アマゾン、パナソニック、リサイクル関連新興企業は、電池リサイクル需要の津波に備えている。
電気自動車は大量のバッテリー廃棄物を排出します。
世界中で、人々は 50 万トン以上のリチウム電池を廃棄しています。
新興企業のレッドウッド・マテリアルズとライサイクルは、バッテリーを基本要素に分解し、ゴミを資源に変える工場を建設するために数千万ドルを調達した。すべてのスマートフォンやタブレットの内部には、暗く複雑な歴史を持つ密なレンガ、つまりバッテリーが眠っています。フェリーが行き来するリチウムは、世界で最も乾燥した地域のいくつかで数か月の蒸発で数百万トンの水を消費する南米の塩原で始まった可能性が高い。毎日の充電による破壊から材料を緩衝するコバルトはおそらくコンゴ民主共和国から来たもので、そこでは地面からコバルトを採取する際に子供たちが負傷したり殺害されたりしているとされている。さまざまな原子を集めて機能する電池を作るには、おそらく十数か国からの何千人もの人々が必要だったかもしれない。その後、数年間使用した後、使用済みデバイスは埋め立て地や焼却場に送られることがよくあります。
リチウムイオン電池が携帯用機器から自動車、トラック、家庭に普及する準備が整っている中、起業家や学者たちは、苦労して手に入れた材料を再利用する方法を見つけようと競い合っている。投資家は、ネバダ州の企業レッドウッド・マテリアルズが電子廃棄物を採掘して金属を得ることができることに何百万ドルも賭けている。競合他社である Li-Cycle は、バッテリー輸送の物流パズルを解くことを目指しています。完全に破壊することなく、死んだバッテリーを復活させる技術を開発している企業もある。チームはあらゆる面から問題に取り組むことで、消耗したバッテリーを貴重な資源に変えるという 1 つの目標に向かって取り組んでいます。
「私たちはこのお金のすべてを電池の製造や化学薬品の製造に費やし、サイクルの終わりにはそれらを燃やしています」と Li-Cycle の共同創設者兼執行会長のティム・ジョンストンは言います。「それは違います。」
業界関係者は、迫りくるバッテリーの「津波」について興奮と不安を交えて語る。Li-Cycleの共同創設者兼社長であるAjay Kochhar氏によると、現在世界中ですでに50万トン以上のリチウム電池が廃棄されており、そのほとんどが小型電子機器の形で廃棄されているという。しかし、世界が電気経済に移行するにつれて、リチウムイオンレンガに対する需要は2030 年までに 10 倍に増加すると予測されています。その爆発のほとんどは、重量1,000ポンド以上のリチウムイオンレンバッテリーを搭載した電気自動車によって引き起こされるだろう。「私たちは氷山の一角にいます」とコチャル氏は言う。
コチャル氏らは、この問題を、今日の脆弱で問題のあるサプライチェーンを、前世代の材料から次世代の電池を構築する、より「循環型」のシステムに置き換える機会と見ている。そして、リサイクルのためだけにリサイクルを行うわけではありません。Statista の推定では、リチウムイオン電池のリサイクル市場だけでも、2019 年の15 億ドルから 2030 年までに年間 180 億ドルの価値に達する可能性があります。
テスラ共同創業者のリサイクルスタートアップ
米国市場をリードする新興企業の 1 つが、テスラの共同創設者 JB ストラウベルの最新ベンチャーであるレッドウッド マテリアルズです。テスラの CTO として働いた 16 年間で、Straubel 氏は、自動車の耐用年数が終了したときに自動車を処理する計画がないことに気づきました。また、電話とは異なり、0.5トンの車のバッテリーをジャンク引き出しの奥に放置しておくことはできません。ほとんどの電気自動車は現在全盛期にありますが（ストローベル氏は、地球上で最も古いテスラであると彼が信じている、2000年代後半のロードスターのプロトタイプに乗っています）、しかし津波は、初期の電気自動車が今後5年間で一斉に引退し始めるときに始まります。 。
私たちはこのお金のすべてを電池の製造や化学物質の製造に費やし、サイクルの終わりにそれらを燃やしています。それは違います。
ティム・ジョンストン
共同創設者LI-CYCLE
2017 年の立ち上げ以来、Redwood Materials はその最初の波に備えて準備をしてきました。カーソンシティにあるこの新興企業の 2 つの施設は現在、近くのテスラから出たすべての廃棄物と欠陥のあるバッテリーを処理しています。
ギガファクトリーはパナソニックと共同所有。パナソニックのスクラップだけで年間約 1 ギガワットの材料が提供され、他の 12 社のパートナーも同様の量を提供しており、合計で年間約 20,000 トンの材料に相当します。同社は最近、小売大手のバッテリーを処分するためにアマゾンとも提携した。
電池から原子まで
最近到着したものを仕分けた後、同社はバッテリーを燃焼させて内容物を溶かし、液体に浸して目的の元素を浸出させるという組み合わせを含む独自のプロセスを使用している（ただし、正確な手順はバッテリーの種類に合わせて調整されている）。最終的に、この技術により、リチウムバッテリーのニッケル、コバルト、アルミニウム、グラファイトの 95% ～ 98%、リチウムの 80% 以上が回収されたと PR 広報担当者は述べた。それらの材料の多くはパナソニックに売り戻されます
