Bitik Elektrikli Araç (EV) Aküsü Sorunsalı ve Geri Dönüşüm Yöntemleri
- Hüseyin GÜZEL
- Feb 19
- 7 min read
Elektrikli Araç (EV) pazarının katlanarak büyümesiyle birlikte, lityum iyon akü (batarya) geri dönüşümüne yönelik artan bir talep söz konusudur. Bu durum, bilim insanlarını ve mühendisleri daha verimli ve sürdürülebilir geri dönüşüm teknolojileri geliştirmeye teşvik etmektedir...
Tesla Model S'in akü (pil) takımı karmaşık bir mühendislik başarısıdır. Dünyanın dört bir yanından tedarik edilen bileşenlere sahip binlerce silindirik hücre, lityum ve elektronları, egzoz emisyonu olmadan aracı yüzlerce kilometre boyunca tekrar tekrar itmeye yetecek kadar enerjiye dönüştürür. Ancak akü ömrünün sonuna geldiğinde, yeşil faydaları kaybolur.
Eğer bu piller çöplüğe atılırsa, içerdikleri ağır metaller de dahil olmak üzere zararlı toksinler çevreye yayılabilir. Akünün geri dönüştürülmesi ise oldukça tehlikeli bir süreç olabilir. Leicester Üniversitesi'nden malzeme bilimci Dana Thompson'ın belirttiği gibi, bir Tesla hücresinde yanlış veya çok derin bir kesik, kısa devreye, yangına ve zehirli gazların yayılmasına neden olabilir.
Bu, Thompson da dahil olmak üzere, üreticilerin önümüzdeki birkaç on yıl içinde üretmeyi beklediği milyonlarca elektrikli araç (EV) aküsünün nasıl geri dönüştürüleceği gibi ortaya çıkan bir sorunu ele almaya çalışan araştırmacıların karşılaştığı birçok sorundan sadece biri. Birleşik Krallık'taki akü-pil sorunlarına odaklanan bir araştırma merkezi olan Faraday Enstitüsü'nde araştırma görevlisi olan Thompson, mevcut EV akülerinin "geri dönüştürülmek üzere tasarlanmadığını" söylüyor.
EV'ler nadir olduğunda bu pek sorun teşkil etmiyordu. Ancak şimdi teknoloji hızla gelişiyor. Birkaç otomobil üreticisi birkaç on yıl içinde içten yanmalı motorları aşamalı olarak kullanımdan kaldırmayı planladıklarını söyledi ve endüstri analistleri 2030 yılına kadar en az 145 milyon EV'nin yollarda olacağını öngörüyor; bu sayı geçen yılki 11 milyona göre daha fazla.
Thompson, "İnsanlar bunun bir sorun olduğunu fark etmeye başlıyor" diyor.
Hükümetler belirli bir düzeyde geri dönüşümü zorunlu kılmaya doğru ilerliyor. 2018'de Çin, EV akü bileşenlerinin yeniden kullanımını teşvik etmeyi amaçlayan yeni kurallar koydu. Avrupa Birliği'nin bu yıl ilk gerekliliklerini tamamlaması bekleniyor. Amerika Birleşik Devletleri'nde federal hükümet henüz geri dönüşüm zorunluluklarını ilerletmedi, ancak ülkenin en büyük otomobil pazarı olan Kaliforniya da dahil olmak üzere birkaç eyalet kendi kurallarını koymayı araştırıyor.
Elektrikli araç (EV) pazarının hızla büyümesiyle birlikte, batarya geri dönüşümü de önemli bir konu haline geliyor. Hükümetler, batarya geri dönüşümünü teşvik etmek ve çevresel etkilerini azaltmak amacıyla çeşitli adımlar atıyor. Bu kapsamda, bazı ülkelerde geri dönüşüm zorunluluğu uygulamaları hayata geçirilmeye başlandı.
Aküler kimya ve yapı bakımından büyük farklılıklar gösterir, bu da verimli geri dönüşüm sistemleri oluşturmayı zorlaştırır. Ve hücreler genellikle onları parçalamayı zorlaştıran sert yapıştırıcılarla bir arada tutulur. Bu, ekonomik bir engele katkıda bulundu: Akü üreticilerinin geri dönüştürülmüş malzemeler kullanmaktan genellikle yeni çıkarılmış metaller satın alması daha ucuzdur.
Araştırmacılar, daha iyi geri dönüşüm yöntemlerinin yalnızca kirliliği önlemekle kalmayacağını, aynı zamanda hükümetlerin bir veya birkaç ülke tarafından kontrol edilen temel akü metallerinin tedarikini artırarak ekonomik ve ulusal güvenliklerini artırmalarına yardımcı olacağını belirtiyor.
