何百万もの電気自動車のバッテリーが切れたらどうなるでしょうか?

Apr 27, 2023

ネットゼロの未来に向けた世界的な協調した排出削減運動の中で、電気自動車市場は急成長している。

世界経済フォーラムの統計によると、電気自動車の販売台数は昨年60％増加し、初めて1000万台を超えた。

2017 年時点では、電気自動車は新車販売された乗用車 70 台に 1 台にすぎませんでしたが、2022 年までに電気自動車はそのような販売の 7 台に 1 台を占めるようになりました。

電気自動車の普及は衰える気配を見せませんが、その人気が環境に問題を引き起こす可能性はあるでしょうか?

電気自動車への移行によって生じる課題は、EV に動力を供給する使用済みバッテリーをどのように処理するかです。 推定によると、2020 年代だけで数百万トンのバッテリーが寿命を迎えることになります。

バッテリーの寿命が約 10 年に達したら、家庭などの定置型エネルギー貯蔵に使用したり、電力網の安定性を向上させるためのバックアップとして使用したり、最終的にはリサイクルするのが理想的です。

バッテリーを埋め立て地に送ることは無駄で環境に有害であり、一部の材料の採掘は環境と人権への懸念に関連しているため、再利用を可能にするリサイクルが特に重要です。

12月、他の地域でも同様の動きとして、EUは自動車メーカーに対し使用済みバッテリーのリサイクルと最小限の材料回収を義務付ける法案を可決した。

多くの大学の研究グループや新興企業は、これらの貴重な物質を抽出して新しい電池に再利用できるようにするより良い方法を開発しています。

ウォーターサイクル・テクノロジーズセンターの最高経営責任者であるセバスチャン・リーパー博士と、その最高技術責任者であるアーメド・アブデルカリム博士（右）と研究チームのメンバー。 写真：ウォーターサイクルテクノロジーズ

その中には、2020年に設立され、英国のマンチェスター大学からスピンアウトしたウォーターサイクル・テクノロジーズも含まれる。

同部門の最高経営責任者であるセバスチャン・リーパー博士によると、材料を効果的にリサイクルしなければ、この部門は「天然資源の利用に依存するだけ」になるという。

「持続可能性、つまりネットゼロが象徴するものは、ある意味、資源不足の束縛からの解放であり、それが化石燃料経済の基礎となっているのです」と英国出身のリーパー博士は言う。

「持続可能であるためには、これらすべての金属がリサイクルされる循環経済が必要です。」

他の多くの材料と比較して、金属は理論的には無限にリサイクルできるため、リサイクルに最適です。 対照的に、紙は繊維が短くなり弱くなるため、リサイクルできるのは 7 回程度です。

しかし、EV バッテリー内の金属を抽出して精製するのは簡単ではありません。セルを細断して黒鉛、ニッケル、マンガン、コバルト、リチウムなどの元素の混合物である黒色塊と呼ばれる物質を作成する必要があることが多いためです。

多くの場合、黒色塊は主に、どちらも高価な金属であるニッケルとコバルトの抽出に使用されます。

リチウムはリチウムイオン電池の機能の中心であるため、電池の需要が増加するにつれて価格も上昇し、2021年には4倍に上昇しました。これと一致して、リサイクル技術もリチウムの抽出にさらにシフトしているとリーパー博士は言います。

Watercycle Technologies は、使用済みバッテリーから商用グレードの炭酸リチウムを抽出するだけでなく、さらに再利用可能な純粋な黒鉛を抽出することで、物事をさらに進めることに取り組んできました。

炭素の一種であるグラファイトは、リチウムより価値がはるかに低いですが、一部のEVバッテリーの単一成分としては最大であり、はるかに大量に使用されるため、バッテリーあたりの2つの物質の価値はほぼ同じです。

