Рециклиране на портативни батерии

Цифровизацията на технологиите прави батериите неразделна част от нашето всекидневие. Повечето от тях съдържат тежки метали като живак, кадмий, олово, цинк и никел, които не оказват вредно въздействие върху човешкото здраве или околната среда при употреба или съхранение в домакинствата, но стават потенциално опасни в момента, когато попаднат в общия поток битови отпадъци.

Подходящото управление на негодните за употреба портативни батерии (НУПБА) осигурява постигането на две основни цели – опазване компонентите на околната среда и здравето на хората чрез предотвратяване изхвърлянето на вредни и опасни вещества и оползотворяване на материалите, използвани за производството на батериите. В ЕС основен нормативен акт, уреждащ управлението на батерии, е Директива 2006/66/ЕО на Европейския парламент и на Съвета на Европа от 6 септември 2006 г. относно батерии и акумулатори и отпадъци от батерии и акумулатори, която е транспонирана в българското законодателство чрез Наредба за батерии и акумулатори и за негодни за употреба батерии и акумулатори.

На европейския пазар се предлагат много различни видове батерии, които могат да бъдат класифицирани в три основни групи – портативни, автомобилни и промишлени. Тази класификация понякога затруднява идентифицирането на източника на генериране на отпадъчните батерии. Промишлените батерии се използват единствено в индустрията, докато портативните батерии се използват в битовия, търговския и индустриалния сектор.

Автомобилните батерии също обхващат тези три сектора. Съгласно дефиницията в Директивата портативни батерии са всички батерии, батерии тип “копче”, пакет батерии или акумулатори, които са запечатани, преносими и не са промишлени или автомобилни батерии. Те могат да бъдат първични (за еднократна употреба) или вторични (зареждащи се батерии).

Нормативни изисквания
Правейки задължително събирането и рециклирането на батерии, Директива 2006/66/ЕО има за цел да предотврати изгарянето или депонирането на тези отпадъци. Освен това, тя налага и ограничения за използването на живак във всички видове батерии и на кадмий в портативни батерии (с изключение на такива, предназначени за използване в аварийни и алармени системи, включително аварийно осветление, медицинско оборудване и безжични електрически инструменти).

С нея се въвеждат още: изисквания и цели за събирането на преносими батерии; изискване за екологосъобразно третиране и рециклиране на всички събрани батерии и акумулатори (с някои изключения за преносимите опасни батерии); изискване процесите за рециклиране на батерии да отговарят на минималните условия за ефективност. Например, при рециклиране на никел-кадмиеви (NiCd) батерии възстановяването на кадмия следва да е в най-високата технически постижима степен, като се рециклират минимум 75% от пуснатите на пазара батерии, определени на базата на средно тегло.

Създаването на ефективни национални системи за събиране дава възможност на потребителите да връщат безплатно изразходваните портативни батерии в разположени наблизо пунктове, като дистрибуторите са задължени да приемат обратно преносимите батерии. Това спомага за постигането на поставената цел за събираемост на портативни батерии от 25% (която следва да нарасне до 45% от 26 септември т. г.).

Рециклирането на батерии допринася за спестяването на ресурси чрез възможността за възстановяване на ценни метали, като никел, кобалт и сребро. Използването на рециклирани метали при производството на нови батерии води до значително намаляване разхода на енергия.

При използване на рециклиран кадмий и никел се изразходват съответно 46% и 75% по-малко първична енергия в сравнение с добиването и пречистването на първични метали. При цинка съотношението между енергията, необходима за рециклиране, и енергията, необходима за добиване на първични материали, е около 2,2 до 8.

Съгласно Директивата всички събрани батерии трябва да бъдат рециклирани. Въпреки това, държавите членки могат да депонират отпадъци от преносими батерии, съдържащи живак, кадмий или олово, в депа за отпадъци или в подземни хранилища в два случая – когато това е част от национална стратегия за изолиране на тежки метали и оценката на въздействията върху околната среда показва, че вариантът с депонирането в депа за отпадъци/подземни хранилища е за предпочитане пред рециклирането; или когато не е налице реален краен пазар.

Събиране на отпадъчни батерии
Събирането на батерии трябва да се осъществява на удобни и достъпни места като училища, супермаркети, търговски обекти за електрическо и електронно оборудване на дребно, частни фирми и бизнес сгради, общини и обществени институции.

Необходимо е увеличаване броя на точките за събиране. Контейнерите за събиране на отпадъчни портативни батерии, използвани от различните организации по оползотворяване, следва да имат сходна форма за по-добро разпознаване от гражданите. Те трябва да са с оптимален капацитет, да се предоставят безплатно от организацията по оползотворяване и да се разполагат без заплащане от нейна страна. Оптималният капацитет на един контейнер е този, който увеличава до най-голяма степен икономическата ефективност, т. е. колкото по-голям е капацитетът, толкова по-ниски са разходите.

За постигане максимално висока степен на събираемост на негодните за употреба батерии с всяка изминала година в България се разширява системата за разделно събиране, като съответно се увеличава броят на разположените контейнери. Системите за разделно събиране на НУПБА обхващат все по-голям брой общини, като контейнерите се разполагат най-често в търговските обекти, административни сгради и училища.

Съгласно данните на организациите по оползотворяване в 244 общини има изградена система за разделно събиране на портативни батерии, т. е. в 92% от общините на територията на страната. Събраните количества НУПБА се изнасят за рециклиране извън страната поради факта, че в България не са налични съоръжения за тази цел. За да бъде изградена такава инсталация, трябва да се гарантира, че системата за разделно събиране е достатъчно ефективна и ще бъде осигурено постоянно натоварване на рециклиращите мощности.

