Recyklace baterií ve společnosti BESS: Přehled nařízení EU o bateriích a recyklačních kvótách do roku 2030

Recyklace baterií je povinné. Do konce roku 2030 musí být recyklováno nejméně 70 % průměrné hmotnosti lithiových baterií. Přitom platí míra zpětného získávání 80 % pro lithium a 95 % pro kobalt, měď, nikl a olovo. Pro provozovatele stacionárních Akumulátorové úložiště (BESS) je vzhledem k rozmanitosti chemických složení článků mnohem víc než jen vzdálená otázka likvidace. Nařízení EU o bateriích (EU) 2023/1542 již dnes zpětně ovlivňuje plánování, provoz a demontáž projektů úložišť. To platí zejména pro BESS, do nichž se dnes instalují primárně články LFP.

Proč je recyklace baterií pro BESS nyní důležitá

Instalovaný výkon úložišť v Německu a v Evropě roste již léta dvouciferným tempem – poháněný nárůstem fotovoltaiky, Aukce flexibility a rostoucí roli velkokapacitních úložišť energie (front-the-meter) při vyrovnávání soustavy. S touto dynamikou růstu se do popředí nevyhnutelně dostává také druhý konec životního cyklu: co se stane, když úložné systémy dosáhnou po 10 až 20 letech provozu své ekonomické životnosti?

Tři vývojené trendy zvyšují relevanci tématu:

• První vlna rozšiřování se blíží konci svého životního cyklu. Rané projekty velkých stacionárních úložišť z let 2015 a 2016 se stále více blíží ke konci své technické, respektive ekonomické životnosti.
• Regulační tlak roste. Nařízení EU o bateriích poprvé zavádí závazné povinnosti týkající se účinnosti recyklace a měr návratnosti speciálně pro lithium-baterie – dosud pro to neexistovaly žádné jednotné cílové hodnoty EU.
• Zajišťování surovin se stává strategickým. Lithium, kobalt a nikl jsou považovány za kritické suroviny. EU si tímto nařízením výslovně klade za cíl snížit závislost na dovozu primárních surovin prostřednictvím funkčního oběhového hospodářství.

Pro provozovatele, investory a projektanty to znamená, že plánování konce životnosti již není otázkou, kterou je třeba řešit až dodatečně, ale je třeba jej zahrnout do kalkulace projektu již od samého začátku.

Co se rozumí pod pojmem „recyklace baterií“ ve společnosti BESS?

Recyklace, Second Life a likvidace – nezbytné rozlišení

V praxi se pojmy recyklace, druhotné využití (second life) a likvidace často používají synonymně – právně i technicky je však třeba je jasně rozlišovat. Samotná nařízení EU o bateriích tyto cesty přehledně odděluje: článek 59 upravuje změnu účelu použití a repasi, článek 57 účinnost recyklace a materiálové zušlechťování. Zde je přehled:

Toto vymezeni je vice nez jen slovni kosmetika: rozhoduje o tom, ktere Povinnosti sáhnout, kdo podléhající oznamovací povinnosti je a jaké ekonomické způsoby využití vůbec přípustné.

Rozdíly oproti bateriím pro spotřební zařízení a trakčním bateriím

Nařízení EU o bateriích rozlišuje pět kategorií baterií:

• Baterie do přístrojů
• Baterie pro lehká dopravní prostředky (LV = Nízké napětí)
• Startovací baterie (SLI = Startování, osvětlení, zapalování)
• Baterie pro elektromobily (EV = Elektromobil)
• Průmyslové baterie

Stacionární BESS od kapacity 2 kWh spadají do kategorie nabíjecí průmyslové baterie – nepatří pod baterie pro elektromobily, a to ani v případě, že obě často využívají stejnou chemii článků. To má praktické důsledky: pro průmyslové baterie platí jiné, v některých případech pozdější lhůty pro prohlášení o uhlíkové stopě, minimální hodnoty elektrochemického výkonu a označování než pro baterie pro elektromobily. Kdo hledá informace o recyklaci systémů BESS, narazí proto rychle na informace zaměřené na elektromobily, které pro stacionární aplikace platí jen omezeně.

