KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK
7.6
A használt elemek és akkumulátorok begyűjtésének, hasznosításának helyzete és távlatai Németországban Tárgyszavak: akkumulátorok; elemek; piac; begyűjtés; szétválogatás; reciklálás; berendezés.
A reciklálás szükségességéről A mai élet szinte elképzelhetetlen nem helyhez kötött villamosenergiaforrások (elemek és akkumulátorok) nélkül. A gépkocsik indítómotorjának meghajtására szolgáló akkumulátoroktól a hálózati kiesést pótoló szünetmentes áramforrásokig, vagy a mobiltelefonokban és egyéb szórakoztató elektronikai eszközökben használt elemekig és akkumulátorokig – ezek az áramforrások szinte pótolhatatlanok. Azt a hasznot, amelyet az akkumulátorok felhasználásuk idején hajtanak, szembe kell azonban állítani azokkal a problémákkal, amelyet élettartamuk lejárta után okoznak. Ezek közé tartozik a használt akkumulátorok veszélytelen ártalmatlanítása vagy hasznosítása. Egy 1996-ban érvénybe lépett német törvény szerint a felelősség elsősorban az ilyen eszközök gyártóit és terjesztőit terheli. Különös figyelmet fordít a törvény a környezetkímélő hasznosításra és ártalmatlanításra. A környezetvédelmi törvény visszaadási és visszavételi kötelezettséget ír elő bizonyos termékek vagy azok hulladéka esetében. Ilyen kötelezettségek lépnek fel pl. a használt gépkocsik, akkumulátorok vagy csomagolóanyagok esetében. A törvényi háttér tehát biztosított, de célszerű megvizsgálni a begyűjtés és hasznosítás aktuális helyzetét. Az 1998-ban hatályba lépett, akkumulátorokra vonatkozó törvény azt hivatott megakadályozni, hogy a Németországban évente fogalomba hozott mintegy egy milliárd akkumulátorból és elemből minél kevesebb kerüljön a szemétbe. A törvény bizonyos, erősen káros anyagokat tartalmazó akkumulátorokat egyszerűen betilt, mások esetében visszavételi kötelezettséget ír elő. Bizonyos területeken, pl. a gépkocsi-akkumulátorok esetében jól bevált begyűjtési és újrahasznosítási rendszer alakult ki. A készülékekben használt akkumulátorok begyűjtési rendszere és újrahasznosításának infrastruktúrája
csak az utóbbi években kezdett kialakulni, ezért ennek a rendszernek a működőképességét és hatékonyságát célszerű felmérni és kiértékelni. Mindehhez még figyelembe kell venni a nemzetközi vonatkozásokat, hiszen pl. az EU-ban a begyűjtési rendszer elégtelensége miatt arról tárgyalnak, hogy betiltsák a kadmiumtartalmú elemeket. Az alábbiakban gyakorlati szempontok alapján kerül bemutatásra az akkumulátorok és elemek begyűjtési és újrahasznosítási rendszere.
Az akkumulátorok és elemek piaca Németországban A hálózattól független áramforrások piacán jelenleg több száz termék áll rendelkezésre, amelyeket világszerte több száz gyártó állít elő. A főbb típusokat az 1. ábra ismerteti, a gazdasági vagy műszaki jellemzőiket tekintve fejlettebbeket kövérrel kiemelve. A különböző típusok elterjedését 1994-től Németországban az 1. táblázat mutatja.
elemek
nem újratölthető (primer elemek)
cink–szén/cink-klorid (játékok)
újratölthető (szekunder elemek) ólom–kénsav (gépkocsik)
alkáli/mangán (zseblámpák) cink–levegő/cink–ezüst (gombelemek) higany (orvosi,katonai) lítium/fém
nikkel/kadmium (szerszámok) nikkel/fém-hidrid lítiumion lítium/polimer
mobiltelefon, menedzser kalkulátor, laptop
1. ábra Az elemek és akkumulátorok osztályozásának rendszere
1. táblázat A különböző elem- és akkumulátortípusok megoszlása Németországban 1994 és 2000 között Típus/év
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Primer
22 587
23 518
23 341
23 038
23 665
24 459
25 337
Rúdelemek
22 450
23 397
23 209
22 882
23 500
24 230
25 080
9 300
10 740
10 740
10 946
11 432
12 200
15 200
13 000
12 457
12 219
11 636
11 768
11 730
9 500
150
200
250
300
300
300
380
Gombelemek
137
121
132
156
165
229
257
Higany-oxid
18
15
15
11
11
7
13
Ezüst-oxid
45
45
45
45
45
54
48
Alkáli/mangán
23
23
23
23
25
31
37
Cink/levegő
21
18
29
33
44
45
67
Lítium
30
20
20
44
40
92
92
Szekunder
3 139
3 632
