מיחזור סוללות ליתיום, אלקליין, הידריד ועוד

מיחזור סוללות

עם ההתקדמות הטכנולוגית, הואץ משמעותית השימוש בטכנולוגיה המאפשרת ניידות.
כבר בתחילת המילניום היינו עדים למעבר ממוצרים קווים למוצרים ניידים –ETOOLS , כגון: לפטופים, מכשירים סלולריים וכו'. בהמשך התרחש מעבר כזה גם בענף התחבורה העירונית, כאשר אומצו מוצרים כגון אופניים חשמליים, קורקינטים ורכבים חשמליים והיברידיים. עקב כך גם הלכה וגדלה כמות הסוללות הנטענות שהפכה לפסולת אלקטרונית ודורשת מיחזור סוללות מסוגים שונים, לרבות מיחזור סוללות ליתיום למיניהן.
אורך חיי הסוללות הוא פונקציה של סוג הסוללה, הספק הסוללה, צורת השימוש ופרמטרים נוספים. ברוב המקרים חיי סוללה יסתיימו בתוך שנים בודדות, לכן הפיכת סוללות לפסולת שמצריכה מיחזור סוללות מתרחשת מהר יחסית.

הסוללות מכילות חומרים רעילים רבים המזהמים את הסביבה ומצריכים מיחזור סוללות. כאשר סוללה מתחילה להירקב, החומרים המשתחררים ממנה פולטים גזי חממה רעילים לאוויר. סוללה ישנה באזור המחייה שלנו שכבר אינה נמצאת בשימוש תגרום להשפעה רעה על איכות חיינו. אם הסוללה נזרקה לפח הרגיל, ככל הנראה שהיא תוטמן בקרקע. תהליך כזה יגרום לזיהום מי התהום שאותם נשתה בעתיד ולהרג יצורים חיים במים ובאקו-סיסטם האקולוגי.

לכן מיחזור סוללות וטיפול ראוי בהן על פי הנהלים המחמירים ביותר הוא אחד התחומים החשובים ביותר בתחום המיחזור. ב-All Recycling אנו מבצעים מיחזור סוללות, לרבות מיחזור סוללות ליתיום, סוללות אלקליין וסוללות ניקל מתכת-הידריד, על פי הנהלים המחמירים ביותר ואף פיתחנו פטנט ייחודי למיחזור סוללות ליתיום.

להלן סוגי הסוללות הנפוצות כיום שמצויות במוצרים אלקטרוניים:

