A gazdaság és a tudomány területéről érkezett partnerek készülnek együttesen bizonyítani, hogy újrahasznosítás keretében egymást követően akár többször is visszanyerhetők és felhasználhatók a hajtásrendszer-akkumulátorok legértékesebb alkotóelemei. A HVBatCycle kutatói konzorcium célja a katódfémek, az elektrolitok és a grafit zárt anyagkörforgásban (Closed Loop) megoldott tartós hasznosítása. A Volkswagen-csoport vezetése alatt a TANIOBIS GmbH, a J. Schmalz GmbH és a Viscom AG hároméves kooperáció keretében dolgozik az RWTH Aacheni Egyetem (RWTH Aachen University), a Braunschweigi Műszaki Egyetem (TU Braunschweig) és a Bevonatolás- és Felülettechnikai Fraunhofer Intézet (Institut für Schicht- und Oberflächentechnik; IST) kutatóival szövetségben a elengedhetetlen folyamatok kutatásán és kifejlesztésén. A projektet a német Szövetségi Gazdasági és Klímavédelmi Minisztérium (Bundeswirtschaftsministerium für Wirtschaft und Klimaschutz) segíti.
Michael Kellner parlamenti államtitkár ezáltal nyilatkozott: „Csakis akkor lehet sikeres az európai akkumulátorgyártás, ha a lehető legtöbb övezetben a hosszú távú fenntarthatóságra összpontosít. A fenntartható aksik alapvető jelentőségűek a magasszintű környezetvédelmi és társadalmi normákon alapuló energetikai és közlekedési átalakulásban.”
Sebastian Wolf, a Volkswagen AG aksi operatív igazgatója kifejtette: „Az akkuk és a gyártási hulladékok újrahasznosítása döntő mértékben hozzájárul tervezett gyáraink nyersanyagellátásának biztosításához. A HVBatCycle projekt révén az újrahasznosítási folyamatok átfogó szemlélete születhet meg, megvalósítva ezzel az akkuk anyagainak zárt körforgását (Closed Loop).”
Zárt nyersanyag-körforgás és többszöri újrahasznosítás
Annak érdekében, hogy mind kevesebb alapanyagot kelljen felhasználni olyan elsődleges forrásokból, mint a bányák vagy a sólelőhelyek, nem kizárólagosan egyszer, hanem többször is vissza kell nyerni az alapvető nyersanyagokat. Ennek érdekében az újrahasznosított anyagokból előállított akkumulátorcellákat is újra kell hasznosítani, annak igazolására is, hogy a többszöri újrahasznosítási folyamat sem befolyásolja az anyagminőséget. A zárt anyagkörforgás megteremtése mindenesetre az egyes szakterületeken átívelő, meglehetősen összetett folyamatokat igényel. A hatékony, környezetvédelmi és gazdasági szempontból éppúgy észszerű újrahasznosítás érdekében minden folyamatot korrekten össze kell hangolni egymással, hogy a legmagasabb biztonsági követelmények mentén végül tiszta, homogén és első osztályú másodlagos anyagokat állíthassanak elő. Ennek alatt a méretezhetőség és a gazdaságosság áll a középpontban.
Függetlenség decentralizációval, előnyök másodlagos anyagok felhasználásával
A konzorciumi projekt a mechanikai-hidrometallurgiai újrahasznosítási irányra összpontosít, amit alacsony energiaigény és némely újrahasznosítási folyamatok valamelyest mérsékelt, decentralizált elosztásának lehetősége leír Európában. Ez kedvez a helyi körforgásos gazdaságnak és stratégiailag meghatározó nyersanyagokat nyújt, hangsúlyosan mérsékelve Európa függőségét a Föld más régióitól. A HVBatCycle projekt célja olyan hatékony folyamatok és modernizált megoldások kifejlesztése, amelyek a lehető legnagyobb újrahasznosítási arány és energiahatékonyság, mitöbb minimális környezetszennyezés mellett magasfokú gazdaságosság definiálta, teljeskörű (end-to-end) értékteremtési láncolat kialakítását kínálják.
