מיחזור סוללות

מיחזור סוללות הוא תהליך מיחזור שמטרתו להפחית את מספר הסוללות המסיימות את חייהן כפסולת עירונית מוצקה. סוללות מכילות מתכות כבדות וכימיקלים רעילים, וטיפול בהן כפסולת ביתית רגילה עשוי לגרום לזיהום קרקע וזיהום מים. מחזור סוללות מפחית את כמות המזהמים הנפלטים בהשוואה להטמנה או שריפה, אך עשוי לשחרר חומרים מזיקים מהסוללות סביבה ולגרום לנזק בריאותי לעובדי תעשיית המחזור.

 מיחזור סוללות לפי סוג 
רוב סוגי הסוללות ניתן למחזור. חלק מם הסוללות כדאיות יותר למחזור מאחרות, כגון סוללות עופרת-חומצה לרכב, אשר כמעט 90% מהן ממוחזרות, וסוללות כפתור, בגלל המחיר הגבוה והרעילות של החומרים מהן הן עשויות. גם סוללות ניקל-קדמיום (NiCd), ניקל-מתכת הידריד (NiMH), ליתיום-יון (Li-ion) וניקל-אבץ (NiZn) ניתנות למיחזור. סוללות אלקליין חד פעמיות מהוות את הרוב המכריע של הסוללות שבשימוש צרכני, אך מיחזורן פחות נפוץ עקב חוסר כדאיותו הכלכלית. הנחיות הטיפול בהן לצרכנים משתנות בהתאם לאזור. בחינת מיחזור סוללות אלקליין לצרכנים באירופה הראתה יתרון סביבתי לעומת סילוק, אך עלות המיחזור גבוהה. סוללות אבץ-פחמן ואבץ -אוויר ממוחזרות בתהליך דומה. : באיחוד האירופי מוחזרו כמעט מחצית מהסוללות הניידות שנרכשו על ידי צרכנים בשנת 2017.

 סוללות עופרת-חומצה 
סוללות עופרת-חומצה משמשות בין היתר לרכבים ול-UPS. ישנן סוללות עופרת-חומצה רגילות, אטומות, מסוג ג'ל או סוללות זכוכית סופגות. המיחזור כולל טחינה, ניטרול החומצה והפרדת הפולימרים מהעופרת. החומרים הממוחזרים משמשים במגוון יישומים, ביניהם סוללות חדשות.
שמאל|ממוזער|מיחזור העופרת מסוללות.
ניתן למחזר את העופרת בסוללת עופרת-חומצה. עופרת היא רעילה ולכן יש להרחיק אותה מזרם הפסולת. יתרון נוסף הוא החסכון בעלות העופרת הממוחזרת.

שמאל|ממוזער|סוללות עופרת-חומצה שנאספו על ידי חנות חלקי חילוף לרכב לצורך מיחזור.
מעטפת סוללת עופרת-חומצה עשויה לרוב מפוליפרופילן או מ־ABS, הניתנים גם הם למחזור, אם כי לא באותה הכדאיות.

ערים רבות מציעות שירותי מיחזור סוללות עופרת-חומצה. במספר מדינות בארצות הברית ופרובינציות קנדיות, מושת פיקדון בר-החזר על סוללות, המעודד מיחזור של סוללות ישנות במקום נטישה או סילוק כפסולת ביתית. עסקים המוכרים סוללות חדשות לרכב אוספים לעיתים סוללות משומשות לצורך מיחזור ובחלק מהמדינות מחויבים לעשות זאת על פי חוק.

על פי דו"ח Superfund של ה-EPA משנת 1992, סוללות עופרת מהוות כ-80% מהעופרת המשמשת בארצות הברית, מתוכן כ-60% ממוחזר בתקופות של מחירי עופרת נמוכים, ואף יותר בתקופות של מחירי עופרת גבוהים. כ-50% מצרכי העופרת של המדינה מסופקים מעופרת ממוחזרת.

