Tái chế pin axit chì
Mô hình tái chế pin trong nền kinh tế tuần hoàn
Tái chế pin, đặc biệt là pin axit chì là một mô hình cho ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng. Tất cả chúng ta đều nhận thức được khái niệm và lợi ích của nền kinh tế vòng tròn. Phần quan trọng nhất của điều đó là không chỉ có quy trình tái chế hàng đã qua sử dụng mà còn là cơ sở hạ tầng an toàn, được thiết lập để thu gom và vận chuyển phế liệu. Với việc sử dụng ngày càng nhiều pin cho nhiều ứng dụng thương mại và công nghiệp, đặc biệt là xe điện và Hệ thống lưu trữ năng lượng, ngày càng có nhiều lo ngại về nguồn cung cấp nguyên liệu pin và khả năng tái chế của những loại pin đó. Rõ ràng là khả năng tái chế của chúng và sự sẵn có của nguyên liệu thô để sản xuất chúng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.
Ắc quy axit chì là mặt hàng được tái chế nhiều nhất trên hành tinh!
Có một số công nghệ lưu trữ điện hóa hiện đang đại diện cho phần lớn các nhà sản xuất và người dùng pin trên thế giới hiện nay.
Hình 1. Tỷ lệ pin hóa chất khác nhau được bán trên toàn thế giới tính theo MWh
Quả sung. 1 cho thấy sự phân chia gần đúng theo doanh số MWh toàn cầu của các loại pin khác nhau được sản xuất hàng năm. Rõ ràng axit chì và pin lithium-ion là hai công nghệ đang thống trị thị trường pin hiện nay. Rõ ràng không kém, là tốc độ phát triển rất nhanh của pin li-ion, và có những lo ngại về tốc độ tăng trưởng này. Một là thiếu quy trình tái chế thương mại cho pin lithium có thể dẫn đến các vấn đề tiêu hủy hết tuổi thọ.
Hai là có thể không có đủ nguyên liệu để sản xuất pin cho nhu cầu ngày càng tăng. Hai yếu tố này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau và trong blog này, chúng ta sẽ xem xét cách hóa học axit chì có thể là một mô hình để tái chế pin của tất cả các loại hệ thống lưu trữ điện hóa.
Một trong những đặc điểm giúp phân biệt hóa học axit chì là tuổi của nó. Do đó, chúng tôi đã phát triển các phương pháp tái chế và tái sử dụng tất cả các vật liệu xây dựng, đến mức chúng tôi có thể khẳng định tỷ lệ thu hồi gần như 100% của pin hoàn chỉnh.
Tái chế pin hoạt động như thế nào?
Thống kê ấn tượng này không chỉ là một chức năng của các phương pháp cơ học và hóa học được sử dụng để phá vỡ, phân loại và tinh chế vật liệu, nó còn là về việc có một mạng lưới thu thập và phân phối. Quá trình nấu chảy và tinh luyện chì đã được con người biết đến từ hàng nghìn năm trước. Tuy nhiên, các thuộc tính của chì, vốn có lợi cho việc tái chế pin, tức là nhiệt độ nóng chảy thấp và thiếu phản ứng, là những thuộc tính làm giảm hoạt động điện hóa của nó và do đó mật độ năng lượng của nó. Khả năng tái chế này là một yếu tố chính trong việc chấp nhận chì làm vật liệu xây dựng cho pin; điều này là bất chấp độc tính đã biết của nó. Đây là vấn đề độc hại đang được quan tâm hiện nay, đối với cả các nhà sản xuất pin và các nhà tái chế pin.
Vì lý do này, các phương pháp thay thế cho các kỹ thuật luyện kim gây ô nhiễm truyền thống đang được phát triển. Các phương pháp này dựa trên sự hòa tan của hoạt chất pin trong dung môi, sau đó chiết xuất chì ở nhiều dạng hóa học khác nhau. Chúng tôi sẽ thảo luận về ưu và nhược điểm của cả hai cách tiếp cận trong blog tiếp theo và đưa ra quan điểm về giá trị tương đối của chúng. Nhưng ví dụ này, chúng tôi đang tập trung vào công nghệ axit-chì và cơ sở hạ tầng và phương pháp tái chế hiện đang được sử dụng. Tại thời điểm này, sẽ rất hữu ích nếu bạn trình bày ngắn gọn các nguyên tắc chung về tái chế để đánh giá các rào cản cần phải vượt qua để tái chế tất cả các loại pin một cách hiệu quả và thương mại.