Typické chemické složení baterií v solárních (nebo stationárních) úložných systémech

V segmentu BESS dnes s výrazným odstupem dominuje lithium-železo-fosfát (LFP-články), následovaný oxidem nithium-nikl-mangan-kobaltovým (NMC) v starších nebo specializovaných zařízeních. Obě jsou z hlediska regulace považovány za lithium-iontové baterie ve smyslu nařízení. Chemická směs je relevantní pro recyklaciČlánky LFP neobsahují kobalt a obsahují výrazně méně niklu, což má tendenci ztěžovat jejich ekonomickou recyklaci, protože hodnota materiálu za tunu je nižší než u chemických složení s obsahem kobaltu.

Životní cyklus BESS z pohledu recyklace

Recyklovatelnost se nerozhoduje až na konci životnosti, ale ve třech fázích:

1. Plánování a výběr komponent. Již při výběru systému lze ovlivnit, jak dobře bude možné úložiště později demontovat a recyklovat – například volbou modulárních regálových systémů namísto plně integrovaných, lepených konstrukcí.
2. Provoz, monitorování a hodnocení stavu. Během životnosti poskytuje systém správy baterie (BMS) nepřetržitě data o stavu stárnutí, vnitřním odporu a zbývající kapacitě. Tato data jsou relevantní nejen pro ekonomický provoz, ale jsou také základem pro pozdější rozhodování mezi druhým životem (second life) a recyklací – a od roku 2027 budou součástí digitálního pasu baterie.
3. Demontáž, přeprava a nakládání na konci životnosti. Skutečný proces ukončení životnosti začíná bezpečnou demontáží na místě, po které následuje přeprava nebezpečných věcí do certifikovaných recyklačních závodů a samotné zpracování. Každá z těchto fází podléhá vlastním požadavkům – od povinnosti označování až po dokumentaci podle přílohy XII nařízení.

Technické výzvy při recyklaci baterií

Recyklace baterií v průmyslovém měřítku je složitější než recyklace běžných recyklovatelných materiálů. Hlavní výzvy:

• Bezpečnostní rizika způsobená zbytkovou energií. Demontované moduly mohou i na konci své životnosti obsahovat zbytkový náboj. Zkraty, tepelná reakce (thermal runaway) a rizika požáru vyžadují specializovanou manipulaci, skladování a přepravní logistiku podle předpisů o přepravě nebezpečných věcí.
• Heterogenní systémové architektury. Na rozdíl od baterií pro elektromobily s relativně standardizovanými formáty od velkých výrobců se systémy BESS u jednotlivých dodavatelů výrazně liší – odlišné formáty racků, modulů a článků komplikují procesy automatizované demontáže.
• Náročná demontáž. Slepené buňkové svazky, komplexní kabeláž a integrované chladicí nebo protipožární systémy činí ruční nebo částečně automatizovanou demontáž časově i finančně náročnou.
• Chybějící standardizace analytických postupů. Výpočet účinnosti recyklace a míry materiálového využití podle nové metodiky Evropské komise klade na recyklační provozy nové požadavky na dokumentaci, jejichž praktické zavádění se v celém odvětví teprve usazuje.

Jaké existují recyklační procesy?

Pro zpracování lithium-iontových článků se v podstatě prosadily tři rodiny technologických postupů:

Mechanická předpříprava. Drcení a třídění modulů a článků na takzvanou “černou masu” – směs aktivních materiálů, která slouží jako výchozí surovina pro další hydrometalurgické nebo pyrometalurgické zpracování. Tento krok je dnes již do značné míry průmyslově zaveden.

Hydrometalurgické procesy. Černá masa se chemicky rozkládá, většinou luhováním kyselinami, aby se lithium, kobalt, nikl a měď selektivně získaly zpět ve vysoké čistotě. Hydrometalurgie dosahuje zpravidla nejvyšších měr recyklace, zejména u lithia, je však technologicky náročnější.