 סוללות תחמוצת כסף 
סוללות תחמוצת כסף, המשמשות לרוב בשעונים, צעצועים ומכשירים רפואיים קטנים, מכילות כמות קטנה של כספית, עובדה המעלה את חשיבות מיחזורן אך גם מחייבת מיחזור נכון כדי למנוע דליפת כספית לסביבה ולעובדי המיחזור. במקומות רבים מווסת הטיפול והסילוק כדי להפחית את פליטת הכספית לסביבה. ניתן למחזר סוללות תחמוצת כסף להשבת הכספית באמצעות שימוש בשיטות הידרומטלורגיות (טיפול מטלורגי בתמיסות, בעיקר מימייות - חומציות) ושיטות פירומטלורגיות (טיפול מטלורגי באמצעות חימום). סוללות תחמוצת כסף מדורות מתקדמים יותר אינן מכילות כספית

 סוללות ליתיום-יון 
סוללות ליתיום-יון מכילות ליתיום, נחושת ואלומיניום באייכות גבוהה, וחלקן מכיל גם קובלט וניקל. חומרים נוספים העשויים להיות ממוחזרים הם מנגן וגרפיט. בין 25% ל־96% מתא סוללה ממוחזר, בהתאם לסוג הסוללה ותהליך המחזור.

שלבי המחזור:
 דיאקטיבציה או פריקה של הסוללה (בייחוד עבור סוללות כלי רכב חשמליים)
 פירוק מערכות הסוללה (שוב, בייחוד במקרה של סוללות מכלי רכב חשמליים)
 תהליכים מכניים (כולל תהליכי ריסוק, מיון וניפוי)
 מיצוי האלקטרוליטים
 תהליכי שחזור מתכות (כולל תהליכים הידרו-מטאלורגיים, תהליכים פירו-מטאלורגיים (ראה פירוט מטה) או מיחזור ישיר)

 שיטה הידרומטלורגית 
בשיטות הידרומטלורגיות, מומסות המתכות, בדרך כלל בתמיסה מימית, באמצעות חומצות (כגון חומצה גופרתית) ומי חמצן כחומר מחזר. לאחר מכן מתבצע שיקוע בררני של המתכות כמלחים. לתהליכים הידרומטלורגיים מספר יתרונות, ביניהם צריכת אנרגיה נמוכה, עלות נמוכה ופליטה נמוכה של גזים מסוכנים. עם זאת, לשימוש בחומצות אספקטים בטיחותיים. בנוסף, השיטה דורשת עיבוד מורכב לשיקוע בררני של כל מלח מתכת. המטרה העיקרית בתהליך היא שחזור מינרלים יקרי ערך (במיוחד ליתיום, נחושת וניקל) מאלקטרודת הקתודה.

 שיטה פירומטאלורגית 
בדומה לשיטות הידרומטלורגיות, המטרה העיקרית של רוב תהליכי המיחזור הפירומטלורגיים היא שחזור מינרלים יקרי ערך (במיוחד ליתיום, נחושת וניקל) מאלקטרודת הקתודה. לכן, השלב הראשון הוא לרוב הפרדת חומר הקתודה משאר רכיבי תא הסוללה (פולימרים, תמיסות אלקטרוליטים אורגניות ורכיבי אלומיניום). קיימות בעיקר שתי קטגוריות הפרדה: שריפה (שריפת רכיבים אורגניים בסביבה עשירה בחמצן) ופירוליזה (פירוק רכיבים אורגניים ללא חמצן). שריפה דורשת בדרך כלל טמפרטורות נמוכות יותר וזמנים קצרים יותר, ולפירוליזה יתרון של פליטת פחמן דו-חמצני נמוכה יותר ופוטנציאל שחזר כמה תרכובות אורגניות (כגון אלקטרוליטים המכילים פלואור) על ידי לכידת ועיבוד גזי הפליטה. לאחר פירוק הרכיבים האורגניים של התא, ניתן להמשיך ולהפריד בין חומרי הקתודה לאלומיניום של קולט הזרם או להשתמש בקתודה ובקולט הזרם יחד לצורך התכה. ניתן לבצע התכה של כל תא הסוללה גם ללא טיפול מקדים, אך הדבר דורש צעדים מקדימים בטמפרטורה נמוכה כדי למנוע פיצוצים כתוצאה מאידוי אלקטרוליטים מהיר.

