i̇tü dergisi-e

Çevre İklim ve Sürdürülebilirlik

2822-4639

İstanbul Teknik Üniversitesi

Waste Management, Reduction, Reuse and Recycling

Atık Yönetimi, Azaltma, Yeniden Kullanım ve Geri Dönüşüm

Türkiye’de Elektrikli Araçlarda Kullanılan Tahrik Bataryalarına Yönelik Geri Dönüşüm Yaklaşımları

https://orcid.org/0000-0003-3857-5689

Topal

Orhan

Aselsan

07 09 2024

25 1 37 46 03 14 2024 06 25 2024

2022

Çevre İklim ve Sürdürülebilirlik

Dünya genelinde artan elektrikli araç kullanımı, tasarımındaki en önemli alt bileşen olan yüksek gerilim tahrik bataryalarına olan ihtiyacı arttırmaktadır. Bu durumun, elektrikli araç tahrik bataryalarına yönelik ikincil ömür ve geri dönüşüm yaklaşımlarını geliştirerek, yakın gelecekte batarya endüstrisinin muhtemel çevresel etkilerine ve alt bileşenlerine yönelik hammadde tedarikine doğrudan katkı sunması beklenilmektedir. Satista tarafından yayınlanan bir raporda, otomotiv endüstrisindeki yaşanılan eksen kayması ile birlikte 2025 yılına kadar bataryalı elektrikli araçlar için 45 kWh, plug in hibrit elektrikli araçlarda ise 11 kWh ortalama batarya kapasitesine ulaşılacağı belirtilmiştir. Elektrikli araçlarda kullanılan tahrik bataryalarının başta kullanım ömürleri boyunca maruz kaldıkları nominalin dışındaki çalışma koşulları olmak üzere belirlenen yaşam döngüsüne esas şarj/deşarj sayılarının artması, şarj/deşarj döngüsündeki maksimize kullanım vb. hususlar, performans eğrilerinde yıllara sâri azalmalara sebep olmaktadır. Elektrikli araçlarda kullanılan tahrik bataryaları için toplam kullanılabilir kapasitenin %80'ini koruması ve 24 saatlik bir zaman dilimi içinde en fazla %5'lik deşarj oranı (kullanılmaksızın), kullanılabilir yaşam döngüsü için belirleyici kriterler olarak nitelendirilmektedir. Türkiye’de 2023 Eylül itibari ile trafiğe kayıtlı M1, M2 ve M3 sınıfı elektrikli araçların toplam sayısı 248.756 adet olup, söz konusu bu araçların takribi 4,52 GWh’lik batarya kapasitesine sahip olduğu öngörülmektedir. Bu çalışma ile Türkiye ölçeğinde de elektrikli araç tahrik bataryalarının ikincil kullanımları sonrasını esas alan, geri dönüşüm yaklaşımları ön plana çıkarılmıştır. Bu yaklaşımlar, ikincil ömür uygulamaları sonrası için uygulanabilecek yeni bir konsept ve beraberinde ihtiyaç duyulacak yeni bir iş kolu olarak değerlendirilmektedir. Bununla birlikte hammadde ve emtia fiyatlarındaki dalgalanmalar, jeopolitik durumlar ve uluslararası düzenlemeler nikel, manganez ve kobalt gibi yüksek katma değere sahip, yeni nesil batarya üretimleri için kullanılacak baz hammaddeler için geri dönüşümü daha da önemli kılmaktadır.

elektrikli araçlar tahrik bataryalarında geri dönüşüm hidrometalurji ve pirometalurji yöntemleri.

Barré, A., Deguilhem, B., Grolleau, S., Gérard, M., Suard, F., & Riu, D. (2013). A review on lithium-ion battery ageing mechanisms and estimations for automotive applications. Journal of power sources, 241, 680-689.

Basia, A., Simeu-Abazi, Z., Gascard, E., & Zwolinski, P. (2021). Review on State of Health estimation methodologies for lithium-ion batteries in the context of circular economy. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 32, 517-528.

Beaudet, A., Larouche, F., Amouzegar, K., Bouchard, P., & Zaghib, K. (2020). Key challenges and opportunities for recycling electric vehicle battery materials. Sustainability, 12(14), 5837.