"Bir yandan, [EV akülerinin atılması] bir atık yönetimi sorunu. Diğer yandan, kritik malzemelerin sürdürülebilir bir ikincil akışını üretmek için bir fırsat," diyor EV politika sorunlarını inceleyen Birmingham Üniversitesi araştırmacısı Gavin Harper.
Ülkelerdeki Geri Dönüşüm Uygulamaları
Çin: 2018 yılında Çin, elektrikli araç akü bileşenlerinin yeniden kullanımını teşvik etmeyi amaçlayan yeni kurallar yürürlüğe koydu. Bu kurallar, üreticileri akü geri dönüşümü konusunda sorumluluk almaya teşvik ediyor.
Avrupa Birliği (AB): AB de bu yıl içerisinde ilk geri dönüşüm gerekliliklerini tamamlamayı planlıyor. Bu düzenlemelerle, akü üreticilerinin geri dönüşüm hedeflerine uyması ve belirli standartları karşılaması bekleniyor.
Amerika Birleşik Devletleri (ABD): ABD'de federal hükümet henüz geri dönüşüm zorunluluklarını uygulamaya koymadı. Ancak, Kaliforniya gibi bazı eyaletler kendi kurallarını oluşturmayı araştırıyor. Kaliforniya, ülkenin en büyük otomobil pazarı olması nedeniyle bu adım, diğer eyaletler için de örnek teşkil edebilir.
Akü geri dönüşümü, hem çevresel sürdürülebilirlik hem de kaynakların verimli kullanımı açısından büyük önem taşıyor. Geri dönüşüm sayesinde, akülerde bulunan değerli metaller (lityum, kobalt, nikel vb.) geri kazanılabilir ve tekrar kullanıma sokulabilir. Bu durum, hem doğal kaynakların korunmasına yardımcı olur hem de yeni akü üretiminde kullanılan malzeme ihtiyacını azaltır. Ayrıca, akülerin çevreye zarar vermesini engellemek için de geri dönüşümün önemi büyüktür.
Geri dönüşüm zorunluluklarının artmasıyla birlikte, akü geri dönüşüm teknolojilerinin de gelişmesi bekleniyor. Daha verimli ve çevre dostu geri dönüşüm yöntemleri sayesinde, akülerin geri kazanım oranları artırılabilir ve çevresel etkileri en aza indirilebilir. Bu alandaki çalışmalar, elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte daha da hız kazanacaktır.
Geri dönüşümü hızlandırmak için hükümetler ve endüstri bir dizi araştırma girişimine para yatırıyor. ABD Enerji Bakanlığı (DOE), akademi, endüstri ve hükümet laboratuvarlarındaki bilim insanlarının çalışmalarını koordine etmek için bir ReCell Merkezi'ne yaklaşık 15 milyon dolar yatırdı. Birleşik Krallık, çok kurumlu bir çaba olan ReLiB projesini destekledi. DOE'nin Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda akü geri dönüşümü üzerinde çalışan Linda Gaines, EV endüstrisi hızlanırken ilerleme ihtiyacının acil hale geldiğini söylüyor.
"Her şeyi ne kadar çabuk harekete geçirebilirsek, o kadar iyi." diyor Linda Gaines
EV aküleri, iç içe geçmiş bebekler gibi inşa edilir. Genellikle, bir ana paket, her biri çok sayıda küçük hücreden yapılmış birkaç modül içerir (aşağıdaki grafiğe bakın). Her bir hücrenin içinde, lityum atomları bir grafit anot ile bir metal oksitten oluşan bir katot levhası arasındaki bir elektrolit boyunca hareket eder. Aküler genellikle katottaki metallerle tanımlanır.
Üç ana türü vardır: nikel-kobalt-alüminyum, demir-fosfat ve nikel-manganez-kobalt.
Şimdi, geri dönüştürücüler öncelikle katottaki kobalt ve nikel gibi yüksek fiyatlar getiren metalleri hedef alırlar. (Lityum ve grafit geri dönüşümün ekonomik olması için çok ucuzdur.) Ancak küçük miktarlar nedeniyle, metaller samanlıktaki iğneler gibidir: bulunması ve kurtarılması zordur.
Kullanılmış Hücreler İçin Yeni Bir Yaşam
Bilim insanları, bugün satılan elektrikli araç (EV) akülerinin, her gün binlerce akünün ömrünün sonuna ulaşacağı 2030 ve sonrasında geri dönüştürülebilmesini sağlamak için çalışıyorlar. EV aküleri birçok tasarımda gelir, ancak genellikle bu bileşenleri paylaşırlar.
