Technologie pro využívání odpadů a recyklace vzácných kovů
Článků popisujících technologie na třídění komunálních odpadů, na pyrolýzní zpracování plastů apod. existuje velmi mnoho. Je to téma populární, protože tyto odpady jsou produkovány nejen firmami, ale také občany. A články to jsou zajímavé, i když často efektní, dobře prodejné i neodborné veřejnosti. Snadno se v nich promítají velká čísla, procenta a lze je zajímavě graficky znázornit. My se však zaměříme na nové, nestandardní a relativně drahé technologie a na odvahu zpracovatelů a investorů pustit se do jejich vývoje. Následně je totiž musí obhájit v rámci povolovacích procesů, aby nakonec mohly být uvedeny do provozu.
Popíšeme dvě takové nově vyvíjené a budované technologie pro recyklaci vzácných kovů. Záměrně upozorňujeme, že se nejedná o drahé, ale vzácné kovy, a to o lithium a soubor kovů obsažených v lithiových bateriích a o kadmium obsažené v nikl-kadmiových bateriích.
Důvody pro vznik těchto nových provozů a technologických postupů ve dvou různých společnostech jsou různé.
Lithiové a lithium iontové akumulátory a jejich zpracování
Jednička na trhu ve zpracování současných automobilových baterií, to znamená olověných s kyselým elektrolytem, je v ČR společnost Kovohutě Příbram nástupnická a.s. Již před časem začala vyvíjet postupy pro recyklaci lithiových baterií, a to ze zcela pragmatických důvodů. Dnes je provoz automobilů založen na používání olověných akumulátorů, a to je hlavní byznys této firmy. Pokud ale půjde současný trend a prognóza přechodu na elektromobilitu stále kupředu, potom přijde okamžik, kdy olověných baterií bude stále méně a společnost nebude mít náhradu. Lithiové baterie se, na rozdíl od olověných, vyskytují v různých podobách. Od malých knoflíkových, přes tužkové, až po nestandardní rozměry baterie. Samozřejmě se vyrábí i ve tvaru klasických autobaterií. Lithium iontové, stejně jako lithiové baterie se dnes vyrábí v pevném skupenství, bez hořlavého elektrolytu. Technologie zpracování lithiových baterií v Příbrami není zásadně odlišná od běžné praxe: kovy projdou tavením v tavicí peci. Možný je i druhý způsob, chemický, tj. loužení, ale ten se v Kovohutích nepoužívá. Zcela zásadní přístup je při přípravě těchto baterií k recyklaci, kdy je potřeba provést demontáž, vybití, drcení a separaci takovými postupy, aby nebyl ohrožen provoz, bezpečnost práce a zdraví pracovníků. Práce s nevybitými články je nebezpečná a baterie lehce zahoří. Likvidace takového požáru je náročná a lithium se hasí velice špatně.
Při samotném zpracování je největší problém rozmanitost lithiových baterií, které se vyrábí od malých a různě balených až po velké sestavy. Po jejich přípravě k termickému procesu již nic nebrání vytěžení. Obecně se bavíme o recyklaci lithia, ale v první řadě jde o kobalt, následně o nikl a až potom jde o lithium (velmi dobré vysvětlení má ve svém článku doc. Ing. Tomáš Kazda, Ph.D. z VUT Brno https://www.ekonews.cz/deset-mytu-o-lithiovych-bateriich-expert-z-vut-brno-vyvraci-nesmysly/). Důležité je uvědomit si, jaké jsou teploty tání a teploty varu uvedených kovů. Kobalt a nikl jsou si v tání podobné, pod 1500 °C, ale lithium se při této teplotě již dávno odpaří (teplota tání je 180,5 °C a teplota varu 1342 °C). Lithium je tedy možné vytěžit až ze sekundárních materiálů, jako jsou odprašky apod.
Nikl-kadmiové baterie a jejich zpracování
V tomto případě je jedničkou na trhu, ale zároveň velký hráč i na evropském trhu, společnost NIMETAL, spol. s r.o. Spolupracuje se zahraničními partnery, kteří se zabývají demontáží, ale ne koncovým zpracováním materiálů, a je zároveň přímým spolupracovníkem českého výrobce NiCd baterií, společnosti SAFT Ferak. Na rozdíl od lithiových baterií se jedná o baterie alkalické, které mají niklové a kadmiové elektrody (na železném nosiči) a jsou uloženy v roztoku hydroxidu draselného. Důvodem vývoje nové technologie je v tomto případě efektivita celého systému, rychlost využití recyklátu, úspora při jeho recyklaci a samozřejmě uhlíková stopa a s tím sekundární, ale zásadní dopad na životní prostředí. Přestože se v Evropě nové NiCd baterie vyrábí, a provádí se jejich demontáž, recyklace kadmia zde již neprobíhá. Recyklace a znovuzískání čistého kovu je proto nutné zajistit v zahraničí, dokonce za oceánem. Efektivita systému, kdy se znečištěné, nepoužitelné kadmium musí z ČR odvézt přes půl světa a potom znovu přivézt zpět, je špatná, časově a ekonomicky neuspokojitelná a s nepříznivým dopadem na globální životní prostředí.
