Izrabljeni akumulatorji in ekologija : diplomsko delo visokošolskega strokovnega študija Varstvoslovje

DIPLOMSKO DELO Izrabljeni akumulatorji in ekologija. April, 2013. Rok Kočevar.

DIPLOMSKO DELO VISOKOŠOLSKEGA STROKOVNEGA ŠTUDIJA Varstvoslovje. Izrabljeni akumulatorji in ekologija. Februar, 2013. Rok Kočevar Mentor: pred. Igor Zupančič.

ZAHVALA. Rad bi se zahvalil mentorju profesorju Igorju Zupančiču za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem Veroniki in Matjažu za vse kar sta mi dala. Posebna. zahvala. velja. staršem,. ker. sta. mi. omogočila. študij..

Kazalo vsebine. 1 UVOD .......................................................................................... 10 2 METODOLOŠKO-HIPOTETIČNI DEL RAZISKOVALNEGA DELA ......................... 11 2.1 NAMEN IN CILJ DIPLOMSKE NALOGE .............................................................11 2.2 OPREDELITEV OSNOVNIH PREDPOSTAVK .........................................................11 2.3 UPORABLJENE METODE RAZISKOVANJA ..........................................................11 3 PROBLEMATIKA IZDELAVE IN RECIKLAŽE BATERIJSKIH AKUMULATORJEV ........ 12 3.1 SHRANJEVANJE ELEKTROKEMIČNE ENERGIJE .....................................................12 3.2 BATERIJE IN NJIHOVE KOMPONENTE .............................................................13 3.3 EVROPSKI TRG SEKUNDARNIH BATERIJ ...........................................................14 4 VPLIV BATERIJSKIH AKUMULATORJEV NA OKOLJE IN ČLOVEŠKO ZDRAVJE ...... 16 4.1 FAZE V ŽIVLJENJSKEM CIKLU BA, KI BISTVENO PRISPEVAJO K VPLIVOM NA OKOLJE TER NA ČLOVEŠKO ZDRAVJE ............................................................................................16. 4.2 PRODUKCIJA BATERIJSKIH MATERIALOV .........................................................17 4.3 PROIZVODNJA BA ..............................................................................21 4.4 UPORABA IN VZDRŽEVANJE BATERIJSKIH SISTEMOV ..............................................26 4.5 ODSTRANITEV IZRABLJENIH BATERIJ.............................................................27 4.6 OCENA VPLIVA NA OKOLJE IN ČLOVEŠKO ZDRAVJE ...............................................31 4.7 ANALIZA ŽIVLJENJSKEGA CIKLA BA..............................................................32 4.8 UGOTOVLJENI UKREPI ..........................................................................36 5 TEŽKE KOVINE ............................................................................... 36 5.1 PRISOTNOST TEŽKIH KOVIN V ZEMLJI IN VODI ....................................................37 5.2 VPLIV TEŽKIH KOVIN NA BIOLOŠKE ORGANIZME ..................................................38 5.3 CELIČNA TOKSIČNOST TEŽKIH KOVIN ............................................................40 6 FITOREMEDIACIJA ZEMLJE................................................................. 40 7 MIKOREMEDIACIJA .......................................................................... 45 7.1 HIPERAKUMULACIJA TEŽKIH KOVIN Z MICELIJEM IN GOBAMI ......................................46 8 VOZILA NA ELEKTRIČNI POGON IN BATERIJSKI AKUMULATORJI .................... 48 8.1 ZGODOVINA VOZIL NA ELEKTRIČNI POGON .......................................................48 8.1.1 Specifikacije zgodnjih električnih vozil ......................................51 3.