עבור תהליכי התכה, טמפרטורות גבוהות (בדרך כלל מעל 1000 °C) משמשות להיתוך תערובת האלומיניום-קתודה, אשר לאחר מכן מגיבה עם תערובת סיגים (לרוב CaO- SiO2 - Al2O3) ליצירת סגסוגת עשירה במתכות מעבר (Co, Ni, Fe, Cu) מתחת לסיגים, המעובדת להפרדת המתכות. תהליך ההתכה הקונבנציונלי אינו ממחזר ליתיום או מנגן מחומרי הקתודה. קיימים שינויים מוצעים למערכת הסיגים (כגון המעבר ל-MnO- SiO2 - Al2O3) כדי לאפשר מחזור מתכות אלו במהך התהליך.

בתהליכי קלייה, חומר הקתודה מחומם בנוכחות מקור פחמן (תגובה קרבותרמית, כמו ייצור Fe מעפרות ברזל) או תרכובת מלח (קליית מלח, לעיתים קרובות באמצעות מלחים המכילים סולפט או כלוריד) כדי לייצר צורות ניתנות לחילוץ של המתכות הרצויות. בתהליך חיזור קרבותרמי, התוצאה היא סגסוגת מתכת מעורבת הדומה לזו של תהליך ההתכה אך באמצעות טמפרטורה נמוכה יותר של 650–1000 מעלות צלזיוס (200 מעלות במערכות מסוימות). בתהליך בסיוע מלח, התגובה של חומר הקתודה עם המלחים מייצרת תוצרי מתכת מסיסים במים הניתנים לבידוד בקלות.

לשתי גישות הקלייה יש גם יתרון בכך שהן יכולות להפיק ליתיום מסוללות משומשות ללא שינויים משמעותיים בתהליך, מכיוון שליתיום יעבור תגובות דומות למתכות המעבר.

בשל גמישותה ופשטות ההרחבה שלה, פירומטלורגיה היא אחת הטכניקות הנפוצות ביותר למחזור סוללות ליתיום-יון, ומשמשת חברות כמו Umicore, Sony ו-GEM. עם זאת, בעוד שפירומטלורגיה מייצרת פחות פסולת מסוכנת מתהליכים הידרו-מטאלורגיים, עלותה, צריכת האנרגיה שלה ופליטות הפד"ח שלה גבוהות.

 מיחזור ישיר 
מיחזור ישיר מאפשר ייצור מחדש של הקתודה לא פגיעה במבנה הגבישי שלה, מה שמעלה את יעילות התהליך. עיקר חומרי הקתודה למיחזור מופרדים משאר הסוללה. הטיפול בחומרים אלו כולל הוספת ליתיום שאבד במהלך פעולת הסוללה. תהליכי מחזור ישיר הם עדיין תחת פיתוח ואינם פעילים בקנה מידה תעשייתי.

 סכנות פוטנציאליות 
סכנות ספציפיות הקשורות לתהליכי מיחזור סוללות ליתיום-יון כוללות סכנות חשמליות, כימיות ותרמיות, והאינטראקציות הפוטנציאליות ביניהן. גורם מסבך הוא רגישות למים: ליתיום הקספלואורופוספט מגיב עם מים ליצירת חומצה הידרופלואורית. התאים לרוב מטופלים הסרת החומר.

חידוש סוללות

חידוש סוללות היא שיטה חדשה יחסית להארכת תוחלת החיים השימושית של סוללות ליתיום-יון וסוללות מתכת-יון אחרות. בהשוואה למיחזור ישיר, שיטה זו אינה מבקשת לתקן ישירות פגמים מבניים בחומר הפעיל של הקתודה (CAM), כגון היווצרות מבני גביש לא פעילים, לכידת ליתיום או מיקרו-סדקים, אלא מכניסה ליתיום נוסף לחומר הפעיל של האנודה, ומתקנת ליקויים בליתיום. שיטה זו אינה דורשת פירוק מלא של סוללות, אך דורשת החלפת אלקטרוליטים, דבר שידרוש שינוי באופן הטיפול בתאים ברמת האריזה כדי להתאים אותם לשיטה. השיטה עובדת היטב עם חומרים שמנגנון הדגרדציה שלהם הוא לרוב באמצעות אובדן ליתיום לכוד כגון ליתיום ברזל פוספט (LFP).

