Opracowanie zajmuje się odpadami z grupy 16 06, czyli bateriami i akumulatorami. Akumulatory elektryczne i baterie galwaniczne mogą występować zarówno w postaci wielko-, jak i małogabarytowej. Są one produktami, które po zużyciu stają się odpadami o charakterze niebezpiecznym. Ze względu na wysoki poziom rozproszenia miejsc powstawania tych odpadów, szczególnie trudna jest kontrola ich właściwego gromadzenia oraz przetwarzania.
Powszechną praktyką jest przenikanie zużytych baterii i akumulatorów, szczególnie małogabarytowych, do strumienia odpadów komunalnych i w rezultacie deponowanie ich na składowiskach komunalnych. Zużyte baterie i akumulatory (oprócz ewidentnych cech charakteryzujących je jako odpady niebezpieczne) posiadają znaczą wartość surowcową. Poddane procesom odzysku mogą stanowić znaczne zasoby ochraniające naturalne złoża surowcowe.
Ustawodawstwo
Podstawowym aktem prawnym obowiązującym na terenie całej Unii Europejskiej jest dyrektywa 2006/66/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 6 września 2006 r., wprowadzająca mechanizmy skuteczniejszej i pełniejszej ochrony środowiska przed negatywnym oddziaływaniem zużytych baterii i akumulatorów. W dyrektywie określone zostały wskaźniki zbierania (collection targets). Zgodnie z zapisami art. 10.2b do 26 września 2016 r., państwa członkowskie muszą osiągnąć minimalne poziomy zbierania w ilości 45%.
Dyrektywa przewiduje zakaz wprowadzania do obrotu wszystkich baterii i akumulatorów, które zawierają powyżej 0,0005% wagowo rtęci lub 0,002% wagowo kadmu (art. 4.1.a i b), z wyłączeniem (art. 4.2.) ogniw guzikowych o zawartości rtęci nie wyższej niż 2% wagowo. Powyższych zakazów nie stosuje się do baterii i akumulatorów przenośnych przeznaczonych do użytku w systemach awaryjnych i alarmowych, sprzęcie medycznym oraz bezprzewodowych narzędziach elektrycznych. W dyrektywie określono również wymagania dla prowadzących przetwarzanie i recykling zużytych baterii i akumulatorów poprzez osiągnięcie konkretnych poziomów wydajności recyklingu, które odnoszą się do stosownych technologii i instalacji. Do 26 września 2011 r. poziom recyklingu miał wynosić 65% dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych, 75% dla akumulatorów niklowo-kadmowych i 50% dla innych zużytych baterii i akumulatorów.
Wdrożenie dyrektywy nastąpiło poprzez wprowadzenie nowych regulacji prawnych. Ustawą, która obowiązuje w Polsce, jest ustawa z 24 kwietnia 2009 r. (Dz.U. 2009, nr 79, poz. 666) o bateriach i akumulatorach. Określa ona (art. 1):
- wymagania dotyczące wprowadzanych do obrotu baterii i akumulatorów;
- zasady wprowadzania do obrotu baterii i akumulatorów;
- zasady zbierania, przetwarzania, recyklingu i unieszkodliwiania zużytych baterii i zużytych akumulatorów.
Ustawa o bateriach i akumulatorach wprowadza na podstawie art. 33 ust. 2 roczne poziomy zbierania zużytych baterii przenośnych i zużytych akumulatorów. W rozporządzeniu ministra środowiska z 3 grudnia 2009 roku (Dz.U. 2009 nr 215, poz. 1671) w art. 1, pt. 5–7 określono, iż w roku 2014 – poziom zbierania zużytych baterii przenośnych i zużytych akumulatorów przenośnych ma wynosić 35%, w 2015 – 40%, zaś w 2016 r. i kolejnych latach – 45%.