8.1.2 Faktorji zaradi katerih so bila električna vozila popularna ...............51 8.2 FAKTORJI KI SO PRIVEDLI DO IZGINOTJA ELEKTRIČNIH VOZIL .....................................51 8.3 PRIMERJAVA VPLIVOV VOZIL Z NOTRANJIM IZGOREVANJEM TER ELEKTRIČNIH VOZIL NA OKOLJE ...52 8.3.1 Učinki onesnaževanja vozila ...................................................53 8.4 RECIKLAŽA BATERIJ ELEKTRIČNIH VOZIL .........................................................56 8.5 KVANTITATIVNA ANALIZA ONESNAŽEVANJA VOZIL ................................................57 9 PRAVNI TEMELJI NA PODROČJU RECIKLAŽE IZRABLJENIH AKUMULATORJEV .... 60 9.1 PROIZVODNJA IN DISTRIBUCIJA BA ..............................................................60 9.2 RAVNANJE Z ODPADNIMI INDUSTRIJSKIMI IN AVTOMOBILSKIMI BA.................................61 9.3 ZBIRANJE ODPADNIH PRENOSNIH BA ............................................................61 9.4 ORGANIZACIJA ZBIRANJA BA V SLOVENIJI .......................................................63 9.5 UČINKOVITOST PREDELAVE......................................................................63 10 EKOLOŠKA KRIMINALITETA............................................................... 65 10.1 KRIMINALISTIČNA PREISKAVA KRAJA EKOLOŠKIH KAZNIVIH DEJANJ ..............................68 10.2 SITUACIJSKO PREPREČEVANJE EKOLOŠKE KRIMINALITETE .......................................69 10.2.1 Praktična uporaba tehnik situacijskega preprečevanja kriminalitete ..71 10.3 ORGANIZIRANA EKOLOŠKA KRIMINALITETA .....................................................72 11 ZAKLJUČEK ................................................................................. 74 12 VERIFIKACIJA PREDPOSTAVK ............................................................ 74 13 UPORABLJENI VIRI......................................................................... 76. Kazalo slik Slika 1: baterija .................................................................................12 Slika 2: sekundarne baterije imajo daljši življenjski cikel kot primarne ...............14 Slika 3: okolje po izkopu kovin ................................................................19 Slika 4: večina električne energije se še vedno pridobiva iz fosilnih goriv .............27 Slika 5: reciklaža je pravilna odločitev ......................................................28 Slika 6: minimalni vpliv okolja na baterijo ..................................................29 Slika 7: svinec....................................................................................36 4.

Slika 8: onesnažena voda ......................................................................38 Slika 9: vpliv težkih kovin na telo.............................................................39 Slika 10: akumulacija težkih kovin z uporabo rastlin ......................................41 Slika 11: največ težkih kovin ostane v koreninah ..........................................43 Slika 12: okrepljena fitoekstrakcija ..........................................................44 Slika 13: kompleks svinca z EDTA .............................................................44 Slika 14: koncept kombinirane okrepljene fitoekstrakcije ................................45 Slika 15: mikoremediacija .....................................................................46 Slika 16: mikorizalne glive .....................................................................47 Slika 17: saprofitske glive ......................................................................48 Slika 18: kočija brez konja.....................................................................49 Slika 19: La Jamais Contente ( nikoli zadovoljen ) .........................................50 Slika 20: Tesla Roadster ........................................................................52 Slika 21: prometni zastoj ......................................................................54 Slika 22: primerjava motorja z notranjim izgorevanjem z električnim motorjem.....54 Slika 23: primerjava porabe energije vozila z motorjem na notranje izgorevanje z električnim vozilom- prenos energije iz tanka/baterije na kolesa ......................55 Slika 24: emisije in poraba energije za različne tipe vozil................................55 Slika 25: GM Chevy Volt baterijski akumulator .............................................56 Slika 26: viri energije za energijske potrebe sveta.........................................58 Slika 27: 5 obnovljivih virov energije ........................................................58 Slika 28: ekološka kriminaliteta...............................................................65 Slika 29: ekološki umor .........................................................................67 Slika 30: stara metoda situacijskega preprečevanja kriminalitete ......................70. 5.