Bloomberg New Energy Finance Global Electric Vehicle Outlook 2024 Report, Bloomberg New Energy Finance, 2024.

Breiter A., Linder M., Schuldt T., Siccardo G, and Vekić N. (2023) Battery recycling takes the driver’s seat, McKinsey Battery Insights,

Catton, J. W., Walker, S. B., McInnis, P., Fowler, M., Fraser, R. A., Young, S. B., & Gaffney, B. (2019). Design and analysis of the use of re-purposed electric vehicle batteries for stationary energy storage in canada. Batteries, 5(1), 14.

Cheng, Y., Xiao, X., Pan, K., & Pang, H. (2020). Development and application of self-healing materials in smart batteries and supercapacitors. Chemical Engineering Journal, 380, 122565.

Dubarry, M., Qin, N., & Brooker, P. (2018). Calendar aging of commercial Li-ion cells of different chemistries–A review. Current Opinion in Electrochemistry, 9, 106-113.

Dunn, J. B., Gaines, L., Kelly, J. C., James, C., & Gallagher, K. G. (2015). The significance of Li-ion batteries in electric vehicle life-cycle energy and emissions and recycling's role in its reduction. Energy & Environmental Science, 8(1), 158-168.

Engel, H., P. Hertzke and G. Siccardo (2019), “Second-life EV batteries: The newest value pool in energy storage”, McKinsey & Company Insights, McKinsey & Company, https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/second-life-ev-batteries-the-newest-value-pool-in-energy-storage (accessed on 27 October 2023).

Fleischmann, J., Hanicke, M., Horetsky, E., Ibrahim, D., Jautelat, S., Linder, M., ... & van de Rijt, A. (2023). Battery 2030: Resilient, sustainable, and circular. McKinsey & Company, 2-18.

Foster, M., Isely, P., Standridge, C. R., & Hasan, M. M. (2014). Feasibility assessment of remanufacturing, repurposing, and recycling of end of vehicle application lithium-ion batteries. Journal of Industrial Engineering and Management (JIEM), 7(3), 698-715.

Gao, Z., Xie, H., Yang, X., Zhang, L., Yu, H., Wang, W., ... & Chen, S. (2023). Electric vehicle lifecycle carbon emission reduction: A review. Carbon Neutralization, 2(5), 528-550.

Garg, A., Wei, L., Goyal, A., Cui, X., & Gao, L. (2019). Evaluation of batteries residual energy for battery pack recycling: Proposition of stack stress-coupled-AI approach. Journal of Energy Storage, 26, 101001.

Gohlke, D. and M. Cribioli, 2021. “Distributions of Real-World Vehicle Travel:Variations in vehicle scrappage by powertrain and size class”, unpublished manuscript, Argonne National Laboratory, Argonne, IL, September

Júnior, C. A. R., Sanseverino, E. R., Gallo, P., Koch, D., Kotak, Y., Schweiger, H. G., & Zanin, H. (2023). Towards a business model for second-life batteries–barriers, opportunities, uncertainties, and technologies. Journal of Energy Chemistry.

Kettner, C., & Wretschitsch, E. (2023). Taxes and subsidies in EU energy policy: Fit for 55? (No. 656). WIFO Working Papers.

Lai, X., Yao, J., Jin, C., Feng, X., Wang, H., Xu, C., & Zheng, Y. (2022). A review of lithium-ion battery failure hazards: Test standards, accident analysis, and safety suggestions. Batteries, 8(11), 248.

Larouche, F., Tedjar, F., Amouzegar, K., Houlachi, G., Bouchard, P., Demopoulos, G. P., & Zaghib, K. (2020). Progress and status of hydrometallurgical and direct recycling of Li-ion batteries and beyond. Materials, 13(3), 801.

Lin, Y., Yu, Z., Wang, Y., & Goh, M. (2023). Performance evaluation of regulatory schemes for retired electric vehicle battery recycling within dual-recycle channels. Journal of Environmental Management, 332, 117354.

