“Het goud van de toekomst”: een tweede leven voor afgedankte batterijen van elektrische auto’s

Afbeelding: PEM MOTION

Het aantal elektrische voertuigen kan de volgende jaren en decennia alleen maar toenemen. Is ook broodnodig wil men de uitstoot van C02 terugdringen en de gevolgen van de klimaatverandering inperken. Maar zwakke schakel zijn de dure batterijen waarvoor de grondstoffen schaars zijn, de productie niet echt milieuvriendelijk en de afgedankte exemplaren belastend voor de natuur. Nochtans vormen deze afgedankte batterijen volgens ‘PEM Motion’, een spinn-off van de ‘RWTH Aachen University’, het goud van de toekomst. Maar dan moet wel aan enkele voorwaarden worden voldaan zodat deze batterijen reeds bij de productie voorbestemd zijn voor recyclage.

Het verouderen van batterijen blijkt een zeer complex onderwerp en dit omdat de afzonderlijke cellen en modules binnen een accupack doorgaans met een verschillend tempo verouderen. Omdat de totale capaciteit van de batterij afhankelijk is van de zwakste cellen, komt het vaak voor dat een batterij niet langer geschikt is voor gebruik in het voertuig (minder dan 80 procent van de noodzakelijke capaciteit) terwijl nochtans er nog steeds functionele cellen en modules aanwezig zijn.

Nu worden dergelijke batterijen afgedankt omdat slechts enkele onderdelen onvoldoende rendement halen. Initiatieven waarbij bv. afgedankte Nissan Leaf-batterijen worden gebruikt voor de noodstroominstallie van de Johan Cruijff Aena in Amsterdam en een samenwerking tussen Volvo Buses en Stena Recycling (dochterbedrijf van ‘Batteryloop’) waarbij afgedankte busbatterijen worden gebruikt voor energieopslag in gebouwen en oplaadstations, zijn een nog te marginaal gegeven. Stimulansen om dat te veranderen, zijn dringend nodig.

Vijf accu’s van verschillende constructeurs onderzocht

Tijdens een onderzoek van PEM Motion en de leerstoelen “Production Engineering of E-Mobility Components (PEM)” en “Metallurgical Process Engineering and Metal Recycling (IME)” van RWTH Aachen University, werden daarom vijf accu’s van verschillende constructeurs en van verschillende levenscyclusfasen onderzocht. Daarbij werd vastgesteld dat in tegenstelling met de klassieke verbrandingsmotor de restwaarde van een accu niet alleen afhankelijk is van de rijprestaties. In deze verouderingscontroles werd gekeken naar de effecten van rijprestaties en het type toepassing op staat van gezondheid van de accu (SOH).

De belangrijkste bevinding is dat waar een klassieke verbrandingsmotor zijn waarde verliest, naar mate er meer kilometers wordt mee gereden en langer in bedrijf is, bij batterijen de veroudering anders verloopt. De parameters evolueren daarbij tijdens het verouderen voor elke specifieke batterij verschillend.

Maatregelen gericht op hergebruik en recyclage

De huidige batterijen en batterijsystemen zijn alleen ontworpen voor de eerste fase van hun levensduur. Noch in het product als in het productieproces. is er een overheersend batterijconcept dat zich richt op duurzaamheid en secundair gebruik. Dit zorgde er tot voor kort bij de ontwikkeling als de productie geen prikkels aanwezig waren om na te denken over later hergebruik of recycling .

De stand van kennis voor de diagnose van gebruikte batterijen met betrekking tot hun verouderingsproces en hun “Gezondheidstoestand” (SoH) was daarom grotendeels onbekend. Dit verandert alleen geleidelijk met de komst van bedrijven en projecten die aan het onderwerp zijn gewijd. De ervaring die met de studie werd opgedaan, heeft echter het potentieel van sommige methoden aangetoond en heeft geleid tot verdere onderzoeksprojecten om de nieuwste technologieën te evalueren en te verspreiden.

Nood aan uniforme strategieën

Tot nu toe zijn er geen uniforme strategieën op het gebied van normen en standaarden voor batterijrecycling en hergebruik. In de meeste documenten zijn er geen expliciete of slechts informele vermeldingen. Veel vragen blijven fundamenteel onbeantwoord. Bijvoorbeeld: Wanneer is een batterij niet langer een “nieuwe” batterij? Onder welke voorwaarden moet het worden beschouwd als afval of als een grondstof voor herbestemming? Hoe kan de waarde van een gebruikte batterij voor conversie worden bepaald? Wat voor demontage-informatie moet worden verstrekt? Hoe moet het demontageproces worden ontworpen? Wat zijn de specifieke procedureregels voor de opslag van gebruikte batterijen? Moeten de regels voor recycling en hergebruik verschillen?

Voor de producten van alle fabrikanten kwamen het onderzoek tot de conclusie dat hoewel hermontage mogelijk is, een gestandaardiseerd concept voor eenvoudige demontage en hermontage nog niet herkenbaar is. Tijdens het onderzoek werden tal van batterijen van verschillende fabrikanten en met verschillende eigenschappen gedemonteerd. De kritieke aspecten van demontage werden geïdentificeerd en gedocumenteerd, afhankelijk van de fabrikant. Zo hebben we productstructuren afgeleid om optimalisaties te formuleren voor toekomstige ontmantelingsprocessen. Alle verwijderde afzonderlijke onderdelen werden geanalyseerd en gecategoriseerd met het oog op mogelijke opwerking.

Samen met haar partners ontwikkelde PEM Motion een model dat gebruikt kan worden om scenario’s en processen voor demontage te berekenen op basis van de huidige verkoopcijfers.Omdat het nog niet te voorzien is hoe hoog de verkoopcijfers uiteindelijk zullen zijn en hoe lang de batterijen daadwerkelijk bestand zullen zijn, was een modulaire systeemindeling belangrijk. Op deze manier kan de capaciteit eenvoudig worden geschaald naarmate de hoeveelheden toenemen. Met dit voorstel blijven de eenheidskosten relatief constant zodra een relatief laag productiecijfer wordt bereikt. Als de aannames worden bevestigd door de praktische implementatie, kan dit type automatisering ook winstgevend zijn voor de recyclingindustrie.

Prof. dr. Achim Kampker, hoofd van de leerstoel “Production Engineering of E-Mobility Components” (PEM:

“Hoe eerder en beter we de vragen over hergebruik en hergebruik van batterijen beantwoorden, hoe milieuvriendelijker e-mobiliteit wordt en hoe hoger de maatschappelijke acceptatie ervan zal zijn. We hebben een circulaire economie nodig. Technisch zijn we al in staat om tot 95 procent van de belangrijke materialen terug te winnen.”

Delen met:

Geef als eerste een reactie

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.


*


Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.