Kazalo tabel Tabela 1: Svetovna produkcija prenosnih sekundarnih baterij ( milijoni celic )……….15 Tabela 2: Različne kemijske kompozicije baterijskih družin .............................18 Tabela 3: Potrošena energija v proizvodnji primarnih kovin .............................21 Tabela 4: Kadmijeve izgube pri proizvodnji Ni-Cd baterij ................................22 Tabela 5: Emisija kovin in proizvodnja Ni-Cd baterij za električna vozila ( grami kovinskih emisij/ kWh ) ........................................................................25 Tabela 6: Zmogljivostne karakteristike Ni-Cd baterije AA velikosti .....................26 Tabela 7: Kadmijeve emisije proizvodnje in reciklaže Ni-Cd baterij....................31 Tabela 8: Vrednosti vpliva na okolje za baterijske kovine po različnih metodah......32 Tabela 9: Proizvedene odpadne težke kovine za Ni-Cd baterije AA velikosti ( grami odpadkov/kWh ) .................................................................................33 Tabela 10: Vrednosti okoljskega vpliva na kWh življenjske energije za Ni-Cd baterije AA velikosti za dva reciklažna nivoja.........................................................34. Kazalo grafov Graf 1: Evolucija trga sekundarnih baterij v Evropi........................................15 Graf 2: Viri človeške izpostavljenosti kadmiju..............................................20 Graf 3: Faktorji vodnih emisij za reko Rhine, 1970-1990 ( grami Cd / Kg procesiranega Cd )................................................................................................23 Graf 4: Koncentracija kadmija v vodi japonskih rek in proizvodnja Ni-Cd baterij ....24 Graf 5: Koncentracija kadmija v japonskem zraku in proizvodnja Ni-Cd baterij ......24 Graf 6: Nivoji dnevnega vnosa kadmija za splošno populacijo ...........................30 Graf 7: Učinki reciklaže, zmogljivosti in kompozicije na vrednosti okoljskega vpliva za Ni-Cd baterije AA velikosti .................................................................35 Graf 8: zbiranje odpadnih prenosnih baterij in akumulatorjev v različnih državah EU .....................................................................................................62 6.

Povzetek. V diplomski nalogi sem predstavil baterije in akumulatorje ( v nadaljevanju BA ), njihov vpliv na okolje in človeka, načine odstranjevanja posledic nepravilno odstranjenih baterij in akumulatorjev, njihovo uporabo v transportu, zakonodajo na področju izrabljenih akumulatorjev ter ekološko kriminaliteto. Da sem lahko v celoti ugotovil problematiko izrabljenih baterijskih akumulatorjev sem najprej ugotavljal katera faza v proizvodnji BA oz. uporabi le-teh ima največji vpliv na okolje ter kakšen je vpliv izbrane metode odstranitve. Ugotovil sem, da ima največji vpliv na okolje prav način odstranitve izrabljenih akumulatorjev. Ker v primeru nepravilne odstranitve izrabljenih akumulatorjev pride do uhajanja težkih kovin v okolje, sem tu ugotavljal kakšen vpliv bo to imelo na okolje ter na zdravje človeka, ki je sam neločljiv del narave. Ugotovil sem, da so težke kovine iz BA zelo slabo mobilne v zemlji ter, da se največja količina le-teh zadrži v podzemnih delih rastlin, kar otežuje prenos v človeka. Za odstranitev težkih kovin iz okolja je razvitih mnogo metod, v diplomski nalogi pa sem predstavil okolju prijazni fitoremediacijo in mikoremediacijo. Veliko pozornosti sem namenil vozilom na električni pogon, saj predstavljajo najverjetnejšo alternativo uporabi vozilom, ki jih poganjajo fosilna goriva. Ker vozila na električni pogon za svoje delovanje potrebujejo zelo velike BA sem skušal ugotoviti kakšen bo njihov vpliv na okolje. Ugotovil sem, da imajo ta vozila v primerjavi z vozili na notranje izgorevanje, manjši vpliv na okolje in človeka, kar še posebno velja za mesta kjer živi večina človeštva. Kljub temu, da je zakonodaja na področju izrabljenih akumulatorjev šele nedavno dobila pravno podlago, se v praksi izvajajo sheme zbiranja izrabljenih BA že mnogo dlje, kar kaže ne samo na ekološko osveščenost ljudi ampak tudi na dobičkonosnost reciklaže. Glavna problema v Sloveniji sta tako kot vedno nezainteresiranost države ter premajhen trg. Zakonodaja narekuje zbiranje, reciklažo ali odstranitev izrabljenih BA. Zaradi premajhne angažiranosti države pa nastanejo ugodni pogoji za nastanek in razvoj ekološke kriminalitete. Na združenja le-te pa se v želji po večjih dobičkih obrnejo legalno ustanovljena podjetja, ki zaradi odsotnosti reciklažnih obratov ter zelo drage 7.