3 951
4 473
4 845
4 866
3 975
Rúdelemek
3 044
3 540
3 878
4 415
4 791
4 807
3 908
Ni/cd
3 000
2 590
2 318
2 205
2 051
2 057
1 954
NiMh
44
950
1 560
2 210
2 740
2 750
1 954
95
92
73
58
54
59
66
Ni/Cd
95
52
16
9
2
2
2
NiMh
–
40
57
49
52
56
59
Lítium
–
–
–
–
–
1
5
100
100
100
100
100
100
100
Alkáli/mangán Cink/szén Lítium
Gombelemek
Kis ólomakkumulátorok
Ami a fejlődési tendenciákat illeti, 1960 és 1990 között viszonylag kevés változás következett be, azóta viszont elég gyors a fejlődés. Ez főként az elektronika gyors fejlődésével és mobilitásának növekedésével magyarázható. Megjelentek olyan eszközök, mint pl. a mobiltelefonok vagy a laptop számítógépek, amelyek áramellátását hatékony, hely- és tömegtakarékos módszerekkel kellett megoldani. Tekintettel a követelményekre, alkalmazásokra és arra, hogy a szekunder akkumulátorok a felső árszegmensbe tartoznak, tehát nagyobb haszon lehet rajtuk, a gyártók fejlesztési erőfeszítéseiket szinte csak az újratölthető energiatárolókra korlátozták. A piaci igény hamarosan új technológiák piaci bevezetéséhez vezetett. A hagyományos nikkel–kadmium (Ni/Cd) elemek mellett először megjelentek a nikkel–fém-hidrid (NiMH), majd a lítiumion elemek. Ezek az újítások már szi-
lárdan megvetették a lábukat a piacon. A valamikor egyeduralkodó Ni/Cd elemek ma már csak a piac 48%-át jelentik, a maradékon a NiMH (38%) és a Liion (14%) elemek osztoznak (2. ábra). Ezt a százalékos csökkenést azonban kompenzálja az eladott mennyiség növekedése, ezért pl. az évente eladott Ni/Cd elemek abszolút száma nem nagyon csökkent, inkább arról van szó, hogy az elemek iránti igény bővítette a piacot, és ezeket a megnőtt igényeket már inkább az új elemtípusokkal elégítették ki. Ez is arra utal, hogy szoros összefüggés van az új technológiai igények, alkalmazások és a hozzájuk kifejlesztett energiaforrások között. 2006-ig Európában tartósan 6–8%-os növekedésre számítanak az elektronikai eszközök piacán.
NiCd
NiMH
Li-ion
NiCd
NiMH
Li-ion
1800
100
1600
90
eladás (millió db)
70
1200
60
1000
50 800
40
600
30
400
piaci részesedés (%)
80
1400
20
200
10
0
0 1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2. ábra A szekunder elemek eladásainak növekedése és a típusok szerinti megoszlás a világpiacon
A használt elemek és akkumulátorok begyűjtésének rendszere Az akkumulátorokra és elemekre vonatkozó német törvény előírja a gyártó vagy importőr visszavételi kötelezettségét és a felhasználó leadási kötelezettségét. Ahhoz, hogy a felhasználó eleget tehessen leadási kötelezettségé-
nek, a befogadóknak ki kell építeniük egy felvevő hálózatot. A forgalmazók ugyancsak kötelesek ingyen visszavenni a használt elemet, és azt el kell juttatniuk a gyűjtőrendszerbe. A rendszer hatékonyságát egy évente készített felmérés vizsgálja. A közös begyűjtő rendszerben (GRS) való részvétel alól csak olyan vállalat mentesül, aki bizonyítani tudja, hogy megfelelő, a GRS-sel kompatibilis saját visszavételi rendszert dolgozott ki és működtet. Ez olyan gyártók számára éri meg, akik speciális piacokon dolgoznak, néhány nagykereskedő közreműködésével, ezért megéri a gyártó és típus szerint válogatott visszavételi rendszert működtetni. A törvény szerinti kötelezettségeket a cégek harmadik fél útján is teljesíthetik, de ezeknek a közvetítő cégeknek szigorú kritériumoknak kell eleget tenniük. A felelősség azonban ilyenkor is a gyártó vagy forgalmazó vállalaton van, neki kell biztosítania a harmadik fél törvény szerinti működését. Az alábbiak példaként röviden a Vfw AG által működtetett REBAT begyűjtő rendszert és a Robert Bosch GmbH tevékenységét mutatják be. Vannak persze olyan cégek is, amelyek sem a közös begyűjtőrendszerben nem vesznek részt, sem saját begyűjtőrendszert nem építettek ki, de ezek az ipari adatok szerint nem a gyártók vagy az elemek/akkumulátorok kereskedelmével foglalkozó nagy cégek, hanem olyan importőrök, akik beépített elemet tartalmazó berendezéseket importálnak. Ez ellen csak az elektromos