Elektrikli Araç (EV) Akü Paketi
Paketin içinde, elektrikli bileşenler düzinelerce modülün şarjını ve stabilitesini yönetir.
Akü Geri Dönüşümünde Kullanılan Yöntemler
Akülerin geri dönüşümünde, genellikle pirometalurji ve hidrometalurji olarak bilinen iki temel teknik kullanılır.
Pirometalurji
Daha yaygın olan pirometalurji yönteminde, geri dönüştürücüler öncelikle akü hücresini mekanik olarak parçalar ve ardından yakarlar. Bu işlem sonucunda, geriye kömürleşmiş bir plastik, metal ve yapıştırıcı karışımı kalır. Daha sonra, bu karışımdaki metalleri ayrıştırmak için çeşitli yöntemler (örneğin, daha fazla yakma) uygulanabilir. Gaines'in de belirttiği gibi, pirometalurji yöntemi, aküyü "doğrudan bir madenden elde edilen cevher gibi" ele alır.
Hidrometalurji
Hidrometalurji ise, akü malzemelerini asit havuzlarına daldırarak metal yüklü bir çözelti elde etmeyi içerir. Bu yöntemde, farklı metaller farklı asitler kullanılarak çözeltiden ayrıştırılabilir.
Kombine Yöntemler
Bazı durumlarda, pirometalurji ve hidrometalurji yöntemleri birleştirilerek kullanılır. Örneğin, pirometalurji ile kaba bir ayrıştırma yapıldıktan sonra, hidrometalurji ile metallerin daha rafine bir şekilde elde edilmesi sağlanabilir.
Her iki yöntemin de avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Pirometalurji, genellikle daha düşük maliyetli bir yöntemdir ancak çevresel etkileri daha fazla olabilir. Hidrometalurji ise daha yüksek geri kazanım oranları sağlayabilir ancak daha maliyetli ve karmaşık bir süreçtir. Geri dönüşüm yönteminin seçimi, akünün tipine, içeriğine ve geri dönüştürücünün imkanlarına göre değişir.
Geri Dönüşüm Çemberleri
Pirometalurji kullanılmış pilleri cürufa yakar ve hidrometalurji bunları asitlerde eritir. Her ikisi de katot malzemelerini çıkarmayı amaçlar. İdeal olan, katodu bozulmadan geri kazandıracak olan doğrudan geri dönüşümdür. Ancak geri dönüşümün uygulanabilir olması için, madenlerden çıkarılan malzemelerle maliyet açısından rekabetçi olması gerekir.
İdeal olan, katot karışımını bozulmadan tutacak olan doğrudan geri dönüşümdür. Bu, akü üreticileri için caziptir çünkü geri dönüştürülmüş katotlar ağır işleme gerektirmez, Gaines belirtiyor (ancak üreticilerin yine de az miktarda lityum ekleyerek katotları canlandırması gerekebilir).
"Yani dairesel ekonomiyi düşünüyorsanız, [doğrudan geri dönüşüm] piromet veya hidrometten daha küçük bir çemberdir." Gaines
Doğrudan geri dönüşümde, işçiler önce elektrolitleri vakumlar ve akü hücrelerini parçalar. Daha sonra, bağlayıcıları ısı veya çözücülerle çıkarır ve anot ve katot malzemelerini ayırmak için bir flotasyon tekniği kullanırlar. Bu noktada, katot malzemesi bebek pudrasına benzer.
Şimdiye kadar, doğrudan geri dönüşüm deneyleri yalnızca tek hücrelere odaklandı ve sadece onlarca gram katot tozu üretti. Ancak ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, tekniğin doğru koşullar altında ölçeklendirilirse gelecekte uygulanabilir olabileceğini gösteren ekonomik modeller oluşturdular.
Ancak doğrudan geri dönüşümü gerçekleştirmek için akü üreticilerinin, geri dönüştürücülerin ve araştırmacıların bir dizi sorunu çözmeleri gerekiyor. Bunlardan biri, üreticilerin akülerini etiketlemelerini sağlamak, böylece geri dönüştürücüler ne tür bir hücreyle uğraştıklarını ve katot metallerinin herhangi bir değeri olup olmadığını bilecekler. Hızla değişen akü pazarı göz önüne alındığında, Gaines'in belirttiğine göre, bugün üretilen katotlar gelecekte bir alıcı bulamayabilir. Geri dönüştürücüler "bir dinozoru kurtarıyor olacaklar. Kimse ürünü istemeyecek."
