의미합니다. 개루프 재활용은 회수된 재료를 다른 용도로 재활용하는 것입니다. 결국에는 사용할 수 없는 폐기물이 되기 전에 단일 용도일 수 있습니다. 이것의 예는 쇼핑몰에 지역 난방을 제공하기 위해 가정 쓰레기를 소각하는 것입니다. NOx, SOx 및 CO2와 같은 가스인 부산물은 오염 물질로 간주됩니다. 모든 고체 부산물도 사용할 수 없는 폐기물이 되어 결국 매립됩니다.

배터리 재활용이 수익성이 있습니까?

위에 주어진 재활용의 정의는 논의 목적으로는 괜찮지만 재정적으로 실행 가능한 프로세스를 갖기 위해서는 전환과 폐기물 사이에 “경제적으로”라는 한 단어를 추가해야 합니다. 이것은 중요하다. 이 핵심 요소가 없다면 어떤 기업도 필요한 재료를 추출하고 회수하는 비용과 비용은 물론 폐기물을 수집 및 운송하는 데 필요한 힘들고 값비싼 프로세스를 수행하지 않을 것입니다. 일반적으로 지구상의 모든 제조 부품에서 거의 모든 것을 회수하고 재활용하는 것이 기술적으로 가능하다는 점에는 의심의 여지가 없습니다. 기술과 노하우가 존재합니다. 문제는 비용이 얼마나 듭니까?

이러한 원칙을 염두에 두고 배터리 재활용 을 구체적으로 살펴볼 수 있습니다. 무화과. 도 3은 납산 배터리에 대한 원형의 공식 재활용 관행을 예시하는 개략도이다.

Fig 3a. Circular economy recycling credentials of lead acid batteries
그림 3. 납축전지의 순환경제 재활용 자격 증명
Fig 4. Recycling efficiency for lead acid batteries in European Nations
그림 4. 유럽 국가의 납축전지 재활용 효율

배터리를 재활용하면 어떻게 됩니까?

이를 통해 제조에서 배터리 폐기 및 회수에 이르기까지 잘 정립되고 정보에 입각한 경로가 있음이 분명합니다. 원래 소매점이나 개인 및 공공 배터리 재활용 지점이 배터리를 새 배터리로 재활용하기 위한 특정 목적으로 소비자가 반환한 배터리를 사용한 수거 지점이 있습니다. 한 가지 주의할 점은 사용한 배터리는 위험한 특성으로 인해 적절한 격리가 필요하다는 것입니다. 이러한 절차 및 작업 관행은 수집 및 배송 회사, 소매 조직, 납 제련소 및 정제소(종종 재활용업체라고도 함)로 구성된 공식 배터리 재활용 조직을 참조하며, 수집, 보관 및 위험 물질 운송.

배터리 재활용은 어떻게 작동합니까?

그러나 널리 알려진 바와 같이 공식 경로의 값비싼 법적 제약을 벗어나 배터리 재활용을 수행하는 비공식 부문도 있습니다.

이러한 상황은 아프리카, 인도 및 남미와 같은 국가에서 존재하는 것으로 알려져 있지만 유럽으로 대표되는 보다 산업적으로 발전된 국가는 이러한 폐쇄 루프 프로세스 내에서 비공식적 요소에 의존하지 않을 것으로 믿어집니다. 그렇다면 유럽 국가 내에서 배터리 재활용 효율성이 거의 100%에 달해야 합니다.

배터리를 재활용하는 것이 왜 중요한가요?

불행히도 이것은 사실이 아니며 Fig. 4는 유럽 대부분의 배터리 재활용 현황을 보여줍니다. 여기서 우리는 30개국 중 8개국만이 2018년에 90% 이상의 배터리 재활용 효율성을 달성했으며 4개국만이 100% 복구 및 배터리 재활용률에 도달했거나 거의 도달했음을 알 수 있습니다. 그러나 이러한 통계 뒤에는 보고 기준 및 현재 연간 판매 수준을 배터리 수명 및 이전 연도 판매에서 사용할 수 있는 스크랩 양과 일치시키는 이동 목표를 포함하여 많은 요인이 있습니다. 유럽에서 스크랩 배터리의 이동 및 배포는 입법에도 불구하고 때때로 비공식적이고 유감스럽게도 불법적인 수단을 통해 발생할 수 있습니다.