odstranitve izrabljenih BA, plačajo kriminalnim združbam za njihov odvzem, prevoz in odstranitev. Ključne besede: izrabljeni baterijski akumulatorji, reciklaža, težke kovine, fitoremediacija, mikoremediacija, električna vozila, obnovljivi viri energije, fosilna goriva, ekologija, okolje, zakonodaja, ekološka kriminaliteta. Summary - Used battery accumulators and ecology. In my diploma i presented batteries and accumulators ( from here on BA ), their influence on the environment and human health, remediation methods of improper disposal, their use in transport, legislation and finally ecological criminology. To fully determine the scale of used BA isues, i first had to find out which phase in the production or use of BA has the greatest effect on the environment. It was conclusive that the method by which the BA are disposed has the highest effect on the enviroment. In the case if the batteries are not disposed properly they represent a threat to the environment and consequently to human health. I found out that heavy metals from the BA have a poor migration ability and that because most metals that get absorbed by plants remain in the roots it is unlikely they will get in the human food chain. There are many methods by which heavy metals can be removed from contaminated ground, in my diploma i presented the environmently friendly phytoremediation and mycoremediation. A lot of attention was directed towards electric vehicles because they represent the most likely candidate that will replace internal combustion engine driven vehicles. Since electric vehicles require fairly large BA for their operation i tried to determine what effect will they have on the environment. The result showed clear advantages of electric vehicles vs. the internal combustion engine vehicles, which shows especialy true in cities where the majority of the human population resides, under the condition that the BA are recycled. Even though that the legal basis for the collection of used BA has only recently came into effect, the actual collection was taking place a lot longer than that, this shows 8.

not only the environmental consciousness of people but also the profitability of such actions. There are two main problems in Slovenia in this field, the first is a lack of interest of the goverment, the second is that the market is too small. Legislation dictates collection, recycling and disposal of used BA. Because of the lack of goverment interest in this matter, the conditions for the birth and development of ecological criminology appeared. Legaly founded companies, in their hunger for profit, seek out criminal enterprises and pay them to dispose a toxic waste such as used BA, mostly because there is no recycling facility or the price of legal disposal is much higher than the illegal way. Key words: used battery accumulators, recycling, heavy metals, phytoremediation, mycoremediation, electric vehicles, renewable energy sources, fossil fuels, environment, ecology, legislation, ecological criminology.. 9.

1 Uvod. Za to temo diplomske naloge sem se odločil zato, ker me zanima področje ekologije. V diplomski nalogi bom predstavil in opisal baterije in akumulatorje, njihovo sestavo, uporabo, izdelavo in reciklažo ter njihov vpliv na okolje in ljudi. Ker. vedno. več. sodobne. tehnologije. uporablja. baterijske. akumulatorje. za. shranjevanje električne energije, bom poskušal prikazati kakšen vpliv ima to na okolje, kakšne bodo dolgoročne posledice ter kakšni so alternativni pristopi. Prav tako bodo v diplomski nalogi predstavljeni načini odstranjevanja težkih kovin iz zemlje ter vode, električna vozila, zakonodaja ter ekološka kriminaliteta.. 10.

2 Metodološko-hipotetični del raziskovalnega dela 2.1 Namen in cilj diplomske naloge. Namen diplomske naloge je predstaviti vpliv baterijskih akumulatorjev na okolje, njihovo reciklažo, posledice nepravilne odstranitve na okolje ter na žive organizme, ki živijo v njem. V DN sem želel tudi prikazati kakšen vpliv bodo imela električna vozila na okolje v primerjavi z današnjimi vozili. Nazadnje pa sem predstavil še ekološko kriminaliteto kot vedo, ki preučuje in poskuša preprečiti razvoj in delovanje ekološkega kriminala. Cilj diplomske naloge je bil prikazati in dokazati pomembnost reciklaže izrabljenih baterijskih akumulatorjev.. 2.2 Opredelitev osnovnih predpostavk. P1: Zakonodaja na področju reciklaže baterij in akumulatorjev je učinkovita. P2: Količine baterij in akumulatorjev se povečujejo. P3: Izrabljene baterije in akumulatorje brezplačno zbirajo prodajalci. P4: Reciklaža izrabljenih baterij in akumulatorjev občutno zmanjša vpliv na okolje.. 2.3 Uporabljene metode raziskovanja. Da bi prišel do čim bolj točnih in verodostojnih podatkov, bom v diplomski nalogi uporabil deskriptivni pristop, kot metodo raziskovanja. Podatke za teoretični del naloge bom pridobil iz knjig, interneta ter druge literature.. 11.