Společnost NIMETAL tyto NiCd alkalické akumulátory demontuje, jsou většinou v sestavách pro trakční, nebo staniční baterie, pro manipulační techniku. Na rozdíl od olověných baterií, kde jsou anoda i katoda ze stejného druhu, u NiCd baterií je katoda ze železa a kadmia, anoda je ze železa a niklu. To znamená, že po vyprázdnění od elektrolytu a rozstřižení baterie, je lze samostatně rozdělit. Nikl je na anodě nanesený, kdežto kadmium je zalisováno mezi dvě kovové perforované desky. Kadmium je v malých granulích, ale větších než perforace desek, proto je pevně fixováno.
Získání niklu je klasické, běžným tavením, obdobně jako při zisku z lithiových baterií. Kadmium s sebou ale nese stejný problém, jako je popsán u lithia. Má nízký bod tání (321 °C) a také nízký bod varu (767 °C). Jakou technologií lze kadmium z uzavřených desek vytěžit, jak zároveň neohrozit pracovníky a zlepšit dopad na pracovní a zároveň životní prostředí? Uděláte si z problému důvod a najdete cestu.
Společnost NIMETAL, spol. s r.o. ve spolupráci s výzkumníky z vysokých škol vyvinula zařízení pro destilaci kadmia pod vakuem. Tyto postupy jsou již známé, ale zařízení je zcela nové a v současné době na něm probíhají technické zkoušky, před dokončením je dokumentace EIA s jasně pozitivními výsledky. Z logiky věci je jasné, že s negativními elektrodami (katodami), které již ve výrobě snesou manipulaci bez jeho uvolnění, lze pracovat, přenášet je a kovové kadmium se nikam neuvolní, nic nekontaminuje. V peci, kde se pracuje pod vakuem, je kadmium za tepla oddestilováno a po ochlazení zkondenzuje zpět na pevný kov. Po přisátí vzduchu již v prostředí žádné volné kadmium není. Získá se čistý přetavený kov.
Pokud se podíváme na obě technologie z pohledu dopadu na zdraví člověka, nebude při nich docházet ke kontaminaci pracovního prostředí, protože budou uzavřené. Pro provozovnu společnosti NIMETAL, spol. s r.o. bylo provedeno měření pracovního prostředí, kde výsledek dosáhl cca pětinového zatížení oproti povoleným limitům. V nově připravované provozovně byly provedeny testy s různými formami baterií a naměřené znečištění bylo na úrovni měřitelnosti, nelze se vůbec bavit o přiblížení se limitům pro pracovní prostředí a obsahy ve výduších byly zanedbatelné.
Z ekologického hlediska jsou nejefektivnější ty cesty, které nezatěžují životní prostředí náročnou logistikou. Společnost Kovohutě dokáže pokrýt potřebu celé ČR, baterie neodchází do zahraničí, a jsou zpracovány technologií, která je recykluje s následným materiálovým použitím na úrovni cca 90 %. I společnost NIMETAL, spol. s r.o. je na tom obdobně. Využití je principem stejné, efektivita také a po najetí plného provozu bude velkým přínosem zrušení náročné logistiky po světě. Evropa najde pro kadmium svou koncovku.
Domníváme se, že ukázky novátorských technologií, přístupu našich partnerů k životnímu prostředí, vizionářský pohled do budoucnosti a příprava na nadcházející časové období z pohledu např. ESG a dalších hodnotících parametrů si zaslouží obdiv a pochvalu stejně, jako pokroky v třídění komunálních odpadů.
Pokud potřebujete legislativní pomoc nejen v oblasti nakládání s odpady, ale i v celé šíři ochrany životního prostředí, pak využijte služeb poradenství, které Vám společnost INISOFT Consulting nabízí. Kromě toho jsme pro Vás připravili řadu seminářů zaměřených na výklady jednotlivých složkových zákonů životního prostředí a prováděcích vyhlášek k nim s aplikací do praxe https://www.inisoft.cz/skoleni.
Ing. Václav Kuncl
INISOFT Consulting