Automatizált szétszerelés és visszanyert elektródaanyag
A konkrét továbbfejlesztett fejlesztési megközelítéseket a visszaforgatott akkumulátorrendszerek az igényeknek kedvező, azaz korrekt gazdaságosság mellett megoldható kisütése, azonfelül egészen a cella- vagy elektródaszintig megvalósított, túlnyomórészt automatizált szétszerelése jelenti. Ennek része az aktív anyag és a hordozófóliák majdhogy nem veszteségmentes szétválasztása, amellett a grafit és az illékony elektrolitkomponensek visszanyerése is.
A grafit és akkumulátorfémek alkotta „fekete massza” víz és kémiai oldószerek felhasználásával végzett, ezt követő hidrometallurgiai feldolgozása esetén a lítium oldható formában létrehozható, korai és szelektív kivonása, ezenkívül a tartalmazott fémek vegyes hidroxid-koncentrátumként történő kilúgozása, kicsapatása és finomítása áll előtérben. A katódos aktív anyagok újbóli kinyerésével kapcsolatban meg kell vizsgálni, ténylegesen szükséges-e a fémvegyületek szétválasztása a modern, teljesértékű katódanyag előállításához.
Az elektrolit és a grafit feldolgozásával kapcsolatos kutatómunka pompás eljárások kidolgozásával hivatott igazolni, hogy a kardinális elektrolit-komponensek és a grafit ugyancsak eredményesen kinyerhető, ezt követően az akkumulátorgyártás részére pompás minőségben felhasználható az akkumulátorcellák előállítása esetén. Minden folyamatlépést átfogó környezetvédelmi és gazdasági életciklus-elemzés kísér.
Az együttműködő partnerek:
Akkumulátor- és hosszú távú fenntarthatósági stratégiája keretében a Volkswagen AG intenzíven érdeklődik a cellát alkotó anyagok zárt körforgásának (Closed Loop) megvalósítása iránt, így vállalta a projekt koordinációját és irányítását. A mechanikai újrahasznosítást végző, a salzgitteri főegységgyárban üzembe helyezett kísérleti berendezésével a vállalatcsoport műszaki fejlesztési részlege gondoskodik az újrahasznosítható anyagok járműakkumulátorokból megoldott előállításáról. Mindezeken túl a salzgitteri Center of Excellence cellagyártási szakértelmét is felhasználják az egész egészében újrahasznosított anyagokból készülő új cellák előállításakor.
A TANIOBIS GmbH a hidrometallurgiai gyártási folyamatokhoz – az oldószeres kinyerést is beleértve – használt kiváló színvonalú nióbium- és tantáltartalmú porok szállítója. A JX Nippon Mining & Metals leányvállalataként mélyreható ismeretekkel ellátott a projektben használt lítiumion-akkumulátorok hidrometallurgiai újrahasznosításáról. A TANIOBIS GmbH ennek alapján formálja ki és működteti az Oker Chemical Parkban a létfontosságú hidrometallurgiai és pirometallurgiai infrastruktúrát, ahol minősített analitikai laboratórium is rendelkezésre áll.
A J. Schmalz GmbH a nemzetközileg az egyik legelismertebb vákuumtechnológiai szállítója, egyben e szakterület azon kevés szereplőinek egyike, akik mindenre kiterjedő szolgáltatást nyújtanak. A J. Schmalz a vákuumautomatizálási üzletágban az ipari robotok fogókarjainak kialakításához elengedhetetlen minden vákuumkomponenst szállítja, továbbá érzékelői gondoskodnak a folyamatok hatékonyságáról és biztonságáról. Akadémiai intézetekkel folytatott együttes projektjeiben szilíciumlapkák, katód- és anódfóliák kezelésére szolgáló rendszereket is kiépítettek.
A Viscom AG konkrétan akkumulátorcella-ipari alkalmazásra fejleszt röntgenes mérési megoldásokat. A árupaletta a laboratóriumi rendszerektől a nagysebességű, százszázalékos minőségellenőrzés egész inline-megoldásaiig terjed. A Viscom több eltérő cellaformátumra specializálódott, akárcsak tasak- vagy prizmacellák, amelyek heterogén méretekben a fogyasztási cikkektől, az energiatárolókon át, egészen az elektromos mobilitás akkumulátorcelláinak alkalmazásaiig rendelkezésre állnak.