Martel, F., Dubé, Y., Kelouwani, S., Jaguemont, J., & Agbossou, K. (2016). Long-term assessment of economic plug-in hybrid electric vehicle battery lifetime degradation management through near optimal fuel cell load sharing. Journal of Power Sources, 318, 270-282.

Melin, H. E. (2019). State-of-the-art in reuse and recycling of lithium-ion batteries–A research review. Circular Energy Storage, 1, 1-57.

O. Topal and Y. Ateş, "Innovative Financial Approaches for Procurement on Electric Buses in Sustainable Public Transportation Systems," 2021 10th International Conference on Power Science and Engineering (ICPSE), Istanbul, Turkey, 2021, pp. 41-49, doi: 10.1109/ICPSE53473.2021.9656868.

Regulation (EU) 2023/851 of the European Parliament and of the Council. of 19 April 2023 amending Regulation (EU) 2019/631 as regards the strengthening of CO₂ emission performance standards for new passenger cars and new light commercial vehicles

SSANGYONG Türkiye Yetkili Distribütörü, Şahsuvaroğlu Dış Tic. Ltd. Şti TORRES EVX Batarya Garanti Kapsamı https://www.ssangyong.com.tr/satis-sonrasi/garanti Sloop, S. E., Trevey, J. E., Gaines, L., Lerner, M. M., & Xu, W. (2018). Advances in direct recycling of lithium-ion electrode materials. ECS Transactions, 85(13), 397.

T.C. Ticaret Bakanlığı, AB Batarya Mevzuatı, AB Döngüsel ve Sürdürülebilir Sanayi Politikaları erişim linki: https://ticaret.gov.tr/dis-iliskiler/yesil-mutabakat/avrupa-yesil-mutabakati

Topal, O. (2019a) Türkiye Toplu Ulaşım Sisteminde Elektrikli Otobüsler. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 2019; 15:155–167.

Topal, O. (2019b) Türkiye Toplu Ulaşım Sisteminde Elektrikli Otobüsler. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi; 15:155–167.

Topal, O. (2024). Elektrikli Araçlarda Kullanılan Yüksek Gerilim Tahrik Bataryaları için Performans ve Garanti Koşullarının İşletilmesine Yönelik Kullanılabilecek Yenilikçi Bir Yaklaşım (TürkPatent Başvurusu)

Toro, L., Moscardini, E., Baldassari, L., Forte, F., Falcone, I., Coletta, J., & Toro, L. (2023). A Systematic Review of Battery Recycling Technologies: Advances, Challenges, and Future Prospects. Energies, 16(18), 6571.

Turkiye Statistical Institute Electric and Hybrid Cars Registered in Traffic. Available online: www.tuik.gov.tr (accessed on 09 May 2024).

Volkswagen Group EV Battery Recycling Available online: https://www.youtube.com/watch?v=LABwwX960mk accessed on 18 November 2023).

Wikner, E., & Thiringer, T. (2018). Extending battery lifetime by avoiding high SOC. Applied Sciences, 8(10), 1825.

Xu, P., Dai, Q., Gao, H., Liu, H., Zhang, M., Li, M., ... & Chen, Z. (2020). Efficient direct recycling of lithium-ion battery cathodes by targeted healing. Joule, 4(12), 2609-2626.

Ying-hao, X., Yu, H. J., & Li, C. D. (2014). Present situation and prospect of lithium-ion traction batteries for electric vehicles domestic and overseas standards. In 2014 IEEE Conference and Expo Transportation Electrification Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific).

Zhang, G., Yuan, X., Tay, C. Y., He, Y., Wang, H., & Duan, C. (2023). Selective recycling of lithium from spent lithium-ion batteries by carbothermal reduction combined with multistage leaching. Separation and Purification Technology, 314, 123555.

Zhang, Y., Zheng, X., Wang, N., Lai, W. H., Liu, Y., Chou, S. L., ... & Wang, Y. X. (2022). Anode optimization strategies for aqueous zinc-ion batteries. Chemical Science, 13(48), 14246-14263.

Zou, H., Gratz, E., Apelian, D., & Wang, Y. (2013). A novel method to recycle mixed cathode materials for lithium ion batteries. Green Chemistry, 15(5), 1183-1191.