hulladék gondosabb ellenőrzésével, ill. a vámellenőrzés szigorításával lehet védekezni. A közös begyűjtő rendszert (GRS) egy 1998-ban létrehozott alapítvány működteti. Az alapítványt a nagy akkumulátor- és elemgyártók (a Duracell, a Panasonic, a Philips, a Ralston, a Saft, a Sanyo, a Sony, a Varta), valamint a Német Elektromos és Elektronikai Ipar Központi Szövetsége hozta létre. Ennek elődje egy önkéntes alapon működő begyűjtő rendszer volt, amelyet 1988 óta működtettek. Ez azonban csak mintegy 30 cégre terjedt ki, és ennél sokkal nagyobb volt a forgalmazók és a törvényt elkerülők száma. Az alapítvány nonprofit szervezetként működik, és mintegy 400 cég számára biztosítja a törvény szerinti kötelezettségek teljesítését. Begyűjti, szétválogatja, értékesíti, vagy biztonságosan kezeli a begyűjtött akkumulátorokat és elemeket, és dokumentálja a tevékenységet az illetékes szervek felé. A több cég részvétele megakadályozza monopóliumok kialakulását, és a több felvevőhely létesítésével csökkenthetők a szállítási költségek is. A logisztikai költségeket azoknak a gyártóknak és importőröknek a hozzájárulásából fizetik, akik a Németországban begyűjtött elemekkel kapcsolatos szolgáltatásokat igénybe veszik. A hozzájárulás mértéke függ az elem tömegétől és típusától, egy tipikus alkáli/mangán rúdelem esetében, amelynek tömege kevesebb mint 50 g (amelyeket pl. a hordozható magnetofonokban vagy CD lejátszókban használnak), általában 1 cent körül van. Az alapítvány 1999-ben mintegy 25 E t, 2000-ben mintegy 29 300 t elemet gyűjtött be, amelyek 85%-a primer elem volt (elsősorban alká-
li/mangán és cink/szén elemek). Ehhez jött még 1999-ben 8300 t, 2000-ben 9300 t keverékelem. A Vfw AG a maga REBAT rendszerével a törvény által megengedett „harmadik félként” ajánlja magát, és lehetővé teszi gyártók, importőrök és kerekedők számára is, hogy igénybe vegyék begyűjtési, válogatási, reciklálási, ill. ártalmatlanítási szolgáltatásait. A szolgáltatási kör megegyezik a GRS rendszerével, amellyel versenyben áll. Jelenleg mintegy 60 vállalat bízta meg a Vfw AG-t a törvényben előírt kötelezettségei teljesítésével. A megrendelők között vannak a mezőgazdaságban ill. a jelzőlámpákban használt elemek forgalmazói. Kötelezettségei teljesítésére a cég mintegy 15 000 begyűjtőhelyet és 26 beszállítót működtet. A Vfw REBAT 1999-ben mintegy 3000 t, 2000-ben kb. 2200 t elemet gyűjtött be, és 1999-ben 1500, 2000-ben 1900 t elemkeveréket. A szolgáltatás költsége 1999-ben tonnánként 583 euró volt. A Robert Bosch GmbH 17 előállítóval kötött szerződést a törvény szerinti kötelezettségeik teljesítésére, többek között a piacvezető villamos szerszámgyártókkal. Az ilyen eszközökben használt akkumulátorok (telepek) túlnyomórészt Ni/Cd elemekből állnak, néhányan pedig már Ni–fém-hidrid típusú akkumulátorokat is ajánlanak berendezéseikhez. A begyűjtő állomások (amelyekből Németország-szerte mintegy 7800 db van) nagyrészt a villamos szerszám forgalmazók üzleteiben találhatók. Az akkumulátorokat kémiai összetétel és gyártó szerint válogatják. 2000-ben mintegy 1500 t akkumulátort és elemet gyűjtöttek be, ebből mintegy 1300 t volt a Ni/Cd elem. Jelenleg Németországban három olyan gyártó van, aki saját begyűjtő rendszert működtet. Ezek olyan cégek, akik néhány nagy partnernek osztják szét termékeiket. Ilyen pl. a Sonnenschein Lithium GmbH, amely elemeit elsősorban az elektronikus hőelosztó–mérő berendezésekbe szereli be. Ezek a cégek maguk távolítják el az eszközöket az elemekkel együtt a karbantartáskor. A használt berendezések ártalmatlanításakor az akkumulátorhulladék együtt keletkezik a berendezés hulladékával. Hasonlóan jó begyűjtési hatásfokot lehet elérni a hadseregben rendszeresített akkumulátorok esetében. Az erre vonatkozó adatok azonban nem nyilvánosak. A 2000-ben forgalomba hozott és begyűjtött akkumulátorokra és elemekre vonatkozó adatokat a 2. táblázat foglalja össze. A teljes begyűjtési hatásfok mindössze 31,1%.