Други методи за обезвреждане
Корпусите на портативните батерии обикновено са изградени от картон, пластмаса или метал. В случаите, когато те се депонират, скоростта на разграждането им зависи от условията в депото. Разградимостта се определя от свойствата на използвания за обвивката материал, количеството останал заряд в батерията, степента на експозиция на сметищен инфилтрат и съдържанието на кислород в депото.

Мобилността на металите в депото и потенциалът им за замърсяване на подземни води също зависят от няколко фактора – начина на проектиране, строителство, експлоатация и поддръжка на депото (например от облицовката, свойствата на почвата, системите за дренаж на инфилтрат, дневните и крайните закривки).

Отделянето на метали от отпадъчните батерии в депото само по себе си може да не е проблем. Основният риск, произхождащ от това, е възможността за замърсяване на подземни води. Този риск е функция от конструкцията на депото, характеристиките на ограждащата го почва и близостта му до подземно водно тяло.

Инсинерацията на батерии съвместно с други отпадъци също оказва негативно влияние върху околната среда по два начина – в атмосферния въздух се изпускат метали и вследствие на изгарянето се получава пепел с висока концентрация на метали. Металите, които представляват най-голям риск за околната среда, са живак, кадмий и олово.

Обикновено живакът се изпуска с димните газове, а кадмият и оловото се натрупват в летливата пепел. Отделянето на метали при изгаряне на батерии зависи от температурата на горене, температурата, при която металите стават летливи, и наличието на други неметални съединения.

Степента на въздействие на металите в отпадъчните портативни батерии върху компонентите на околната среда продължава да е обект на проучвания, тъй като изискванията за контрол на замърсяването и обезвреждането в инсинератор стават все по-строги.

Рециклиране
Повечето съоръжения за рециклиране на батерии в Европа изискват предварително сортиране на отпадъците. Степента на точност при процеса на сортиране зависи от изискванията за чистота на рециклиращите съоръжения. Един тон смесено събрани батерии може да съдържа до 40 000 броя батерии, които да имат над 10 различни химични състава. Те могат да се различават по големина – от батерии тип “копче” до пакети батерии, тежащи повече от един килограм.

Веднъж сортирани, батериите могат да бъдат рециклирани посредством следните процеси:
• Сух механичен процес – включва етапи на сортиране, магнитна сепарация и смилане. Отделят се компонентите цинк, манган и въглерод (т. нар. черна маса) от стоманените обвивки, хартията и пластмасовите елементи. Стоманата се връща в индустрията за производство и обработка на метали. Пластмасовите и хартиени елементи не могат да бъдат рециклирани, тъй като са замърсени от черната маса. Недостатък е, че процесът на смилане изисква голямо количество енергия, което оскъпява този метод на рециклиране.
• Хидрометалургичен процес – черната маса се разлага и след допълнително химично третиране и електролиза се получават елементни метали. Този процес има висока ефективност на рециклиране, но прилагането му изисква значителни разходи, тъй като е необходимо предварително третиране на отпадъчните батерии и се използват множество химикали.
• Пирометалургичен процес – термично третиране на батериите в пещ при около 900 °C, при което се получават метална сплав и шлака. Методът включва селективно изпарение на металите, последвано от кондензация. При тази технология не се изисква предварително смилане на батериите. Недостатък на метода са високите експлоатационни разходи и необходимостта от пречиствателни съоръжения за отпадъчните газове.

Видът на прилагания метод на рециклиране зависи от вида на батериите. Хидрометалургично могат да бъдат рециклирани AlMn, ZnC и ZnO портативни батерии. Първоначално батериите се сортират по големина и се смилат. От смлените батерии се отделя металът, хартията и пластмасата.

Остатъкът се третира химично с киселина, като се получава Zn/Mn разтвор. Чрез електролиза цинкът се разделя от мангана. Процесът на рециклиране на литиево-йонни батерии включва етап на смилане и етап на третиране на батериите с инертен газ. Като продукти могат да се получат кобалт, литий, алуминий, други метали и въглерод.

Алтернатива за рециклиране на AlMn, ZnC и батерии тип “копче” е тяхното пирометалургично третиране. Технологията се основава на процес на пиролиза. Батериите се сортират ръчно, преди да постъпят в реактора, където температурата достига 700 °C. Газовете от реактора се пречистват, при което след дестилация се получава живак.

Металните остатъци от пиролизата преминават в индукционна пещ, където се стапят при температура от 1500 °C. Желязото и манганът остават като стопилка от фероманган. Цинковите пари от индукционната пещ постъпват в кондензатор и като продукт се получава цинк.

Технологиите за третиране на никел-кадмиеви и никел-металхидридни отпадъчни портативни батерии се базират на един и същи процес. Единствената разлика е, че при рециклирането на NiCd батерии се включва допълнителен етап, с цел получаване на кадмий. Процесът започва със смилане на батериите, като се отделя пластмасата. След това батериите постъпват в пиролитичен реактор с температура 500 °C. Следите от живак, налични поради неефективно сортиране, се изпаряват.

За отстраняването им се използва активен въглен. Третирането на NiMH батерии приключва на този етап. При NiCd батерии остатъците от пиролизата постъпват в дестилационна пещ с температура 900 °C. При тази температура протича комбинация от дестилация на метален кадмий и сублимация на кадмиеви оксиди и хидроксиди. Кадмият кондензира от газовата фаза и се пречиства чрез дестилация.