A Battery LabFactory (BLB) a Braunschweigi Műszaki Egyetem (TU Braunschweig) szakterületeken átívelő tevékenységet végző, tekintélyes kutatóközpontjaként az akkumulátorkutatás egyik vezető intézménye Németországban. A BLB aksik aktuális és jövőbeli generációinak körforgásos gyártására, diagnosztikájára és modellezésére/szimulálására megvalósított kutatás-fejlesztési platform. Kísérleti műszaki centrumában a BLB a mérnöki tudományok kapcsán rendelkezésre álló folyamat-know-how, az anyagtudományi szakértelem, az akkumulátorcella-rendszerek természettudományos ismeretei és a megalapozott elemzői készségek együttesét fogja össze.
A Szerszámgép- és Gyártástechnológiai Intézet (Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik; IWF) az akkumulátorcellák aktuális és jövőbeli gyártási folyamatainak technológiai és automatizálástechnikai kérdéseire összpontosít.
Az elenia Nagyfeszültségű Modern műszaki megoldás és Energetikai Rendszerek Intézet (elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme) kiterjedt ismerettel büszkélkedhet az akkumulátorcellák kialakítása, ciklikus öregedése, tetejébe elektromos és elektrokémiai jellemzése kapcsán.
A Részecsketechnológiai Intézetben (Institut für Partikeltechnik; iPAT) az akkumulátoranyagok és -elektródák előállítására szolgáló mechanikai és részecsketechnológiai folyamatokat, továbbá az akkumulátor-újrahasznosítás mechanikai és termikus eljárásait vizsgálják.
A Kémiai és Termikus Folyamatok Intézete (Chemische und Thermische Verfahrenstechnik; ICTV) kiterjedt szakértelemmel büszkélkedhet a folyékony anyagkeverékek szétválasztásában.
Az Energia- és Rendszer-eljárástechnikai Intézet (Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik; InES) sokéves jártassággal büszkélkedhet az aksik modellezése és szimulációja, amellett az elektrokémiai elemzés és az operando-analitika szakterületein.
A Bevonatolás- és Felülettechnikai Fraunhofer Intézet (Institut für Schicht- und Oberflächentechnik; IST) intenzív kutatást és fejlesztést végez az anyagszintézis és -funkcionalizálás, a felületkezelés és -átalakítás, a bevonatgyártás és -alkalmazás, a bevonatkarakterizálás és a felületanalízis, ráadásul a gyártástechnológia szakterületein. Az akkumulátorkutatás az Energiatárolók és Rendszerek Fraunhofer Projektközpontja (Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme) központi témaköreként – a kapcsolódó folyamat- és gyártási technológiákat is beleértve – az anyagok és az energiatárolás fejlesztésére, illetve az életciklus teljeskörű és fenntartható tervezésére összpontosít.
Az RWTH Aacheni Egyetem (RWTH Aachen University) Metallurgiai Folyamattechnikai és Fém-újrahasznosítási Intézete (Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling; IME) sokéves jártassággal ellátott az akkumulátor-újrahasznosítási folyamatok alkalmazásközpontú kutatásában. A kutatás súlypontját az aksik tartalmazta értékes fémek termikus és hidrometallurgiai folyamatok támogatásával végezhető visszanyerése képezi. Az intézet átfogó infrastruktúrával ellátott az eltérő újrahasznosítási koncepciók tesztelésére, amelyiknek az Otto Junker GmbH nagyobb mennyiségek, azonkívül egész akkumulátormodulok feldolgozására is alkalmas, modernizált pirolíziskemencéje is része. A házon belül funkcionáló, minősített laboratórium révén jó néhány meghatározó analitikai módszer áll az IME rendelkezésére, amelyek a valószínűsíthető akkumulátor-újrahasznosítási folyamatok vizsgálatához szükségesek.