סוללת אלקליין (באנגלית: Alkaline battery) היא סוג של סוללה ראשונית המפיקה אנרגיה בתגובה בין אבץ ומנגן דו חמצני (MnO2 (אנ')). מקור השם אלקליין הוא המילה אלקלי – בסיס הנמצא בשימוש באשלגן הידרוקסיד KOH כאלקטרוליט. לסוללת אלקליין צפיפות אנרגיה (אנרגיה ליחידת נפח או מסה) גבוהה בהשוואה לסוללות אחרות במתחים דומים. רוב הסוללות הראשוניות (שאינן מיועדות לטעינה מחדש) הן סוללות אלקליין המשמשות לצעצועים, פנסים, מכשירים אלקטרונים קטנים וכו'. היקף הייצור העולמי הוא כ-10 מיליארד סוללות בשנה.
סוללת ניקל מתכת-הידריד (NiMH) היא סוללה שניונית שבה האלקטרודות עשויות ניקל ותערובת מתכות. דגם זו הוא השכיח ביותר מבין הסוללות הנטענות במכשירי חשמל קטנים. סוללות אלו החליפו את סוללות הניקל-קדמיום הישנות והרעילות יותר. כיום, סוללות ליתיום-יון מחליפות בחלק מהמקרים את סוללות הניקל מתכת-הידריד. הקתודה עשויה מניקל אוקסי-הידריד (NiOOH) בדומה לסוללת ניקל-קדמיום. אולם, בשונה ממנה האנודה עשויה מסגסוגת מתכתית שעברה תהליך ספיחת מימן והיא מחליפה את אנודת הקדמיום. סוללת ניקל מתכת-הידריד יכולה להיות בעלת קיבול הגדול פי 3-2 מסוללת ניקל-קדמיום, ובעלת צפיפות אנרגיה נפחית קרובה לזו של סוללת ליתיום-יון. סוללות ניקל מתכת-הידריד מהוות מרכיב עיקרי במכוניות היברידיות ובחלק מהמכוניות החשמליות ה"מלאות". הסוללות פותרות את בעיית חומרי הגלם הנדירים הנמצאים בחלקם הגדול בסין וכך ניתן להוריד את מחיר המכוניות. נכון לשנת 2011, שני מיליון מכוניות היברידיות השתמשו בסוללות אלו.
סוללות ליתיום Primary מתכתי הן סוללות חד פעמיות אשר מורכבות מתרכובות של מתכת ליתיום או מליתיום טהור (Li). סוללות ליתיום נבדלות מהסוללות האחרות באורך חייהן, בממדיהן הקטנים ובאיכותן. כתוצאה מסיבות אלו מחיר סוללות הליתיום גבוה ביחס לסוגי הסוללות האחרות. תאי הליתיום של הסוללה יכולים לספק מתח חשמלי בטווח של 1.5-3.7 Volt. הסוללה צורכת בין 0.15-0.3 קילוגרם ליתיום לקוט"ש (קילוואט לשעה).
סוללת ליתיום-יון Li-Ion היא סוללה חשמלית נטענת המבוססת על יציאה של יוני ליתיום מהאלקטרודה השלילית (האנודה, היכן שמתרחש תהליך החמצון), מעבר של היונים דרך אלקטרוליט המוליך יוני ליתיום בלבד וכניסתם לאלקטרודה החיובית (הקתודה, היכן שמתרחש תהליך החיזור). במהלך הפריקה של הסוללה, מעבר יוני הליתיום מלווה בזרימת אלקטרונים מהאנודה לקתודה דרך המעגל החשמלי. במהלך טעינת הסוללה מתרחש התהליך ההפוך, כלומר יוני ליתיום עוברים מהקתודה לאנודה. המינוח ליתיום יון בא להדגיש שבסוללות אלו האנודה עשויה מחומר המכיל יוני ליתיום ומאפשר מעבר יונים כאלה ממנו ואליו בפריקה ובטעינה, להבדיל מסוללות ליתיום שבהן האנודה עשויה ליתיום מתכתי. סוללות ליתיום יון שכיחות בעיקר באפליקציות של מכשירים אלקטרונים ניידים, הודות לצפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן, מספר מחזורי פריקה/טעינה גבוה ואיבוד נמוך של הקיבול במהלך המחזורים.

השימוש המרכזי המיועד לסוללות אלו הוא הנעת מנועים ברכבים חשמליים. הטכנולוגיה של כלי רכב חשמליים לגמרי (FEV) מבוססת על הנעה ישירה מסוללה נטענת. בעבר הרחוק (סוף המאה ה-19, תחילת המאה ה-20) ואף בשנות ה-90 של המאה ה-20, הנעת כלי רכב חשמליים "מלאים" הייתה מבוססת על סוללת עופרת-חומצה (lead-acid). סוללה זו היא בעלת אנרגיה ספציפית נמוכה של כ-Wh/kg30-40 ולכן מגבילה את טווח הנסיעה החשמלי סוללת הליתיום-יון היא כמעט ייחודית ביכולת שלה לספק אנרגיה וצפיפות הספק גבוהים בו-זמנית. הסוללה היא בעלת אנרגיה ספציפית של כ־200-250 W/kg וצפיפויות הספק גבוהות של 250-340W/kg, פרמטר חשוב מאוד עבור אפליקציה של כלי רכב חשמליים היות שהאחרון משפיע על יכולת הרכב להאיץ במהירות ולהגיע למהירויות גבוהות.