Na podstawie art. 40.2 Ustawy o bateriach i akumulatorach (Dz.U. 2009, nr 79, poz. 666) w rozporządzeniu ministra środowiska z dnia 3 grudnia 2009 r. w sprawie stawki opłaty produktowej (Dz.U. 2009, nr 215, poz. 1672) określono wysokość opłaty produktowej dla zużytych baterii przenośnych i akumulatorów przenośnych na poziomie 9 zł/kg.
Opłata depozytowa jest pobierana przy sprzedaży detalicznej akumulatorów kwasowo-ołowiowych jako osobnych produktów. Jej zwrot następuje po przekazaniu zużytego akumulatora sprzedawcy detalicznemu tych akumulatorów lub do punktu systemu zbiórki zużytych akumulatorów zorganizowanego przez przedsiębiorcę. Stawka opłaty depozytowej zgodnie z rozporządzeniem ministra środowiska 7 lipca 2010 r. w sprawie stawek opłaty depozytowej (Dz.U. 2010, nr 130, poz. 882) wynosi 30 zł za sztukę baterii samochodowej kwasowo-ołowiowej i akumulatora samochodowego kwasowo-ołowiowego oraz 35 zł za sztukę baterii przemysłowej kwasowo-ołowiowej oraz akumulatorów przemysłowych kwasowo-ołowiowych.
Podział ogniw galwanicznych
Ogniwa elektrochemiczne są układem dwóch różnych elektrod zanurzonych w tym samym lub innym elektrolicie albo dwóch jednakowych elektrod zanurzonych każda w innym elektrolicie. Graniczą one ze sobą w taki sposób, że przy zapewnieniu przewodnictwa jonowego i po połączeniu obu elektrod przewodnikiem możliwa jest wymiana elektronów. Zatem działanie ogniwa galwanicznego polega na zamianie energii chemicznej na energię elektryczną. Powstałe w wyniku utleniania anody elektrony zasilają zewnętrzny odbiornik energii, a następnie powracają do ogniwa, gdzie biorą udział w reakcji redukcji katody.
Ogniwa galwaniczne można podzielić w różnoraki sposób. Jednym z najpopularniejszych sposobów jest podział na:
- ogniwa pierwotne (baterie),
- ogniwa odwracalne (akumulatory),
- ogniwa paliwowe.
- kształt i rozmiar (cylindryczne np. R6, R14, R20; płytkowe np. F15, F20, F30; prostokątne-pryzmatyczne np. S4, S6, S8, S10),
- zastosowanie (ogniwa małogabarytowe stosowane do zasilania urządzeń przenośnych, w motoryzacji i przemyśle),
- rodzaj materiału elektrodowego anody i katody (cynkowe, manganowe, niklowe, kadmowe, litowe).
Skład ogniw galwanicznych zmienia się w sposób niezwykle szybki. Ze względu na coraz ostrzejsze normy producenci baterii i akumulatorów zostali zmuszeni do zmian technologicznych. W tabeli 1 zamieszczono główne charakterystyki trzech typów ogniw.
Poniżej zamieszczono diagramy (rys. 1–3) ułatwiające przeanalizowanie składu chemicznego poszczególnych ogniw.
Akumulatory niklowo-wodorkowe powoli zaczęły zastępować technologie niklowo-kadmowe. Ich główną zaletą jest fakt, że w akumulatorach o tych samych rozmiarach można uzyskać prawie trzykrotnie większą gęstość energii. Poza tym zawierają one mniejszą ilość toksycznych metali i łatwiej ulegają procesom recyklingu. Akumulatory litowo-jonowe mają wysoką gęstość energii oraz mały ciężar. Są powszechnie stosowane w urządzeniach elektronicznych takich jak laptopy. Stanowią perspektywiczne źródło zasilania dla samochodów elektrycznych.
Metody odzysku i recyklingu
Proces recyklingu baterii i akumulatorów uzależniony jest od tego, z jakim materiałem mamy do czynienia. W zależności od tego, czy mamy do czynienia z ogniwem jednego typu czy z mieszaniną ogniw, procesy recyklingu (odzysku materiałów ze zużytych elektrochemicznie źródeł prądu) mogą odbywać się według trzech podstawowych metod – tabela 3. W tabeli 3 zamieszczono efektywność procesu odzysku z podziałem na ogniwa NiCd, NiMH oraz LiFePO4.