新しいテスラのバッテリーを作るためです。
「レッドウッド マテリアルズは、幅広い廃棄物の流れに取り組み、セル製造プロセスで使用できる原材料を開発するために、私たちと協力して取り組んでいる優れたチームを編成しました」とパナソニックの電池技術担当副社長、セリーナ・ミコライチャク氏は述べています。北米のエネルギー。
「ハブアンドスポーク」モデル
ジョンストン氏とコチャール氏は同様の方法で Li-Cycle を設立し、バッテリー化学品を専門とする世界的なエンジニアリング会社である Hatch で一緒に働いた後、2016 年に Li-Cycle を立ち上げました。彼らは「ハブ アンド スポーク」モデルを中心にビジネスを構築しました。
バッテリーは火災の危険があるため、安全に輸送するには費用がかかる場合があります。距離を短くするために、Li-Cycle は地元の「スポーク」施設でバッテリーを回収する予定です。この施設ではレンガが 3 つのコンポーネントに粉砕されます。プラスチック ケース、混合金属 (箔など)、バッテリーの心臓部にあるコバルトやニッケルなどの活物質です。 —「黒い塊」として知られる黒い塵。
Li-Cycleは、これらの材料を直接販売することも、黒い塊を中央の「ハブ」工場に輸送して室温で液体に浸すこともでき、ジョンストン氏によれば、90％から95％の効率で金属を抽出できるという。多くのプロセスでは困難なリチウムも抽出できるという。効率的に捕獲します。 同社は現在、カナダのオンタリオ州とニューヨーク州ロチェスターにある 2 つのスポークを稼働させており、年間合わせて 10,000 トンのリチウムイオン電池を分解することができます。Li-Cycleは最近、同様にロチェスターに最初のハブを建設する計画を発表した。このハブでは、2022年後半から年間25,000トンの黒色塊（65,000トンのバッテリーから）をリチウム、コバルト、ニッケル、その他の元素に分離できるようになる。 Redwood Materialsと同様に、同社はこれまでに約5000万ドルの資金を調達しており、できるだけ早く拡大したいと考えている。
「ここは広いので、リサイクル業者の軍隊が必要です」とコチャル氏は言います。
若返り分子
しかし将来を見据えると、研究者らは、電池の原子部分を回収する長期的なマージンが恐ろしく薄いことが判明する可能性があると指摘している。バッテリーの化学構造は年々変化します。たとえば、パナソニックは 2012 年から 2018 年の間にテスラバッテリーのコバルト含有量を 60% 削減しました。こうした変化により、リサイクルプロセスを継続的に微調整する必要が生じる可能性があるが、同時にリサイクルプロセスの収益性も低下する可能性がある（コバルトは最も高価で貴重な電池要素である）。より効率的な方法は、電池をより高いレベルでリサイクルし、原子ではなくより大きな分子構造を回収することかもしれません。化学者であり、電池研究会社 OnTo Technology の創設者でもある Steve Sloop 氏は、電池を集合住宅に例えています。取り壊して木やレンガにするのではなく、リノベーションしてみてはいかがでしょうか。「[電池]の製造には多大なエネルギーが投資されています」と彼は言います。「私たちはその投資を節約しようとしています。」
リチウムイオン電池の場合、これはリチウムを交換することを意味し、充電と放電のたびに少量が電池の分子足場に付着します。バッテリーは、自由に流れるリチウムがなくなると寿命を迎えます。9月、Sloop氏は、彼の研究室がリコール対象のAppleバッテリーを自動的に分解して細断し、活物質をリチウムを豊富に含む槽に浸して元の状態に戻す方法を説明した事例研究を発表した。最終製品は、工業用ソースから再組み立てされた最初の完全な燃料電池となりました。
そして、OnTo Technology は、この「直接リサイクル」戦略を追求するグループの 1 つにすぎません。エネルギー省は、同様のプロジェクトを支援するReCell Centerと呼ばれる研究コンソーシアムに資金を提供しています。この取り組みを主導しているアルゴンヌ国立研究所の輸送システム分析官リンダ・ゲインズ氏によると、同センターは現在、いくつかの異なるタイプの「再リチウム化」の間で、どれが最も優れたパフォーマンスを発揮するかを決める非公式の競争を組織しているという。
「再リチウム化は大きな進歩を遂げました」と彼女は言います。「まさに規模拡大を検討できる段階にあります。」
スケールアップは、これらすべての取り組みが直面する大きな課題となるでしょう。研究室では、バッテリーを原子に還元したり、リチウムを置き換えたりするのは比較的簡単です。しかし、これからやってくる何百万トンもの物質をどのように収集、輸送、分別、分解、加工、再分配するかということは、決して難しいことではありません。
「これは市場に登場する新しい技術です」と、英国のバッテリーリサイクルプロジェクトであるReLibに携わるバーミンガム大学の材料科学者ギャビン・ハーパー氏は言います。「私たちは問題や課題、そしてそれが生み出すであろう機会をまだ見ていません。」
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