 חומרים משוחזרים 
הפקת ליתיום מסוללות ישנות יקרה פי חמישה מליתיום שנכרה. עם זאת, הפקת ליתיום מסוללות ליתיום-יון הודגמה במפעלים קטנים על ידי גופים שונים וכן בקנה מידה תעשייתי על ידי חברות מיחזור חומרי סוללות כמו Electra Battery Materials ו־Redwood Materials, Inc.

חלק קריטי בכלכלת המיחזור הוא ערך הקובלט הממוחזר, כך שפעולות הננקטות היום על ידי יצרנים להסרת קובלט מהמוצר עשויות לגרום לצמצום המיחזור. גישה חדשה היא לשמור על המבנה הגבישי של הקתודה, תוך ביטול הוצאות האנרגיה המשמעותיות הכרוכות בשחזורה. גישה נוספת היא שימוש באולטרסאונד להפרדת רכיבי הקתודה השונים.

בעוד שחומרי קתודה הם מוקד רוב מאמצי המיחזור בשל ערכם הכלכלי הגבוה, מיחזור רכיבי סוללה נוספים יכול לשפר את הכדאיות הכוללת של מחזור סוללות ליתיום-יון. מחקרים מצאו כי רכיבים כגון מעטפת הסוללה, קולטי זרם, אלקטרוליט ומחיצות הם בעלי פוטנציאל למחזור בהינתן מחקר נוסף על שיטות עיבוד. בנוסף, מיחזור חומרי אנודה (בעיקר גרפיט) עשוי להגדיל משמעותית את ניצול הליתיום מסוללות משומשות, מכיוון שחלק ניכר מהליתיום "האבוד" במהלך השימוש בסוללה מגיע בסופו של דבר לאנודה.

 מֶחקָר 
פתרונות יעילים למחזור סוללות ליתיום-יון עשויים להפחית משמעותית את טביעת הרגל הפחמנית של ייצור סוללות ליתיום-יון.  נכון לשנת 2022 מספר מתקנים פועלים או נמצאים בבנייה,  ביניהם מתקן בפרדריקסטאד שבנורווגיה  ובמגדבורג, גרמניה. 

בתחילת 2022, מחקר שפורסם ב-Joule הראה כי סוללות המשתמשות בקתודה ממוחזרת נטענות מהר יותר והחזיקו מעמד זמן רב יותר מסוללות חדשות.

עד שנת 2023, מספר חברות עברו מעבר למחקר והקימו קווי תהליך למחזור כמויות מסחריות של סוללות ליתיום-יון. מפעל פיילוט בנבאדה הפיק יותר מ-95% מהמתכות החשובות (כולל ליתיום, קובלט, ניקל ונחושת) מ-230,000 ק"ג של סוללות NiMH ו-Li-Ion ישנות.

מחקר של שפורסם בכתב העת Green Chemistry הראה כי ניתן למחזר ניקל המחולץ מאבקת הקתודה של סוללות NiMH משומשות לצורך ייצור זרז המאפשר ייצור דלק סינתטי (מתאן) באמצעות הידרוגנציה של םחמן דו-חמצני בטמפרטורה נמוכה יחסית של 250°C.
שמאל|ממוזער|סוללות 4.5 וולט, D, C, AA, AAA, AAAA, A23, 9 וולט, CR2032 ו-LR44 כולן ניתנות למחזור ברוב המדינות.
שמאל|ממוזער|מספר גדלים של סוללות כפתור וסוללות מטבע. כולן ניתנות למחזור בבריטניה ובאירלנד .
מְדִינָה אחוז מיחזור 2002 2012 שווייץ 61% 73% בלגיה 59% 63% שוודיה 55% 60% גֶרמָנִיָה 39% 44% אוֹסְטְרֵיָה 44% – הוֹלַנד 32% – בְּרִיטַנִיָה – 32% צָרְפַת 16% – פינלנד 15% 40% קנדה 3% 5.6%

 חששות בריאותיים וסביבתיים 
למרות התחזית החיובית לגבי מיחזור סוללות, נמצאו השפעות שליליות במדינות מתפתחות הממחזרות סוללות, במיוחד אלו המכילות עופרת וליתיום.