Bir diğer zorluk ise EV akülerini etkili bir şekilde açmaktır. Nissan'ın dikdörtgen Leaf pil modülünün sökülmesi 2 saat sürebilir. Tesla'nın hücreleri yalnızca silindirik şekilleriyle değil, aynı zamanda onları bir arada tutan neredeyse yok edilemez poliüretan çimentosuyla da benzersizdir.
Araştırmacılar, mühendislerin akü sökümünü hızlandırabilecek robotlar inşa edebileceklerini, ancak hücrenin içine girdikten sonra bile yapışkan sorunların devam ettiğini belirtiyor. Bunun nedeni, anotları, katotları ve diğer bileşenleri yerinde tutmak için daha fazla yapıştırıcı kullanılmasıdır. Geri dönüştürücülerin katot bağlayıcılarını çözmek için kullandıkları bir çözücü o kadar toksiktir ki Avrupa Birliği kullanımına kısıtlamalar getirmiştir ve ABD Çevre Koruma Ajansı geçen yıl bunun çalışanlar için "mantıksız bir risk" oluşturduğunu belirlemiştir.
"Ekonomi açısından, sökmeniz gerekir... [ve] sökmek istiyorsanız, yapıştırıcılardan kurtulmanız gerekir," diyor Leicester Üniversitesi'nde kimyager ve Thompson'ın danışmanı olan Andrew Abbott.
Süreci kolaylaştırmak için Thompson ve diğer araştırmacılar, EV ve akü üreticilerini ürünlerini geri dönüşümü göz önünde bulundurarak tasarlamaya başlamaya çağırıyor. Abbott, ideal akünün, alıcının her iki ucundan çektiğinde açılan ve şeker veya bir mesaj ortaya çıkaran bir İngiltere tatil hediyesi olan Noel kurabiyesi gibi olacağını söylüyor. Örnek olarak, geçen yıl Çinli bir EV üreticisi olan BYD tarafından piyasaya sürülen bir lityum ferrofosfat pil olan Blade Battery'i gösteriyor. Paketi, modül bileşenini ortadan kaldırıyor ve bunun yerine düz hücreleri doğrudan içine yerleştiriyor. Hücreler, kablolar ve yapıştırıcılarla uğraşmadan elle kolayca çıkarılabiliyor.
Blade Battery, Çin'in 2018'de EV üreticilerini akülerin geri dönüştürülmesini sağlamaktan sorumlu tutmaya başlamasının ardından ortaya çıktı. Ülke artık dünyanın geri kalanının toplamından daha fazla lityum iyon pili geri dönüştürüyor ve çoğunlukla piro- ve hidrometalurjik yöntemler kullanıyor.
Benzer politikaları benimsemeye yönelen ülkeler bazı sıkıntılı sorularla karşı karşıya. Thompson'a göre birincisi, geri dönüşümün gerçekleşmesi için birincil sorumluluğun kimde olması gerektiği. "[Bir EV] satın aldığım için benim sorumluluğum mu yoksa onu ürettikleri ve sattıkları için üreticinin sorumluluğu mu?"
Avrupa Birliği'nde, yetkililer kıtanın ilk kuralını yayınladığında bu yılın ilerleyen zamanlarında bir cevap gelebilir. Ve gelecek yıl Kaliforniya eyaleti tarafından oluşturulan bir uzman panelinin, ABD'nin herhangi bir politikası üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilecek önerilerle devreye girmesi bekleniyor.
Bu arada geri dönüşüm araştırmacıları, etkili akü geri dönüşümünün sadece teknolojik gelişmelerden daha fazlasını gerektireceğini söylüyor. Yanıcı maddelerin uzun mesafeler veya sınırlar arası taşınmasının yüksek maliyeti geri dönüşümü caydırabilir. Sonuç olarak, geri dönüşüm merkezlerini doğru yerlere yerleştirmenin "muazzam bir etkisi" olabilir diyor Harper.
"Ancak sistem entegrasyonunda ve tüm bu farklı araştırma parçalarını bir araya getirmede gerçek bir zorluk olacak." Harper
Abbott, boşa harcanacak çok az zaman olduğuna dikkat çekiyor. “İstemediğiniz şey, asla parçalanamayacak bir hücrenin 10 yıl boyunca yaşayabileceği” diyor ve ekliyor: “Heniz böyle bir durum söz konusu değil, ancak insanların bilmediği ve bunun gerçekleşeceğinden korunduğu.”
Comments