3. Problematika. izdelave. in. reciklaže. baterijskih. akumulatorjev 3.1 Shranjevanje elektrokemične energije. Električna energija ima pomembno vlogo v vsakdanjiku modernega človeka, saj jo univerzalno lahko uporabimo v pretvorbi v svetlobo, toploto, ali mehanično energijo. Glavni problem. je njeno shranjevanje. Direktno jo lahko shranimo le v. kondenzatorje, ampak le zelo majhno količino. Za praktično shranjevanje električne energije je potrebna njena konverzija v drugo obliko energije. V baterijah delujejo kemične spojine kot medij za shranjevanje, med praznjenjem kemični proces proizvaja električno energijo . Pri določenih baterijskih sistemih (sekundarne baterije) lahko ta proces obrnemo in tako baterijo ponovno napolnimo.. Slika 1: baterija (vir:http://www.extremetech.com). 12.

Poznamo dva različna baterijska sistema: Primarne baterije so zasnovane, da pretvorijo svojo kemično energijo v električno samo enkrat. - Zn-Carbon ( prenosni radio, instrumenti, igrače, ure, svetilke ) - Alkalne Zn-Mno2 ( zamenjava za Zn- carbon zaradi boljše zmogljivosti ) - Zn-Silver oxide ( kalkulatorji, slušni pripomočki, vesoljske aplikacije ) -. Litijske baterije ( kamere, rezerva za spomin-RAM, srčni spodbujevalniki, vojaške. aplikacije ).. Sekundarne baterije so dvosmerni pretvorniki energije in so dizajnirane za večkratno polnjenje in praznjenje.. - Lead-acid ( vozila, letala, podmornice, viličarji, UPS, zasilni telefoni ) - Sealed Lead.acid ( prenosna baterijska orodja, prenosna elektronska oprema ) - Industrijske odprte Ni-Cd ( industrijske aplikacije, komunikacijska oprema ) - Zaprte Ni-Cd ( prenosna baterijska orodja, prenosna elektronska oprema, kamere, železniška oprema ) - Ni-Mh ( računalniki, mobilni telefoni, tračna baterija za električna vozila ) - Li in Li-ion ( enako kot za Ni-Mh ). 3.2 Baterije in njihove komponente Baterija je naprava, ki pretvarja kemično energijo, iz njenih aktivnih materialov, direktno v električno energijo z elektrokemično reakcijo oksidacije-redukcije. Izraz baterija se nanaša na elektrokemično enoto, ki jo imenujemo celica. Baterijo sestavlja ena ali več teh celic, ki so povezane vzporedno, zaporedno ali kombinacija obeh, glede na zamišljeno izhodno napetost ter kapaciteto.. 13.

Sestava celice: • • •. Anoda ali negativna elektroda Katoda ali pozitivna elektroda Elektrolit. Slika 2: sekundarne baterije imajo daljši življenjski cikel kot primarne(vir: http://www.tomsguide.com). 3.3 Evropski trg sekundarnih baterij. Leta 1999 je število baterij na trgu preseglo 3 milijarde enot. Podatki iz grafa 1 prikazujejo tehnološki razvoj baterijske industrije iz dveh osnovnih sistemov v letu 1990 ( LA, Ni-Cd ) do petih baterijskih sistemov v letu 2000 ( LA, Ni-Cd, Ni-Mh, Li-ion, Li-polymer ). Ker je več kot 95% prodanih baterij vstavljenih v električno in elektronsko opremo je težko določiti točno število sekundarnih baterij, ki so bile dostavljene v Evropo. Evropska industrija sekundarnih baterij nima nadzora nad čezmejnimi premiki končanih izdelkov z integriranimi baterijami.. 14.

100% 80%. Li-poly Li-ion Ni-Mh Ni-Cd Pb-acid. 60% 40% 20% 0%. 1990. 1993. 1996. 1999. Graf 1: Evolucija trga sekundarnih baterij v Evropi (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001). Tabela 1: Svetovna produkcija prenosnih sekundarnih baterij ( milijoni celic ) (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Leto. 1997. %. 1998. %. 1999. %. 2000. %. Ni-Cd. 1429. 55,67. 1413. 51,16. 1407. 44,41. 1350. 39,02. Ni-Mh. 643. 25,05. 773. 27,99. 1049. 33,11. 1200. 34,68. Li-ion. 195. 7,60. 276. 9,99. 411. 12,97. 600. 17,34. Li-poly. /. 0,00. 0,18. 0,01. 1,49. 0,05. 10. 0,29. Pb-acid. 300. 11,69. 300. 10,86. 300. 9,47. 300. 8,67. Skupaj. 2567. 100,00. 2762,18. 100,00. 3168,49. 100,00. 3460. 100,00. 15.