עופרת היא חומר רעיל ביותר, ועיבודה עלול לגרום לזיהום, וכתוצאה מכך לבעיות בריאותיות ארוכות טווח ואף לנכות. קיימת הערכה כי מיחזור סוללות עופרת-חומצה הוא התהליך התעשייתי הקטלני ביותר בעולם, בפער גדול, מבחינת אובדן שנות חיים מותאמות לנכות - בעלות של בין 2,000,000 ל-4,800,000 שנות חיים אבודות מוערכות של אדם.

מאז 2015, מדינות מתפתחות כמו וייטנאם הגדילו את כושר עיבוד הסוללות שלהן ככל שהביקוש העולמי לסוללות גדל. תהליך מיחזור הסוללות מוביל לעיתים קרובות להחדרת מתכות רעילות לסביבה. ברבות מהמדינות הללו, ישנן הגנות מועטות לעובדים העובדים עם הסוללות. במדינות כמו אינדונזיה, דווח כי במשך תקופה של ארבע שנים, רמות העופרת בדם של ממחזרים סוללות כמעט הוכפלו. חשיפה לעופרת של עובדים עלולה גם לעבור לבני משפחה מחוץ לעבודה, ובסופו של דבר להוביל להרעלת עופרת .

מחקרים נוספים ממשיכים להתבצע כדי להבין טוב יותר את ההשפעות הסביבתיות. מחקרים מראים שרוב סוללות הליתיום-יון מכילות PFAS המצטבר בגופם של בני אדם ובחיות בר, ולעיתים קרובות גורם לתפקוד לקוי של מערכת החיסון ובלוטת התריס, מחלות כבד ובעיות אחרות הקשורות להומאוסטזיס בתוך הגוף. זיהום עופרת בשכונות עשוי להגרם גם הוא כתוצאה מתהליך מיחזור סוללות עופרת.

מיחזור סוללות בישראל
ב-2012 נחקק בכנסת חוק לטיפול סביבתי בציוד חשמלי ואלקטרוני ובסוללות, תשע"ב-2012. החוק קובע הסדרים לעניין טיפול סביבתי בציוד חשמלי ואלקטרוני ובסוללות ובמצברים, כדי לעודד שימוש חוזר בציוד חשמלי ואלקטרוני, לצמצם את כמות הפסולת הנוצרת מציוד חשמלי ואלקטרוני ומסוללות ומצברים ולמנוע את הטמנתה, ולהקטין את ההשפעות הסביבתיות והבריאותיות השליליות של ציוד חשמלי ואלקטרוני ושל סוללות ומצברים ושל פסולת ציוד וסוללות.

על פי החוק, מחויב יצרן או יבואן של סוללות ומצברים למחזר 25% עד 35% (משקלית), בהתאם סוג הסוללה או המצבר, מסך הסוללות או המצברים שמכר.

ב-2018 הבהיר המשרד להגנת הסביבה בהנחיותיו כי אסורה מכירת פסולת סוללות אלא יש להעבירן לגופי היישום המוכרים בהתאם למנגנון בחוק. ההנחיות פורסמו לאחר מספר מקרים שבהם נמכרו סוללות משומשות.

יישום החוק מתבצע בפיקוח המשרד להגנת הסביבה.

ביולי 2024 נחנך מפעל למיחזור סוללות ליתיום-יון בפארק תעשיות רותם סמוך לדימונה.
ביולי 2025 החלו להקים בקיבוץ ניר עם מפעל למחזור סוללות רכב.

 ראו גם
 פסולת אלקטרונית
 סוללה (חשמל)
 סוללה נטענת

 לקריאה נוספת 

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

קטגוריה:מיחזור
קטגוריה:סוללות