A használt akkumulátorok és elemek szétválogatása A logisztikai rendszer nagyon fontos eleme a hulladékok válogatása, mert a hasznosítási technológiákat előválogatott hulladékokra dolgozták ki. Ha ugyanis idegen anyag kerül a rendszerekbe, akkor azt nem lehet változatlan formában piacra vinni. Ha pl. a Ni/Cd újrafeldolgozásakor cink is jelen van, az
szennyezni fogja a kadmiumot, és ha ez bekövetkezik, felhasználás előtt a szennyezett fémet külön raffinálási eljárásnak kell alávetni, ez pedig elfogadhatatlan többletköltséget jelent. 2. táblázat A különböző elemek és akkumulátorok begyűjtési hatásfoka 2000-ben
Primer elemek Cink/szén
Forgalomba hozott
Visszavett
Százalék
t
t
%
9 952,0
3 404,6
34,2
16 137,4
4 870,6
30,2
Cink/levegő
277,1
251,0
90,6
Lítium primer
441,1
225,1
51,0
Lítium szekunder
430,8
36,0
8,4
Nikkel–fém-hidrid
1 833,5
17,2
0,9
519,0
403,3
77,7
3 214,5
1 000,9
31,1
252,9
87,0
34,4
33 058,4
10 295,8
31,1
Alkáli/mangán
Szekunder elemek
Ólom Nikkel/kadmium Gombelem Összeg
A szennyezés azt is lehetetlenné teheti, hogy bizonyos újrafeldolgozott anyagokat olyan technológiákkal dolgozzanak fel, amelyeket nem használt akkumulátorok újrafeldolgozására fejlesztettek ki. Ezért az egyes frakciók tisztasági fokát garantálni kell. Mivel pl. a higany tartós károsodást okozhat a környezetben, gondosan el kell választani a Hg-tartalmú és a Hg-mentes hulladékokat a reciklálás megkezdése előtt. Ma már nem is hozhatók forgalomba olyan akkumulátorok, amelyek 5 ppm-nél több higanyt tartalmaznak. Még arra is ügyelnek, hogy a végső tisztasági értéket nem lehet többféle anyag összekeverésével „beállítani”, hanem a tisztasági szabványnak a komponensek egyenként is meg kell, hogy feleljenek. A „tiszta” hulladékok képződése szempontjából nem előnyös, ha a felhasználók egyáltalán nem végeznek előválogatást az elemek között. Különösen a kisméretű készülékelemek esetében lenne ez indokolt, ahol nem is nagyon lehet túl sok, a kémiai összetételre vonatkozó információt feltüntetni az elemeken, és a sok egymással versenyző gyártó miatt a felület nagy részét a reklámcélú nyomtatványok foglalják el. Számos automatizált válogatási rend-
szer elképzelhető, pl. az elemek mérete alapján, de ezt célszerűen egy manuális válogatás is megelőzi, mert az automatikusan ki nem szűrhető idegen anyagok nagy zavart okozhatnak a későbbi technológiai fázisokban. A gombelemeket és a finom szennyeződéseket szitálással távolítják el. Az acélkapszulába zárt elemeket mágnessel egyszerűen el lehet választani az egyéb burkolattal (pl. papír, műanyag) ellátott típusoktól. A guruló (rúd) elemeket forgóasztalokon el lehet választani a prizmás vagy egyéb geometriájú elemektől. A geometriai osztályozás azonban még nem elég, szükség van a kémiai összetétel szerinti megbízható elkülönítésre is. A kötelező színkódok bevezetése (mint pl. a Japánban forgalomba hozott elemek esetében) sokat segítene az osztályozásban. Javaslatot tettek egy UI-fényben olvasható kódolásra is, amely ugyancsak megkönnyítené az automatizált osztályozást. Ez lehetővé tenné a kémiai összetétel, a gyártó és a típus feltüntetését is. Egy ilyen rendszer bevezetése azonban az összes gyártó együttműködését feltételezi, ezért nem valószínű, hogy a közeljövőben megvalósítható lesz. Annyi már most is megvalósult, hogy az Európában tevékenykedő nagyobb gyártók UI-fényben leolvasható kódolással jelölik a higanymentes elemeket. Kiegészítőként alkalmaznak képfelismerő rendszereket is, amelyek pl. régebbi elemeket, amelyek nem rendelkeznek UI-jelöléssel, vizuális jegyek alapján Hg-mentes és Hgtartalmú elemekre tudnak szétválasztani. Más esetekben röntgenátvilágítással osztályozzák a használt elemeket. Jelenleg Németországban 6 helyen folyik az elemek válogatása kézi, fél-automatikus vagy teljesen automatikus módszerekkel. Az elválasztási módszereket folyamatosan fejlesztik, és néha kisebb változtatásokkal is jelentősen növelni lehet az elválasztás hatásfokát. A gépsorokat állandóan fejleszteni kell azért is, mert folyton új elemtípusok kerülnek a piacra, és ezek előbb-utóbb bekerülnek a válogató rendszerbe is, tehát a szenzorokat fel kell készíteni az újabb típusok felismerésére is. Kézi válogatás esetén a személyzet felkészültsége és tapasztalata nagyon fontos a végeredmény minősége szempontjából. Az egyik legfejlettebb módszer szerint (a röntgenátvilágításos SORBAREC eljárásban) a kézi előválogatás után az elemeket röntgensugárzással átvilágítják, a kapott képet videokamerával rögzítik, és a válogatásnál kihasználják azt a tényt, hogy a nehezebb (nagyobb rendszámú) elemek (pl. Cd, Pb, Hg) erősebb elnyelést mutatnak, mint a kisebb rendszámúak. Az így nyert adatokat egy adatbankkal összehasonlítva az elemek könnyen és gyorsan azonosíthatók. A válogatósoron, ahol másodpercenként 10 elemet vizsgálnak át, az elemeket sűrített levegővel rögtön 4 frakcióba osztályozzák. Mivel ennél többféle elem létezik, az így kapott frakciókat még további válogatásnak kell alávetni. A cél az, hogy egy-egy nagyobb anyagcsaládot lehetőleg már egyetlen lépésben elkülönítsenek. A végső válogatás után az itt ismertetett rendszerben a következő frakciókat lehet elkülöníteni: nikkel/kadmium, nikkel/fém-hidrid, lítium-primer, lítiumion, higanyos hengerelemek, alkáli/mangán (UI jelöléssel vagy anélkül), cink/szén (UI jelöléssel vagy anélkül), ólom szárazelem, cink/levegő elemek és gombakkumulátorok.