4 Vpliv baterijskih akumulatorjev na okolje in človeško zdravje. Z analizo celotnega življenjskega cikla baterijskih akumulatorjev ( v nadaljevanju BA ) lahko ugotovimo kakšen je njihov vpliv na okolje ter na človeško zdravje. Tri najbolj pomembni faktorji, ki določajo vpliv celotnega življenjskega cikla BA so: - Sestava baterij - Zmogljivost baterij - Stopnja reciklaže izrabljenih baterij. 4.1 Faze v življenjskem ciklu BA, ki bistveno prispevajo k vplivom na okolje ter na človeško zdravje. - Proizvodnja baterijskih surovin - Transport in distribucija BA - Uporaba BA - Polnjenje in vzdrževanje BA ( sekundarne baterije ) - Reciklaža BA in upravljanje z odpadnimi snovmi Da bi ugotovili kašen vpliv ima posamična baterija na okolje, moramo za vsako od zgoraj navedenih faz, opraviti analizo potrošene energije in materialov. Če hočemo proizvesti najmanj vplivov na okolje in človeško zdravje, moramo omejiti izpuste v okolje iz vseh teh faz. Pri izvedbi analize življenjskega cikla za BA postane jasno, da so analize za določene faze nepomembne v primerjavi z drugimi. Na primer, emisije distribucije in transporta baterij so razporejene na več milijard enot in so zato nične pri analizi življenjskega cikla posamezne baterije. Zaprte baterije nimajo emisij med normalno uporabo, emisije povezane z polnjenjem 16.

baterij pa so odvisne od infrastrukture proizvajanja električne energije v določeni državi. V državah kjer uporabljajo premog z visoko vsebnostjo žvepla, bi bil vpliv lahko občuten, za razliko od držav kjer proizvodnja električne energije temelji na hidro elektriki, jedrski, solarni ter drugih čistih virih energije, kjer so emisije povezane z polnjenjem baterij praktično neobstoječe. Emisije distribucije, transporta in polnjenja baterij so celo v primeru fosilnih goriv porazdeljene čez toliko enot, da imajo zato zelo majhen efekt na analizo življenjskega cikla posamezne baterije. Kot kaže so proizvodnja surovin za izdelavo BA, proizvodnja BA, zmogljivost BA, reciklaža ter odpadne snovi in BA, najpomembnejše faze v analizi življenjskega cikla BA. Obremenjenost okolja se določa glede na emisije in potrošeno energijo med vsako od teh faz, kar lahko pretvorimo v analizo vpliva na človeško zdravje ter okolje ob predpostavljanju vpliva določenih vrednosti za vsak material in potrošeno energijo. Nadaljnji faktor, ki je pomemben pri presoji analize življenjskega cikla BA je, da morajo biti vplivi normalizirani glede na celotno oddano energijo celotnega življenja baterije. Tu so vplivi izraženi kot učinki na kwh proizvedene energije. Sekundarne baterije v svojem življenju oddajo več energije kot primarne baterije in imajo zato manjši vpliv na okolje ter na človeško zdravje. Ker je skupna oddana življenjska energija baterijskega sistema pomembna za njegovo analizo življenjskega cikla, so parametri kot so delovna napetost, kapaciteta, število ciklov izpraznitve in polnjenj, učinkovitost polnjenja ter karakteristike samo-izpraznitve, zelo pomembni faktorji pri vzpostavljanju celotne analize življenjskega cikla BA.. 4.2 Produkcija baterijskih materialov. Prvi faktor v analizi inventarja je celotna kompozicija baterijskega sistema.. Tehnično. gledano lahko izvedemo analizo življenjskega cikla le na specifični sestavi baterije pa še tu je pogosto velika raznolikost v kompoziciji baterij, ki pripadajo isti družini ( Ni-Mh ). V analizi življenjskega cikla moramo upoštevati vsak material v bateriji, ne glede kako majhni so na prvi pogled njegovi vplivi na okolje.. 17.