Một định nghĩa chung về tái chế sẽ là:
- “Hành động hoặc quá trình chuyển đổi chất thải thành vật liệu có thể sử dụng được.”
- Định nghĩa này có thể được hoàn thiện thêm và chia thành hai luồng: tái chế vòng hở và vòng kín.
Tái chế vòng hở & tái chế vòng kín
Quả sung. 2 đưa ra các nguyên tắc chung của cả hai loại. Vòng kín có nghĩa là các vật liệu được thu hồi được tái sử dụng theo mục đích ban đầu của chúng, chẳng hạn như chai thủy tinh phế thải được tái chế thành nhiều chai thủy tinh hơn. Tái chế vòng hở là việc tái sử dụng các vật liệu đã thu hồi thành một vật liệu khác, và có thể chỉ sử dụng một lần trước khi cuối cùng trở thành chất thải không sử dụng được. Một ví dụ về điều này sẽ là đốt rác thải sinh hoạt để cung cấp hệ thống sưởi cục bộ cho một trung tâm mua sắm. Các sản phẩm phụ, phần lớn là khí như NOx, SOx và CO2, sẽ được coi là chất gây ô nhiễm. Bất kỳ sản phẩm phụ rắn nào cũng sẽ là chất thải không sử dụng được, cuối cùng sẽ được đưa vào bãi chôn lấp.
Tái chế pin có lợi nhuận không?
Mặc dù các định nghĩa về tái chế được đưa ra ở trên là phù hợp cho mục đích thảo luận, chúng ta cần thêm một từ: “kinh tế” giữa chuyển đổi và chất thải, để có một quy trình khả thi về mặt tài chính. Cái này quan trọng. Nếu không có yếu tố then chốt này, sẽ không có doanh nghiệp nào thực hiện các quy trình tốn kém và tốn kém cần thiết để thu gom và vận chuyển chất thải, cũng như chi phí và chi phí để chiết xuất và thu hồi các nguyên liệu cần thiết. Về nguyên tắc chung, có rất ít nghi ngờ rằng về mặt kỹ thuật, có thể khôi phục và tái chế hầu hết mọi thứ từ mọi thành phần được sản xuất trên Trái đất. Công nghệ và bí quyết tồn tại. Vấn đề là nó tốn bao nhiêu tiền?
Với những nguyên tắc này, chúng ta có thể xem xét cụ thể việc tái chế pin . Quả sung. 3, là một sơ đồ, minh họa quy trình tái chế chính thức cho pin chì-axit.
Điều gì xảy ra khi bạn tái chế pin?
Từ đó, rõ ràng là có một lộ trình rõ ràng và đầy đủ thông tin từ sản xuất đến thải bỏ và thu hồi pin. Có những điểm thu gom mà nhà bán lẻ ban đầu hoặc các điểm tái chế pin tư nhân và công cộng đã sử dụng pin do người tiêu dùng trả lại cho mục đích cụ thể là tái chế pin thành pin mới. Một điều cần lưu ý là việc vận chuyển pin đã qua sử dụng cần phải có biện pháp bảo quản thích hợp do tính chất nguy hiểm của chúng. Các quy trình và phương thức làm việc này đề cập đến các tổ chức tái chế pin chính thức bao gồm các công ty thu gom và phân phối, các tổ chức bán lẻ, nhà máy luyện chì và nhà máy lọc dầu (thường được gọi là nhà tái chế), được tổ chức với nhau bằng chất keo của luật pháp và quy định về thu gom, lưu trữ và vận chuyển vật liệu nguy hiểm.
Tái chế pin hoạt động như thế nào?
Tuy nhiên, như đã được công nhận rộng rãi, khu vực phi chính thức cũng tái chế pin ngoài những ràng buộc pháp lý đắt đỏ của các tuyến đường chính thức.
Trong khi tình trạng này được biết là tồn tại ở các nước như Châu Phi, Ấn Độ và Nam Mỹ, người ta tin rằng các quốc gia phát triển công nghiệp hơn được tiêu biểu bởi Châu Âu sẽ không cần đến các yếu tố không chính thức trong quá trình khép kín này. Nếu vậy, chúng ta sẽ có hiệu suất tái chế pin gần 100% ở các nước Châu Âu.
Tại sao việc tái chế pin lại quan trọng?