Az osztályozó berendezésben a rúdelemek mellett számos prizmás szerkezetű elemet is el lehet választani. A rendszer kapacitása mintegy 1 t/h, az automatikusan válogatott frakciók tisztasága eléri a 99,75%-ot. A minőségbiztosításhoz és ellenőrzéshez képanalízist használnak.
A használt elemek reciklálása Az alábbiak röviden a Németországban a használt elemek hasznosítására szolgáló technológiákat ismertetik. A hasznosítás egyik célja a környezetre veszélyes szennyezők, elsősorban a nehézfémek környezetbe jutásának megakadályozása. A másik, gazdaságossági szempont a fémek és egyéb hasznosítható anyagok (pl. műanyagok) visszanyerése. Erre jó példa az autók indítómotorjának meghajtására szolgáló ólomakkumulátorok hasznosítása, amit már évtizedek óta gazdaságossági okokból is végeznek. A készülékekben használt elemeknél azonban a visszanyerés helyett a káros anyagok környezetbe jutásának megakadályozása az elsődleges cél. A jelenlegi törvényi szabályozással az ólomakkumulátorokéhoz képest viszonylag friss újrafeldolgozó ágazat jött létre. A rendelkezésre álló technológiákat durván a hidro- és a pirometallurgiai osztályokba lehet sorolni, bár ezek egymással kombinálhatók is. Tisztán mechanikus lépések csak az előkészítés során jöhetnek szóba. A módszerek előnyeit és hátrányait a 3. táblázat foglalja össze. A pirometallurgiai eljárások előnye a nagy reakciósebesség, amely jobb térbeli és időbeli kihasználtságot biztosít. Hátrányuk viszont a kisebb elválasztási hatásfok. A pirometallurgiai eljárásoknál egy oxidos, egy fémes és egy gázfázis képződik, amelyben minden elem és vegyület előfordul, amely egy kémiai egyensúlyban létrejöhet. Az ilyen termékeket tehát felhasználás előtt tovább kell tisztítani, pl. meg kell szabadítani bizonyos szennyező elemektől. A hidrometallurgiai eljárásokkal célzottan ki lehet nyerni egyes elemeket, itt azonban problémát jelenthet a lassúbb reakciósebesség és a bemenő anyag összetételével szembeni érzékenység. Az újrafeldolgozó üzemek között vannak olyanok, amelyek elsődleges tevékenysége a használt elemek és akkumulátorok hasznosítása, de van olyan is, amelynek célja valamilyen egyéb fémkinyerés, és elemekkel csak mellesleg foglalkozik. A második típusba elsősorban a cink- és ólomkitermelésre szakosodott cégek tartoznak. A cinktartalmú (alkáli/mangán, cink/szén és cink/levegő) elemek újrafeldolgozásának legnagyobb akadálya a higanytartalmuk. A higany ugyanis már elég alacsony hőmérsékleten gázfázisba kerül és szennyezi az üzem környezetének levegőjét, vagy nagyon gondos légtisztítást igényel. Erre legmegfelelőbb az aktív szén szűrők használata, amelyeket leggyakrabban szilárd ágyas szűrők formájában alkalmaznak. Sokszor használják azt a technológiát is a higany és egyéb káros anyagok (pl. dioxinok) elválasztására, hogy egy adszorbenst injektálnak a füstgázba, és azt a megkötött anyagokkal együtt később szűrik ki. A környezetvédelmi költségek miatt ezért
egy olyan üzem működtetése, amely higanytartalmú elemeket (is) feldolgoz, sokkal drágább, mint egy csak higanymentes elemekkel dolgozó üzemé. A néhány ppm-nél több higanyt tartalmazó hulladék pedig már higanytartalmúnak minősül. A higanymentes elemekből a cink- vagy fémkinyerés jóval olcsóbb, összemérhető a deponálás (lerakás) költségeivel. 3. táblázat A recikláláshoz használt pirometallurgiai és hidrometallurgiai eljárások összevetése
Előnyök
Pirometallurgia
Hidrometallurgia
– – – –
– a kémiai reakciók tekintetében éles elválasztást biztosít – tiszta termékeket ad – jól szabályozható és optimalizálható, ha a bejövő anyag összetétele egyenletes (pl. nem okoz légszennyezést)
nagy reakciósebesség jó hely- és időkihasználás nagy teljesítmény komplex nyersanyagokra is alkalmazható – kevésbé érzékeny a nyersanyag-összetételre
Hátrányok – kevésbé szelektív az elválasz- – kisebb reakciósebesség, kisebb teljesítmény tás – gyakran szükség van az egyes – érzékeny a nyersanyagok összetételváltozására lépések ismétlésére – deponálási és vízszennyezési problémák – füstgázok, zajos – részben veszélyes hulladékok képződnek
Korábban az akkumulátor- és elemhulladék válogatott frakcióinak legnagyobb részét deponálták, de ezzel a módszerrel a jelenlegi törvény határértékeit nem lehet teljesíteni. A visszaadott elemek Hg-tartalma elég magas ahhoz, hogy gazdaságosan lehessen belőlük kinyerni a fémeket. Korábban a cinkkatódokat higannyal ötvözték, mert az ott gátolta a gázfejlődést, és inhibitorként csökkentette az önkisülés valószínűségét. 1985 óta az európai elemgyártók nagy energiát fektettek a higanytartalom csökkentésébe, 1994 óta pedig gyakorlatilag higanymentes elemeket gyártanak. Az importált készülékekben levő elemekre ez azonban nem szükségképpen igaz, és bizonyos, korábban gyártott elemeket is most hoznak vissza a felhasználók, ezért a hulladék higanytartalma még mindig túl magas. Az európai gyártók ezért saját Hgmentes elemeiket egy UI fényben felismerhető lakkal jelölik, ami megkönnyíti a válogatást, és legalább ennek a frakciónak az olcsóbb újrahasznosítását. A 3. ábra mutatja az elemek higanytartalmának várható alakulását az elmúlt és előttünk álló években.