배터리를 재활용하는 이유는 무엇입니까?

수요는 많고 공급은 부족한 경우 특히 그렇습니다.
이것은 납축전지가 거의 100% 재활용된다는 자주 인용되는 통계에 대한 혼란이라는 다음 요점을 제시합니다. 이것은 재활용된 배터리의 총량이 아니라 공정에서 배터리 재료의 회수량에 대해 이야기할 때 사실입니다. 이는 배터리의 거의 모든 플라스틱, 납 및 산이 더 많은 배터리의 공급원료로 사용된다는 것을 의미합니다. 어떤 경우에는 비료를 만드는 데 사용되는 황산과 같은 다른 재료의 공급원료가 포함될 수 있습니다.

어떤 경우에도 1% 미만의 작은 손실이라도 일부 손실은 불가피하게 발생하므로 100% 복구하는 것은 기술적으로 불가능합니다. 언급한 바와 같이 황산의 다른 용도로의 전환은 또한 회수 절차가 선도 조직 및 배터리 재활용 회사의 웹사이트에 행복하게 묘사된 순환 모델을 완전히 충족하지 않는다는 것을 의미합니다. 여기에 납 축전지 재활용 의 건식 야금법에 의해 생성될 수 있는 불가피한 독성 배출과 폐기물(슬래그)도 추가해야 합니다.

배터리 재활용률, 공정 손실 및 생성된 폐기물을 이해하려면 납축전지의 재료와 회수 공정의 화학 및 엔지니어링 원리를 모두 조사해야 합니다. 무화과. 도 5는 납 축전지 재활용 에 사용되는 회수 공정의 개략도이다.

배터리 재활용 공장이란?

Fig 5. Processing route for collected lead acid battery scrap
그림 5. 수거된 납축전지 스크랩 처리경로
Fig 6. Lead acid battery scrap starting to be processed at a battery recycling plant
그림 6. 배터리 재활용 공장에서 처리되기 시작한 납축전지 스크랩

배터리 재활용 프로세스

이 경우 현재까지 상업적으로 이용 가능한 유일한 공정인 건식 야금법입니다. 다이어그램은 수거 및 배터리 재활용 현장으로 배송된 후의 4가지 기본 단계를 보여줍니다. 이것들은:

  • 배터리 파손 및 분리. 배터리 스크랩은 해머 밀에 넣어 부서진 다음 기본 납 함유 페이스트, 금속 그리드 과립, 플라스틱 비트 및 산 성분으로 분리됩니다. 6.
  • 탈황. 페이스트 또는 납 활성 물질을 소다회 처리하여 황을 제거합니다.
  • 용광로(용광로 또는 반사). 그런 다음 탈황된 페이스트를 고로 또는 반사로에서 제련하여 스크랩의 구성과 의도한 최종 제품에 따라 납 화합물을 연성 또는 경질 납 덩어리로 환원합니다. 7.
Fig 7. Reverberatory furnace used for lead acid battery active material recycling
그림 7. 납축전지 활물질 재활용에 사용되는 반사로
Fig 8. Schematic comparing two dissolution routes to lead acid battery active material recycling
그림 8. 납축전지 활물질 재활용을 위한 두 가지 용해 경로 비교 개략도

배터리 폐기물 재활용

  • 납 덩어리를 정제합니다. 가장 일반적인 방법은 연질(순수) 납 또는 경질(합금) 납을 생산하기 위해 하소하는 것입니다.
    이 다이어그램은 몇 가지 흥미로운 점을 보여줍니다. 제품으로 재활용된 구성 요소와 함께 다양한 공정 단계에서 배출 문제도 있습니다.