Zakłady unieszkodliwiania akumulatorów ołowiowych
Zużyte akumulatory ołowiowe poddawane są procesom technologicznym mającym na celu odzysk zawartego w nich ołowiu i kwasu siarkowego. W Polsce istnieją dwa duże zakłady, które zajmują się przerobem zużytych akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Obydwa te zakłady zlokalizowane są na terenie województwa śląskiego: w Bytomiu – Orzeł Biały SA, którego moc przerobowa wynosi 100 tys. Mg złomu akumulatorowego oraz w Świętochłowicach – Baterpol SA z mocą przerobową 70 tys. Mg.Moce przerobowe Baterpol SA pozwalają na odzyskanie (Bendkowski J., Wengierek M., 2004; Pyssa J., 2006):
- 17 500 Mg ołowiu metalicznego,
- 28 500 Mg pasty ołowiowej,
- 3 500 Mg polipropylenu,
- 700 Mg odpadów żelaznych,
- 1400 Mg elektrolitu, przy przerobie 70 000 Mg złomu akumulatorowego rocznie.
Technologia recyklingu akumulatorów kwasowo-ołowiowych
W firmie Baterpol występują trzy główne procesy technologiczne (Bendkowski J., Wengierek M., 2004; Pyssa J., 2006):
- segregacja złomu akumulatorowego,
- przerób ołowiu w krótkim piecu obrotowym,
- rafinacja ołowiu.
W procesie recyklingu zużytych akumulatorów kwasowo-ołowiowych powstaje wiele produktów mających wartość handlową. Należą do nich ołów, polipropylen oraz pasta ołowiowa.
Ilość (w % wagi akumulatora) odzyskanych surowców wtórnych z jednego akumulatora kwasowo-ołowiowego zamieszczono na rys. 5, natomiast uzysk składników w przeliczeniu na 1 Mg tych akumulatorów na rys. 6.
Ceny skupu surowców z przetwarzania zużytych akumulatorów
Dzięki zastosowaniu odpowiednich technologii przerobu zużytych akumulatorów obydwie firmy działające na rynku polskim mogą sprzedawać cztery poszukiwane surowce o wysokim stopniu czystości: ołów rafinowany i jego stopy (kupują je zwłaszcza producenci akumulatorów), gotowe wyroby walcowane z ołowiu (np. wszelkiego typu obciążniki czy przeciwwagi), siarczan sodu stosowany do produkcji detergentów oraz w przemyśle szklarskim, papierniczym i tekstylnym, a także polipropylen – jedno z bardziej wartościowych tworzyw sztucznych na rynku.
Ceny skupowanego złomu uzależnione są od wysokości notowań ołowiu na Londyńskiej Giełdzie Metali. W związku z wahaniami kursów LME w ciągu roku może dochodzić do dużych zmian tych cen.
W tabeli 5 zamieszczono ceny ołowiu (USD/Mg) na podstawie notowań Londyńskiej Giełdy Metali.
Natomiast na rys. 7 przedstawiono kształtowanie się cen sprzedaży ołowiu w okresie od 25.03.2013 do 25.03.2014, na podstawie notowań Londyńskiej Giełdy Metali.
Jak można zaobserwować, zmiana cen w tak niedługim okresie czasu jest bardzo duża. Rozbieżność między minimalną ceną sprzedaży ołowiu (1 949,0 USD/Mg) a maksymalną (2 259 USD/Mg) wynosi aż 310 USD/Mg.