חברת All Recycling אוספת, ממיינת, אורזת ומבצעת מיחזור סוללות מכלל הסוגים הללו בהתאם לחוק מיחזור פסולת אלקטרונית וסוללות. במקרה של סוללות ליתיום פיתחה החברה פטנט ייחודי למיחזור סוללות ליתיום.

מיחזור סוללות ליתיום ע"פ הפטנט ייחודי

All Recycling פיתחה פטנט ייחודי למיחזור סוללות ה-Li-Ion. כפי שפירטנו, הסוללות האלו מהוות ויהוו את הנתח הגדול ביותר בסוללות, לאור הגידול לביקוש ליישומי תחבורה, רכבים, אופניים וקורקינטים. נתח זה גם מגדיר את נתח הפסולת הצפוי מהן ואת הפוטנציאל הרב של ביצוע מיחזור סוללות.

הסוללות הללו דליקות מאוד ועלולות לגרום לנזק למי התהום בשל פליטת רעלים של קובלט, ליתיום, מנגן וניקל לסביבה, כאשר הן לא מטופלות כראוי. מיחזור סוללות ליתיום ראוי מהווה "מכרה עירוני" למתכות נדירות ונדרשות לצד הנדבך החשוב של שמירה על הסביבה והבטיחות.

ל- All Recycling פטנט ייחודי לאופן מיחזור סוללות Li-ion,
הפטנט ייחודי בהליך פריקת הסוללה והפקת המתכות הטמונות בה.

שלבי מיחזור סוללות ליתיום בהתאם לפטנט

מיחזור סוללות ליתיום מורכב מהשלבים הבאים:

פריקת הסוללה בחומר כימי: הסוללות נפרקות כדי למנוע מכל אנרגיה חשמלית שנותרה לגרום לסכנה בטיחותית במהלך המיחזור. לאחר ההשריה, הסוללות נשטפות במים זורמים ומיובשות באוויר חם בטמפרטורה שאינה עולה על 60 מעלות צלזיוס.
גריסה פיזית ומיון של הסוללה לברזל, נחושת ו"חומר שחור" Black Mass
הידרו-מטלורגי: עיבוד המסה השחורה באמצעות תהליך הידרו-מטלורגיות, כגון שטיפה או מיצוי ממסים, כדי לשחזר מתכות יקרות ערך כגון קובלט, ניקל, גרפיט, וליתיום קרבונט.
זיקוק: המתכות המשוחזרות עוברות זיקוק לרמת טוהר המתאימה לשימוש חוזר בסוללות חדשות או ליישומים אחרים.

בתום השלבים, התהליך של מיחזור סוללות ליתיום מסתיים בהצלחה. אך חשוב לזכור שמיחזור סוללות ליתיום באופן מוצלח מתחיל כבר בשלב איסוף הסוללות והובלתן באופן בטיחותי למפעל המיחזור, בהתאם להנחיות מקצועיות שפרסם המשרד להגנת הסביבה. עד לשנת 2021 לא היה ברור אם חוק פסולת אלקטרונית כולל חובת מיחזור סוללות ליתיום שמצויות בקורקינטים ובאופניים חשמליים, אולם המשרד הבהיר שהחוק חל גם עליהן.

מיחזור סוללות ליתיום מוצלח מאפשר לחסוך גם בפליטת גזי חממה שגורמים להתחממות גלובלית וגם בפליטת מזהמים שמזיקים לבריאות הציבור ולסביבה. ויש לזכור שמיחזור סוללות ליתיום מועיל לסביבה פעמיים: בכך שהוא מייתר את הצורך לכרות חומרי גלם חדשים לייצור הסוללות ובכך שהוא לא מזהם אותה בסוף חיי הסוללות.