이는 일반적으로 대기 및 폐수 가스(COx, SOx, NOx), 납 함유 먼지 및 황 및 납과 같은 오염 물질을 포함하는 폐수 배출입니다. 이러한 배출은 납 재활용이 시행되는 모든 국가의 국가 및 지역 표준에 따라 관리됩니다. 현대의 수준은 매우 낮고 공기, 토지 및 물의 오염은 일반적으로 규제된 공식 부문에서 과거의 문제입니다. 그러나 이것은 WHO에 따르면 일부 도시와 마을에서 심각한 토지 오염과 혈중 납 농도 상승에 책임이 있는 비공식 부문의 경우에는 해당되지 않습니다.

건식 야금 공정의 또 다른 발전은 폐기물 슬래그에서 금속 오염 물질을 회수하여 이 폐기물 부분을 토지 또는 도로 채우기 프로젝트에 적합하게 만들 수 있다는 것입니다.
이러한 용해 과정의 두 가지 예는 Aurelius와 Citrecycle의 특허 기술입니다. 이 두 회사는 추가 처리를 위해 다양한 납 화합물을 회수하기 전에 납 페이스트를 용해하기 위한 용매로 시트르산을 사용하는 공정을 가지고 있습니다.

이 두 프로세스를 비교하는 흐름도 Fig8. 도표를 보면 기존의 방법과 마찬가지로 배터리 스크랩이 여전히 파손되어 분리되어 있음을 알 수 있지만, 제련 및 탈황 공정이 누락되어 있습니다. 판매 가능한 제품이 있습니다. 건조된 시트르산 납은 통제되고 규제된 조건에서 추가 처리를 위해 공식 부문에 판매될 수 있습니다. 이러한 유형의 프로세스는 현재의 비공식 재활용 부문에서 지방 당국의 통제 하에 모듈식으로 채택될 수 있다고 제안되었습니다. 그것은 납 오염과 혈액 중독을 예방할 뿐만 아니라 비공식 재활용 업체를 공식적인 재활용 부문의 통제로 끌어들이는 이중적인 이점을 가질 것입니다.

납축전지는 지구상에서 가장 많이 재활용되는 상품입니다! - 그림 9

Fig 9. Status of global material recycling rates
Fig 9. Status of global material recycling rates

축전지 재활용 부문은 실제로 순환 경제의 모델이며 다양한 배터리 화학 물질에 적합한 다양한 반복을 도출할 수 있는 첫 번째 단계 청사진으로 간주될 수 있습니다. 그러나 납의 독성과 현재 건식 야금 배터리 재활용 방법의 배출 및 폐기물 제어에 중점을 둔 문제가 있습니다. 국가 및 지방자치단체가 스크랩 배터리를 수집, 보관 및 처리할 때 규정한 법적 요건을 충족하지 않는 비공식 부문에 대한 관리를 개선해야 합니다. 그러나 오염 및 안전 문제를 해결하기 위해 설계된 보다 저렴하고 환경 친화적인 새로운 공정이 상용화에 가까워지고 있습니다.

더 안전하고 오염이 적은 이러한 방법을 사용하면 배터리 스크랩에서 4-9 연질 납을 생산한다는 목표를 달성할 수 있습니다. 글로벌 경제와 정치는 배터리 제조에 사용되는 재료와 납의 공급에 영향을 미칩니다. CO2를 적게 생성하고 슬래그를 제거하며 오염을 최소화하는 방법을 사용하여 내부에서 생성된 모든 배터리 스크랩의 완전한 배터리 재활용이 앞으로 나아갈 길입니다. 납축전지 재활용의 현재 상황이 현재의 모범이 될 수 있지만 업계는 여전히 모든 프로세스를 보다 깨끗하고 안전하며 환경 친화적으로 만들기 위해 개선하기 위해 노력하고 있습니다.

이 목표를 달성하기를 희망하는 새로운 기술은 중요한 진전이 될 수 있으며 Microtex는 항상 그렇듯이 우리 모두에게 직접적인 영향을 미치는 최신 배터리 기술 개발을 고객과 파트너에게 정확하게 알리는 최전선에 있을 것입니다.

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