同社は、マンチェスターの東にあるシェフィールドにあるRSBruceという企業と提携してテクノロジーを開発した。

使用済みEVバッテリーから物質を抽出するにはさまざまなアプローチがあります。 1 つは乾式冶金と呼ばれるもので、材料を極端な温度まで加熱し、融点が異なるため分離できるようにする乾式冶金の方法を利用します。

しかし、Watercycle Technologies は、その名前の通り、水とさまざまな試薬を使用して成分を化学的に分離する湿式冶金的アプローチを採用しています。 他の方法とは異なり、この技術は汚染された廃水を生成しないと言われています。

同社によれば、その手法はさまざまな種類の化学に基づいた電池で使用できるという。 一部は、NMCと略されるリチウムニッケルマンガンコバルト酸化電池です。 もう 1 つの主要なタイプのバッテリーは、リン酸鉄リチウムまたは LFP (F は鉄の化学記号 Fe に由来します) で、出力密度は低くなりますが、安価です。

「性能の点ではNMCが依然として優れていますが、LFPは特に中国で急速に成長しています。車の走行距離はわずかに少ないですが、寿命は長く、製造コストも安価です」とリーパー博士は言います。

Watercycle Technologies は、その技術は幅広い種類のバッテリーに適用できると述べています。

「混合物を使用することで、リサイクル業者はさまざまな場所からバッテリーを回収できるようになり、上流での分離についてあまり心配する必要がなくなります。これらの異なるバッテリーの処理にも同様の技術を使用するでしょう」とリーパー博士は言います。

ガソリン車またはディーゼル車で通常使用される種類の鉛蓄電池のリサイクル プロセスでは、材料の約 98 パーセントを回収できます。 EV バッテリーの場合、リチウムのリサイクル率は約 70% であるため、大幅な改善が可能である可能性があります。

「リチウムの回収率は 70% よりはるかに高くなるだろうと考えています」と、ウォーターサイクル テクノロジーズの最高技術責任者であるエジプト出身のアーメド アブデルカリム博士は述べています。

英国レスター大学のカール・ライダー教授によると、車のバッテリーをリサイクルできるように設計する傾向が高まっているという。 彼と彼の同僚は、資料の抽出を容易にするための作業に取り組んでいます。

いくつかの方法には、細胞を細断して黒い塊を生成するのではなく、分解することが含まれると彼は言う。

「貴重な素材を細断するのではなく、発生源で分離しようとする方が技術的に洗練され、長期的には経済的に持続可能です」と彼は言います。

「コンポーネントの材料を回収できる分解プロセスを設計しようとする賢い方法です。」

これには、たとえば、簡単に分解できるようにする接着剤の作成などが含まれる場合があります。 このような考慮事項は、法律によって推進され、車両全体をよりリサイクル可能にするという自動車業界の幅広い傾向を反映しています。

リサイクルプロセスの合理化は、バッテリーが自動車会社ごとに異なるため、複雑になる場合があります。

「メーカーごとに形状が異なるため、一般的なプロセスを設計することが困難です」と彼は言います。 「[また] 多くの材料が、どのように回収されるかを考えずに開発され、最適化されてきました。」

一方、使用済みEVバッテリーの数が増加する傾向にある中、ウォーターサイクル・テクノロジーズは、おそらく大手自動車メーカーとの提携を通じて自社技術の商業化を検討しており、その場合には同社がバッテリーリサイクル工場を設立する可能性がある。

リーパー博士によれば、同社のプロセスは1日あたり数キログラムの材料を処理する場合には機能することが示されているが、強化する必要があるという。

「このプロセスは基本的に拡張可能です…しかし、これを 1 日あたりのトン数のスケールで長期間にわたって行うパイロット段階に到達し、技術を検証し、生産される材料、つまり製品の品質をテストする必要があります。グラファイトやリチウムなどです」と彼は言う。

「そのバージョンが商業的に実行可能であれば、そこから商業規模のシステムに移行するまでに数か月かかる可能性があります。」