Pyrometalurgické procesy. Tavení při vysokých teplotách za účelem získání kovových slitin kobaltu, niklu a mědi. Je to zaběhnutá a robustní metoda vůči heterogenním vstupním proudům, avšak s tou nevýhodou, že lithium přitom často přechází do strusky a lze jej získat zpět pouze s dodatečným úsilím – což je bod, který nabývá na významu vzhledem k nové 80% míře recyklace lithia.

Kombinované a nové přístupy. V praxi spoléhá mnoho zařízení na kombinaci mechanické předúpravy a následné hydrometalurgie s cílem optimalizovat jak průtok, tak míru návratnosti. Procesy přímé recyklace, které regenerují katodový materiál bez úplného chemického rozkladu, se nacházejí převážně stále ještě v pilotní fázi.

Jaké suroviny vznikají při recyklaci baterií?

Z recyklace lithium-iontových baterií lze získat především následující materiály:

• Lithium – ústřední součást elektrolytu a katody, s poměrně nízkou hodnotou materiálu za kilogram, ale vysokým strategickým významem pro zajištění surovin.
• Nikl a kobalt – obsažené především v NMC článcích, s vysokou tržní hodnotou a zavedenými postupy recyklace.
• Měď – z vodičů proudu a kabeláže, technicky dobře recyklovatelných.
• Hliník – z pouzder a sběračů proudu, rovněž s etablovanými recyklačními postupy mimo procesy specifické pro baterie.

Pro opětovné použití v nových bateriích je vedle míry recyklace především Čistota materiálu rozhodující: Přímo při výrobě baterií lze použít pouze dostatečně čistý sekundární materiál, jinak klesá hodnota na úroveň suroviny pro jiná odvětví. Ekonomicky nejcennější jsou aktuálně frakce kobaltu a niklu, zatímco lithium má navzdory strategické relevanci nižší materiálovou hodnotu za tunu – to je důvod, proč zásoby BESS dominované LFP musí s recyklačním obchodním modelem kalkulovat jinak než sektor elektromobilů.

Regulace a právní rámec

Přehled nařízení EU o bateriích (EU) 2023/1542

Nařízení (EU) 2023/1542 vstoupilo v platnost dne 17. srpna 2023 a použije se od 18. února 2024 přímo ve všech členských státech – na rozdíl od dosavadní směrnice o bateriích 2006/66/ES bez nutnosti vnitrostátní implementace. V Německu nahrazuje dosavadní zákon o bateriích (BattG) nový zákon o provádění práva baterií (BattDG).

Přehled lhůt pro povinnosti týkající se BESS

UpozorněníNěkolik lhůt je vázáno na zveřejnění dosud nevydaných přenesených aktů Evropské komise a mohou se posunout.

Povinnosti pro výrobce, provozovatele a osoby pověřené likvidací odpadu

Nařízení rozděluje odpovědnost podél celého řetězce vytváření hodnoty:

• Výrobce nesou v rámci rozšířené odpovědnosti výrobce náklady a organizační odpovědnost za sběr a recyklaci svých baterií na konci jejich životnosti.
• Provozovatelé a hospodářské subjekty, kteří chtějí BESS využít k jiným účelům, musejí mít podle článku 59 zajištěn přístup k datům BMS, aby mohli spolehlivě doložit stav stárnutí.
• recyklační závody musí dodržovat minimální cíle pro účinnost recyklace a materiálové využití stanovené v příloze XII a zdokumentovat své výsledky podle jednotné metodiky předepsané Komisí.

Hospodárnost a tržní příležitosti

Zda je recyklace baterií ekonomicky smysluplná, závisí do značné míry na třech faktorech:

Ceny surovin. Vzhledem k tomu, že nikl a kobalt mají výrazně vyšší materiálovou hodnotu na tunu než lithium, jsou recyklované proudy s vysokým obsahem NMC ekonomicky atraktivnější než rostoucí podíl LFP v segmentu stacionárních úložišť, kde dominuje LFP. S rostoucími cenami lithia a regulatorně vynucenou 80procentní mírou recyklace by se tato kalkulace měla ve střednědobém horizontu posunout.

Množství zpětných toků a škálování. Recyklační zařízení potřebují minimální průtok, aby mohla fungovat ekonomicky. Vzhledem k tomu, že první velká vlna rozšiřování BESS teprve nyní vstupuje do fáze konce životnosti, recyklační kapacita v Evropě se stále buduje – s odpovídajícími úsporami z rozsahu, které lze očekávat v příštích letech.