higanytartalom [ppm]
200–300 ppm
20 ppm
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
év
3. ábra Az elemek higanytartalmának várható alakulása a következő években Példaként következzék egy innovatív, kadmiumtartalmú elemek újrahasznosítására szolgáló pirometallurgiai eljárás, az ACCUREC GmbH RVD eljárása. Az első, 500 t/év kapacitású üzemet 1997-ben helyezték üzembe Ni/Cd akkumulátorok újrafeldolgozására, amelyet 1998-ban 1100 t/évre bővítettek, és a választékot is növelték (Ni/Cd, Ni/MH, valamint Li-telepek). Az eljárás „nyersanyagát” ipari és készülékekből kiszedett Ni/Cd elemek jelentik. A NiMH telepek feldolgozása lényegében a Ni/Cd akkumulátorokkal azonos módon zajlik, csak itt a kadmium helyett a hidrogént távolítják el, mert az zavarná a nemesfém-kitermelést. A Ni/Cd elemek feldolgozásakor a bejövő áru ellenőrzése után esetlegesen utóválogatást végeznek, majd az anyagot pontosan lemérik. A műanyag burkolatot mechanikusan eltávolítják, míg a cellákat közvetlenül a kemencébe juttatják. Ezután vákuumdesztillációt alkalmaznak, és eltávolítják a kadmiumfrakciót, valamint a nikkel/vas hulladékot (4. ábra). A hevítést addig folytatják, amíg a nikkel/vas hulladék el nem éri a vasgyártásban megkövetelt minőséget. Különösen arra kell ügyelni, hogy a maradék Cd-tartalom elég alacsony legyen. Az ACCUREC-nél működő eljárás esetében a maradék Cd-tartalom 5 és 300 ppm között változik. A folyamat során fellépő hőmérséklet- és nyomásváltozásról az 5. ábra tájékoztat. A műanyag burkolattól megszabadított akkumulátor cellákat és a készülékekből kivett Ni/Cd elemeket egy induktíven fűtött kemencébe helyezik, amelyet lezárnak, és a levegőt kiszivattyúzzák. Az
ezt követő elpárolgásra, ill. kondenzációra vákuumban kerül sor, ami nemcsak a véggázok mennyiségét csökkenti, hanem az energiaigényt is, méghozzá jelentős mértékben. Normál légnyomáson a kadmium 767 °C-on párolog el, 1 mbar nyomáson pedig már 400 oC-on az egész fém gőzfázisba kerül. Az RVD eljárás általában 30 mbar nyomáson működik. A hőmérsékleti profilt úgy állítják be, hogy az elektrolit és az előforduló szénhidrogének 100–150 oC között eltávozzanak. Végül a kb. 750 oC-on hozzáadott redukálószer segítségével a kadmium-oxidot redukálják, és a fémkadmiumot kidesztillálják. A vízhűtéses kondenzátorban a kadmiumot kicsapatják, ahol az egy tömböt képez. A kadmium desztillációja mintegy 5 órát, a teljes sarzs feldolgozása kb. 8 órát vesz igénybe. A Ni/Fe hulladék Cd-tartalmát a továbbiakban még erősen csökkenteni kell ahhoz, hogy fel lehessen használni. A vákuum alatti kadmiumkinyerés nemcsak az energiafelhasználásban, hanem a melléktermékként keletkező füstgázok mennyiségében is előnyt jelent a normál nyomáson vezetett eljárásokkal szemben. A szűrőkön kezelt füstgáz mennyisége mindössze 70 l/h, ami nagyon kevés, és nem tartalmaz sem kadmiumot, sem higanyt, sem dioxinokat. A fenti környezetvédelmi előnyök miatt ezt az eljárást a hatóságok igen kedvezően ítélik meg.