Podsumowanie
Aktualne przepisy prawne wymuszają na przedsiębiorcach (producentach oraz importerach) baterii i akumulatorów obowiązek ich odzysku i recyklingu jako odpadu poużytkowego w ilości wynikającej z ustalonego wskaźnika odzysku. Wydaje się, że ustawowo wyznaczone poziomy odzysku oraz recyklingu wprowadzonych na rynek baterii i akumulatorów zostaną osiągnięte. Recykling zużytych akumulatorów ma na celu nie tylko zmniejszenie zalegających na wysypiskach odpadów, ale przede wszystkim ograniczenie zużycia nieodnawialnych zasobów surowców naturalnych. Problemem pozostaje system zbiórki oraz transportu baterii i akumulatorów, w szczególności tych, które powstają u małych oraz średnich wytwórców. Poważnym problemem logistycznym, ze względu na nieekonomiczność procesu zbierania, czasowego przechowywania oraz transportu są odpady powstające w dużym rozproszeniu tzn. w gospodarstwach domowych, rolnictwie, małych zakładach samochodowych.
Praca finansowana w ramach badań statutowych nr 11.11.210.213 na Wydziale Energetyki i Paliw AGH.
Literatura:
Bendkowski J., Wengierek M., 2004 – Logistyka odpadów, t.2. Obiekty gospodarki odpadami. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
Mudgal S., Le Guern Y., Tinetti B., Chanoine A., Pahal S., Witte F., 2011 – Comparative Life-Cycle Assessment of nickel-cadmium (NiCd) batteries used in Cordless Power Tools (CPTs) vs. their alternatives nickel-metal hydride (NiMH) and lithium-ion (Li-ion) batteries. Final report. 07.0307/2010/573669/ETU/C2. BIO Intelligence Service, 15 December 2011.
Pyssa J., 2006 — Gospodarka odpadami przemysłowymi na przykładzie odzysku ołowiu ze zużytych akumulatorów. Gospodarka Surowcami Mineralnymi. Wydawnictwo IGSMiE PAN. Kraków. Tom 22. Zeszyt 2, s. 15–26.
Pyssa J., 2007 — Uwarunkowania prawne, organizacyjne i techniczne postępowania z zużytymi bateriami i akumulatorami. Problemy ekologii. Wydawnictwo GWSP Mysłowice. vol. 11, nr 4, lipiec-sierpień, s. 194–198.
Dyrektywa 2006/66/WE Parlamentu Europejskiego i Rady 6 września 2006 r. w sprawie baterii i akumulatorów oraz zużytych baterii i akumulatorów oraz uchylająca dyrektywę 91/157/EWG.
Ustawa o bateriach i akumulatorach z dnia 24 kwietnia 2009 r. ( Dz.U. 2009, nr 79, poz. 666) z późniejszymi zmianami (2013 r. poz. 21).
Rozporządzenie ministra środowiska w sprawie katalogu odpadów 27 września 2001 r. (Dz.U. nr 112, poz. 1206).
Rozporządzenie ministra środowiska z 3 grudnia 2009 r. w sprawie rocznych poziomów zbierania zużytych baterii przenośnych i zużytych akumulatorów (Dz.U. 2009 nr 215, poz. 1671).
Rozporządzenieministra środowiska 3 grudnia 2009 r. w sprawie stawki opłaty produktowej (Dz.U. 2009, nr 215, poz.1672).
Rozporządzenieministra środowiska 7 lipca 2010 r. w sprawie stawek opłaty depozytowej (Dz.U. 2010,
nr 130, poz. 882).
Rozporządzenie ministra środowiska z dnia 19 kwietnia 2011 r. w sprawie sposobu obliczania poziomów wydajności recyklingu zużytych baterii kwasowo-ołowiowych i zużytych akumulatorów kwasowo-ołowiowych (Dz.U. 2011, nr 92, poz. 536).
Zintegrowane Zapobieganie i Ograniczanie Zanieczyszczeń (IPPC) – Dokument Referencyjny BAT dla najlepszych dostępnych technik w produkcji metali nieżelaznych, Grudzień 2001.
Internet:
Wirtualny Nowy Przemysł – notowania giełdowe: http://hutnictwo.wnp.pl/notowania/metale/
dr inż. Justyna Pyssa
Wydział Energetyki i Paliw
Akademia Górniczo-Hutnicza
w Krakowie
Nowoczesna Gospodarka Odpadami 2(5) 2014