Standardizované procesy. Čím heterogennější jsou příchozí systémové architektury, tím dražší je předběžná úprava. Standardizované, dobře dokumentované systémy úložišť znatelně snižují náklady na recyklaci na tunu – což je argument, který by se měl promítnout i do ekonomického hodnocení projektů úložišť v průběhu jejich životnosti.

V závislosti na oblasti použití, počtu cyklů, zatížení a údržbě se nachází Zdravotní stav hodnota BESS se i po 10 letech stále drží nad 80 %, jak potvrzují partneři společnosti CUBE CONCEPTS. Rozlišení mezi „Second Life“ a recyklací lze proto v praxi převést na konkrétní rozhodovací kritéria:

Kritéria pro druhé použití:

• Zbývající kapacita se obvykle stále výrazně nachází nad úrovní, která by se stala neekonomickou pro primární použití.
• Stav stárnutí je spolehlivě doložen daty z BMS
• Cílová aplikace klade nižší nároky na životnost v cyklech nebo hustotu výkonu než původní použití

Typické oblasti použití Second Life pro komponenty BESS se jedná o aplikace s nižšími zátěžovými profily, například v oblasti stacionárních zásobníků energie s omezenými požadavky na cyklování nebo pro nouzové napájení. Představitelné jsou také aplikace typu FTM pro Řízení energie s nižším výkonem a kapacitou.

Kdy je recyklace lepším řešením: Jakmile zbývající kapacita poklesne natolik, že již neexistuje ekonomicky životaschopné sekundární použití, anebo pokud bezpečnostní rizika – například kvůli poškozeným článkům – vylučují další používání, je recyklace materiálů správnou cestou jak z regulačního, tak z ekonomického hlediska. Rozhodnutí by mělo být v zásadě přijímáno na základě dokumentovaných dat z BMS, nikoli na základě čistého věku zařízení.

„Design for Recycling“ jako budoucí strategie

Stále diskutovanější přístup přesouvá recyklovatelnost na začátek životního cyklu:

• Modulární konstrukce a snadná demontáž výrazně snižují náročnost mechanické předúpravy, čímž snižují náklady na recyklaci.
• Standardizace rozhraní a komponent Sjednocení napříč výrobci by zmírnilo dnešní heterogenní systémovou krajinu na trhu se systémy BESS – proces, který je v odvětví stále na začátku.
• Dostupnost dat pro diagnostiku a demontáž, například prostřednictvím digitálního pasu baterie, který bude povinný od roku 2027, vytváří předpoklad pro to, aby data o stavu nebylo nutné rekonstruovat až na konci životnosti, nýbrž aby byla dostupná nepřetržitě.

Pro provozovatele, kteří dnes plánují nové projekty úložišť, se vyplatí podívat se na tato kritéria již při výběru výrobce – nikoliv proto, že by recyklace byla na pořadu dne v příštích letech, ale proto, že regulatorní požadavky a povinnosti týkající se dokumentace se budou v průběhu celé životnosti nadále zpřísňovat.

Závěr

Recyklace baterií už pro provozovatele stacionárních úložišť není druhotnou otázkou likvidace, nýbrž strategickým faktorem, který propojuje techniku, regulaci a ekonomickou výhodnost v průběhu celého životního cyklu. Nařízení EU o bateriích vytváří prostřednictvím konkrétních cílů v oblasti účinnosti recyklace a míry znovuzískávání – 70 procent do roku 2030 pro lithiové baterie celkově, 80 procent pro lithium a 95 procent pro kobalt, měď, nikl a olovo – poprvé závazný rámec, který se přímo odráží v plánování, provozu a demontáži systémů BESS.

Kdo dnes plánuje nebo provozuje úložné projekty, měl by myslet na konec životnosti již včas: při výběru komponent, během probíhajícího monitorování a při včasném ujasnění, která cesta – druhé použití (second life) nebo recyklace – je na konci životnosti tou správnou.

Často kladené dotazy