Thật không may, đây không phải là trường hợp, và Fig. 4 cho thấy tình trạng tái chế pin của phần lớn châu Âu. Ở đây chúng ta có thể thấy rằng chỉ có 8 trong số 30 quốc gia đạt được hiệu suất tái chế pin tốt hơn 90% vào năm 2018, chỉ có 4 quốc gia đạt hoặc gần đạt tỷ lệ thu hồi và tái chế pin 100%. Tuy nhiên, có nhiều yếu tố đằng sau những số liệu thống kê này, bao gồm tiêu chí báo cáo và mục tiêu di động là phù hợp với mức doanh số hàng năm hiện tại, với tuổi thọ pin và lượng phế liệu có sẵn từ doanh số bán hàng của những năm trước. Việc di chuyển và phân phối pin phế liệu ở châu Âu đôi khi có thể xảy ra, bất chấp luật pháp, vẫn diễn ra thông qua các phương tiện không chính thức và rất tiếc phải nói là bất hợp pháp.
Tại sao chúng ta tái chế pin?
Điều này đặc biệt đúng khi nhu cầu cao và nguồn cung ngắn.
Điều này dẫn đến điểm tiếp theo, đó là sự nhầm lẫn so với thống kê thường được trích dẫn, rằng pin axit-chì gần như được tái chế 100%. Điều này đúng khi chúng ta đang nói về lượng phục hồi nguyên liệu pin từ quy trình, không phải tổng lượng pin được tái chế. Điều này có nghĩa là gần như tất cả nhựa, chì và axit trong pin sẽ trở thành nguyên liệu cho nhiều pin hơn. Trong một số trường hợp, nó có thể bao gồm nguyên liệu thô cho các vật liệu khác, chẳng hạn như axit sulfuric được sử dụng để làm phân bón.
Trong bất kỳ trường hợp nào, về mặt kỹ thuật, không thể khôi phục 100% bất kỳ thứ gì, vì một số tổn thất chắc chắn sẽ xảy ra, mặc dù tổn thất nhỏ dưới 1%. Việc chuyển hướng axit sulfuric sang các mục đích sử dụng khác như đã đề cập cũng có nghĩa là các quy trình thu hồi không hoàn toàn đáp ứng mô hình vòng tròn được mô tả vui vẻ trên các trang web của các tổ chức đầu mối và các công ty tái chế pin. Chúng ta cũng cần bổ sung vào điều này lượng khí thải và chất thải độc hại không thể tránh khỏi (xỉ) có thể được tạo ra bằng các phương pháp luyện kim tái chế pin chì-axit.
Để hiểu tỷ lệ tái chế pin, bất kỳ tổn thất nào trong quá trình và bất kỳ chất thải nào được tạo ra, chúng ta cần kiểm tra cả vật liệu trong pin axit chì cũng như nguyên lý hóa học và kỹ thuật của quy trình thu hồi. Quả sung. 5 là một sơ đồ của quá trình thu hồi được sử dụng trong tái chế pin axit chì.
Nhà máy tái chế pin là gì?
Quy trình tái chế pin
Trong trường hợp này, đó là các phương pháp luyện kim hiện tại, cho đến nay là quy trình thương mại duy nhất có sẵn. Sơ đồ chỉ ra 4 giai đoạn cơ bản sau khi thu gom và giao đến nơi tái chế pin. Đó là:
- Sự phá vỡ và phân tách pin. Phế liệu pin được đưa vào máy nghiền búa để làm vỡ vụn, sau đó được tách ra thành hồ chứa chì cơ bản, hạt lưới kim loại, các mảnh nhựa và các thành phần axit, Hình. 6.
- Khử lưu huỳnh. Chất hoạt tính dạng sệt hoặc chì được xử lý bằng tro soda để loại bỏ lưu huỳnh.
- Lò luyện (cao hoặc vang). Sau đó, bột nhão đã khử lưu huỳnh được nấu chảy trong lò cao hoặc lò âm vang để giảm các hợp chất chì thành thỏi chì mềm hoặc cứng, tùy thuộc vào thành phần của phế liệu và sản phẩm cuối cùng dự định, Hình. 7.
Tái chế chất thải pin
- Tinh luyện thỏi chì. Phương pháp phổ biến nhất là nung để tạo ra chì mềm (nguyên chất) hoặc chì cứng (hợp kim).
Sơ đồ này đưa ra một số điểm thú vị. Cùng với các thành phần tái chế như các sản phẩm, còn có vấn đề về khí thải ở các giai đoạn quy trình khác nhau.