Cd, Zn, Hg, Pb
indukciós kemence
vákuumszivattyúk
kondenzátor
kondenzált kadmium
4. ábra A Ni/Cd elemek reciklálására kidolgozott RVD eljárás vázlata
hőmérséklet (T) nyomás (P)
kadmium
hőmérséklet elektrolit szénhidrogének
nyomás
betöltés
RVD eljárás
Idő (t)
5. ábra Az RVD eljárás során fellépő hőmérsékletés nyomásváltozás Az RVD eljárást válogatott kiindulási nyersanyagokra dolgozták ki, ahol a kitermelt kadmiumot a későbbiekben újra fel is akarják használni a termelésben. Ezt az eljárást még a cink jelenléte is zavarhatja, mert a cink alacsonyabb forráspontja miatt elpárolog, és a gőzfázisban marad, amikor a Cd kondenzál. Ahhoz, hogy a nagy tisztaságú kadmiumot egyáltalán piacra lehessen vinni, tovább kellene tisztítani (pl. a Zn-szennyeződésektől), ami azonban a mai Cdárak mellett nem gazdaságos. Az RVD eljárás költségeit a reciklálás termékeinek (a Ni/Fe hulladék és a fém Cd) az értékesítési ára egyelőre nem fedezi, ezért a beszállítóknak feldolgozási díjat kell fizetniük. Amellett azonban, hogy értékes nyersanyagokat is visszanyerünk, az újrafeldolgozás még mindig sokkal olcsóbb, mint a veszélyes hulladékként történő deponálás (amit a Cdtartalom tesz szükségessé), mert az 200–255 euró/t költséggel jár, a reciklálás ennél jóval olcsóbb.
A rendelkezésre álló módszerek és berendezések értékelése Az újrafeldolgozási (és egyéb) technológiák környezetvédelmi szempontból történő értékelésére a Német-Francia Környezetvédelmi Kutatóintézet (DFIU) kidolgozott egy szisztematikus eljárást. Az első szűrés alkalmával azt vizsgálják, hogy egy adott eljárás megfelel-e az előírt környezetvédelmi határértékeknek. Ha nem, és a közeljövőben ezt nem is tudja műszaki fejlesztés révén teljesíteni, azonnal ki kell zárni a további vizsgálatból. Ha a technológiának nincs semmilyen negatív környezeti hatása, vagy ha nem létezik vele kapcsolatban műszaki alternatíva, akkor az rögtön a „legjobb” kategóriába kerül. A többit az alábbi kritériumok szerint kell megvizsgálni. Az egyik fontos szempont az eljárás gazdaságossága a deponáláshoz képest. Ezt követően vizsgálni kell az anyag- és energiamérleget, amelyek ugyancsak hatással vannak a gazdaságosságra. Ezt az analízist az elemek és akkumulátorok újrafeldolgozása területén még nehéz elvégezni, mert a piacon szereplő cégek az erős versenyhelyzet miatt nem szívesen szolgáltatnak részletes adatokat az általuk alkalmazott módszerről vagy annak gazdaságosságáról, ezért sokszor becslésekre kell hagyatkozni. Ha az anyag- és energiamérleg alapján nem lehet besorolni a technológiákat, akkor azt kell megvizsgálni, hogy az eljárás során keletkező anyagoknak milyen környezeti hatásuk van, és ezekből kell egységes képet alkotni. Ha ezek alapján a szakemberek egyetértésre tudnak jutni, az eljárás végéhez ért. Ha nem, további szakértői vitákra és egyeztetésekre van szükség a rendelkezésre álló emissziós adatok alapján. Az egyes anyagokhoz súlyozási faktorokat kell rendelni (pl. az anyagok veszélyessége, a határértékekhez viszonyított koncentrációja stb. alapján), hogy egységes, összehasonlítható értékeket kapjunk.