Đây thường là khí thải vào khí quyển và khí thải (COx, SOx, NOx), bụi mang chì và nước thải đầu ra có chứa các chất gây ô nhiễm như lưu huỳnh và chì. Những khí thải này được điều chỉnh bởi các tiêu chuẩn quốc gia và địa phương ở mọi quốc gia nơi tái chế chì được thực hiện. Mức độ hiện đại là rất nhỏ và ô nhiễm không khí, đất và nước nói chung là một vấn đề của quá khứ trong khu vực chính thức được quản lý. Tuy nhiên, điều này không đúng với khu vực phi chính thức mà theo WHO, đã và vẫn đang chịu trách nhiệm về ô nhiễm đất đáng kể và làm tăng nồng độ chì trong máu ở một số thành phố và làng mạc.
Một bước phát triển khác trong quy trình luyện kim là việc thu hồi các chất ô nhiễm kim loại từ xỉ thải có thể làm cho phần chất thải này phù hợp cho các dự án đắp đất hoặc đắp đường.
Hai ví dụ về các quá trình hòa tan này là các công nghệ đã được cấp bằng sáng chế của Aurelius và Citrecycle. Cả hai công ty này đều có một quy trình sử dụng axit xitric làm dung môi để hòa tan hỗn hợp chì trước khi thu hồi nhiều hợp chất chì khác nhau để xử lý thêm.
Sơ đồ luồng Hình 8 so sánh cả hai quá trình này. Từ sơ đồ, có thể thấy rằng phế liệu pin vẫn được chia nhỏ và tách rời như phương pháp thông thường, nhưng không có quá trình nấu chảy và khử lưu huỳnh. Có một sản phẩm có thể bán được, citrate chì khô có thể được bán cho khu vực chính thức để chế biến thêm trong các điều kiện được kiểm soát và quy định. Người ta đã đề xuất rằng loại quy trình này có thể được áp dụng ở dạng mô-đun, dưới sự kiểm soát của chính quyền địa phương, bởi khu vực tái chế phi chính thức hiện nay. Nó sẽ có lợi ích kép là không chỉ ngăn ngừa ô nhiễm chì và nhiễm độc máu mà còn thu hút những người tái chế không chính thức vào sự kiểm soát của lĩnh vực tái chế chính thức.
Ắc quy axit chì là mặt hàng được tái chế nhiều nhất trên hành tinh! - Hình 9
Lĩnh vực tái chế pin axit chì thực sự là một mô hình cho nền kinh tế vòng tròn và có thể được coi là kế hoạch chi tiết giai đoạn đầu mà từ đó có thể tạo ra nhiều lần lặp lại phù hợp với các hóa chất pin khác nhau. Tuy nhiên, có những thách thức xoay quanh tính độc hại của chì và việc kiểm soát lượng khí thải và các sản phẩm thải ra từ các phương pháp tái chế pin luyện kim hiện nay. Cần phải cải thiện việc quản lý khu vực phi chính thức không đáp ứng các yêu cầu pháp lý của chính quyền quốc gia và địa phương khi thu gom, lưu trữ và chế biến pin phế liệu. Tuy nhiên, các quy trình mới rẻ hơn và thân thiện hơn với môi trường, được thiết kế để giải quyết các vấn đề ô nhiễm và an toàn, đang gần được đưa vào thương mại.
Với những phương pháp này, an toàn hơn và ít gây ô nhiễm hơn, mục tiêu sản xuất chì mềm bốn nines từ phế liệu pin sẽ có thể đạt được. Kinh tế và chính trị toàn cầu ảnh hưởng đến việc cung cấp nguyên liệu và chì được sử dụng trong sản xuất pin. Hoàn thành việc tái chế pin của tất cả các phế liệu pin được tạo ra bên trong, sử dụng các phương pháp tạo ra ít CO2 hơn, loại bỏ xỉ và giảm thiểu ô nhiễm, là con đường phía trước. Mặc dù thực trạng tái chế ắc quy axit chì có thể là một điển hình hiện nay, ngành công nghiệp này vẫn cố gắng cải thiện để làm cho tất cả các quy trình của mình sạch hơn, an toàn hơn và thân thiện hơn với môi trường.
Các công nghệ mới hy vọng đạt được mục tiêu này có thể là một bước tiến đáng kể và Microtex như mọi khi, sẽ đi đầu trong việc thông báo chính xác cho khách hàng và đối tác của mình về những phát triển công nghệ pin mới nhất ảnh hưởng trực tiếp đến tất cả chúng ta.