Következtetések és távlatok Az elemek és akkumulátorok piaca a mobil berendezések terjedése miatt folyamatosan nő. Ezért annak ellenére, hogy a modernebb elemtípusok százalékosan nagyobb piaci részesedést érnek el, a hagyományos (pl. Ni/Cd) elemek abszolút mennyisége nem csökken jelentős mértékben. Mivel a begyűjtés hatásfoka mindössze 30% körüli, ez könnyen oda vezethet, hogy a veszélyes anyagokat tartalmazó elemek forgalmazását be fogják tiltani. A hasznosítás és újrafeldolgozás kulcskérdése a gazdaságos és hatékony válogatás, mert gazdaságos módszereket csak homogén kiindulási anyagokra lehet kidolgozni. A garantáltan Hg-mentes, Zn-tartalmú hulladékot csőkemencében vagy ívkemencében acélgyártásra alkalmassá lehet tenni, a Hg-tartalmú elemek esetében azonban drágább eljárásokra van szükség. Az eddigi eredményekből az alábbi következtetések vonhatók le:
– Bizonyos speciális Li-elemek kivételével minden gyakran előforduló elem- és akkumulátortípushoz rendelkezésre áll valamilyen hasznosítási módszer. – A válogatott nyersanyagok esetében mindig igaz, hogy a válogatás minőségének javulásával javul a reciklált végtermékek minősége is, és csökken a nemkívánatos melléktermékek képződésének valószínűsége. – A kibocsátott károsanyag-tartalom általában kisebb az olyan üzemek esetében, amelyek csak akkumulátorok és elemek reciklálásával foglalkoznak, mint az olyan üzemekben, ahol az akkumulátorhulladékot csak „mellesleg” dolgozzák fel. Ezért az ilyen hulladékot célszerű speciális újrafeldolgozó üzemekben kezelni, és együttes hasznosításra csak akkor kerülhet sor, ha a kombinált újrafeldolgozó üzem kibocsátási normái ugyanolyan szigorúak a teljes anyagrendszerre, mint amit akkumulátorhulladékok újrafeldolgozása esetében a hatóságok előírnak. – A Hg-mentes alkáli/mangán, cink/szén és cink/levegő elemek esetében számos olyan újrahasznosítási módszer áll rendelkezésre, amely olcsóbb, mint a veszélyes anyagként való deponálás. Mivel a német háztartásokból kidobott elemek egyre nagyobb része Hg-mentes, és az UIjelölés miatt jól szétválogatható, egyre kisebb százalékot kell majd veszélyes hulladékként tárolni. – A speciálisan akkumulátorok és elemek újrafeldolgozására kifejlesztett eljárások gazdaságosság szempontjából is hatékonyabbak, mint azok, amelyeket csak „mellesleg” alkalmaznak ilyen hulladékokra. A többször használatos elemek esetében a hasznosítás költsége csak töredéke az eredeti piaci értéknek, de még a primer elemek esetében is olcsóbb a hasznosítás, mint a veszélyes anyagként való deponálás. A gazdaságosság alapvető feltétele azonban a Hg-tartalmú és a Hg-mentes elemek teljes elkülönítése. – Jelenleg van kialakulóban a használt elemek begyűjtési módjának optimális rendszere. Kialakult annak a gyakorlata, hogy hány begyűjtő helyre, és milyen távolságban érdemes elhelyezni egy-egy válogató üzemet, melyek az optimális szállítási távolságok a válogatás és a reciklálás tekintetében. Ha a begyűjtött elemek és akkumulátorok száma növekszik, valószínűleg gazdaságosabb lesz újabb feldolgozó egységeket létesíteni, mint a meglevők kapacitását növelni – ezzel is csökken a szállítási költség. (Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes) Scultmann, F.; Engels, B.; Rentz, O.: Stand und Perspektiven der Rücknahme und Verwertung von Batterien. = Müll und Abfall, 34. k. 8. sz. 2002. p. 456–469. Howerton, B. S.: Chemical precipitation of lead from lead battery recycling plant wastewater. = Indian Engineering Chemical Research, 41. k. 6. sz. 2002. márc. 20. p. 1579–1782.
Röviden… Az újrahasznosított király A Trafalgár tér London szívében a főváros legismertebb turistalátványossága. A tér a galambseregen kívül Nelson tengernagy bronzszobráról ismert, aki a spanyol partok mellett aratott 1805-ös trafalgári győztes tengeri csata hadvezére volt. Az 5 m magas alak 45 m magas oszlopon áll a tér közepén, ezért hívják egy szóval Nelson oszlopnak. Négyszögletes talpazatán lévő bronz domborműve csatarészleteket ábrázol. A domborművet a trafalgári csatában zsákmányolt francia és spanyol ágyúkból öntötték. Ez azonban nem az egyetlen és nem is a legérdekesebb műalkotás a téren, mert annak I. Károly király 1633-ban készült, a Nelson oszlop árnyékában álló lovas szobor számít, amelyet a maga nemében a világ egyik legszebb alkotásának tartanak. I. Károly uralkodása sok viszályt, majd polgárháborút okozott a parlamentpártiak és a nemesek között. A királyt 1640-ben bebörtönözték, megkínozták és nyilvánosan lefejezték. Szobrát lebontották, és John Rivett fémkereskedőt bízták meg a beolvasztással, ő azonban fáradságos munkával elásta kertjében, álcázásul bronz gyertyatartók és ágymelegítők öntésébe kezdett, s ezekből emléktárgyként 10-szer annyit adott el, mint amenynyi a szoborból kitelt volna. Nos Cromwell és a parlamenti párt 11 évig irányította Angliát. Cromwell halála után a birodalom gyorsan szétesett. A zűrzavart megelőzendő, a hadsereg visszahívta a kivégzett király fiát a száműzetésből. II. Károlyt királlyá koronázták, hogy állítsa vissza a rendet. Rivett, az idősödő, de még mindig jó kiállású fémkereskedő csinos öszszegért egy bronzszobrot ajánlott az új királynak. II. Károly fizetett, és London földrajzi középpontjában, a Charing Crosson új alapot épített apja lovasszobrának. Napjainkban a szobor körül zajos autóforgalom nyüzsög. A környék felújításra van kijelölve, és a tervezett sétatér középpontjában I. Károly szobra áll majd. Ha a recikláló szakmából valaki Londonban jár, feltétlenül látogasson el az öreg királyhoz, mert vitathatatlanul ő az újrahasznosítók királya. (Scrap, 59.k. 6.sz. 2002 nov./dec. p.67.)