Kot je razvidno v tabeli 2 je zaradi velike variacije v kemijski sestavi BA, zelo težko priti do generalnih zaključkov o relativnih vplivih na okolje ter na človeško zdravje ene družine baterij v primerjavi z drugo.. Tabela 2: Različne kemijske kompozicije baterijskih družin (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Baterijski sistem. Nominalna kompozicija/teža v odstotkih. Alkaline manganese*. 30Fe - 20Zn - 15Mn. Lead acid*. 65Pb – 25 H2SO4. Nikelj-kadmij*. 30Fe – 30Ni – 15Cd. Nikelj metal hidrid ( AB5 )*. 45Ni – 10Mg/Al – 9Ce – 4Co. Nikelj metal hidrid ( AB2 )*. 39Ni – 6V – 6Zr – 3Cr – 3Ti – 2,5 Co. Nikelj-kadmij**. 32,5Fe – 17,5Ni – 22,5Cd – 3Co. Nikelj metal hidrid**. 42,5Ni – 17,5Fe – 7,5Co – 12,5Redke zemeljske kovine. Li-ion**. 22,5Fe – 17,5Co – 7,5Al – 7,5Cu – 3Li. Lead-acid***. 69Pb – 22H2SO4. Nikelj-kadmij ( PBE )***. 14Fe – 16Ni – 18Cd. Nikelj kadmij ( FNC )***. 15Fe – 31Ni – 22Cd. Nikelj metal hidrid ( AB5 )***. 44Fe – 29Ni – 5Redke zemeljske kovine – 2Co – 1Mn. Nikelj metal hidrid ( AB2 )*** * Morrow 1998. 44Fe – 24Ni – 7V – 3Zr – 2Cr – 1Ti ** Fujimoto 1999. *** Gaines 1994. Po podatkih iz tabele 2 lahko vidimo, da imajo starejše Ni-Cd baterije, ki se trenutno zbirajo in reciklirajo, nižjo vsebnost kadmija in kobalta kot novejše generacije Ni-Cd 18.

baterij. Prav tako so velike razlike v vsebnosti niklja in kadmija med industrijskimi ter potrošniškimi baterijami. Potrošniške Ni-Cd baterije, ki se jih v današnjem času zbira za reciklažo, vsebujejo v povprečju 15% kadmija, medtem ko industrijske Ni-Cd baterije kažejo mnogo širšo variacijo vsebnosti kadmija in sicer od 7%-24%. Prva analiza, ki jo moramo opraviti je, da vzpostavimo proizvedene emisije ter potrošeno energijo med produkcijo surovih materialov za proizvodnjo baterij. Direktne emisije rudarjenja, taljenja in prečiščevanja baterijskih kovin kot so svinec, kadmij, nikelj, kobalt, cink ter še mnoge druge kovine so dandanes dobro nadzorovane in so subjekt strogih regulacij. Študije. o. virih. človeške. izpostavljenosti. kadmiju,. ugotavljajo,. da. samo. 6.3%. izpostavljenosti kadmiju pride iz topljenja neželeznih kovin ( cink, svinec in baker ) in da samo 2.5% pride iz kadmijevih aplikacij kot so Ni-Cd baterije. Ti podatki so prikazani grafično v sliki 2. in temeljijo na študijah v Evropi ( Van Assche 1998, Van Assche in Ciarletta 1992 ). Ti podatki jasno kažejo, da proizvodni procesi primarnih kovin ne prispevajo občutno k okoljskemu vplivu baterijskih sistemov.. Slika 3: okolje po izkopu kovin (vir: http://assets.inhabitat.com) 19.

6%. 2% 2%1% Gnojila. 8%. Fosilna goriva Železo&Jeklo. 42%. 17%. Naravni viri Nonferrous Cement Aplikacije. 22%. Sežig. Graf 2: Viri človeške izpostavljenosti kadmiju (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001). Drugi okoljski vpliv proizvodnje baterijskih kovin nastane zaradi količine porabljene energije, ki je potrebna za proizvodnjo določene količine kovine. V tem primeru je energija, ki je potrebna za proizvodnjo metrične tone kovin, povezana z količino toplogrednih plinov, ki nastanejo pri proizvodnji te energije. Ampak je to verjetno preveč poenostavljen pogled, saj so količine toplogrednih plinov zelo odvisne tipa uporabljenih fosilnih goriv, kontrolnih naprav zračne onesnaženosti in narave mehanizmov, ki z zgorevanjem proizvajajo energijo. Energija, ki se potroši v proizvodnji primarnih kovin petih pogostih baterijskih kovin je povzeta v tabeli 3.. 20.

Tabela 3: Potrošena energija v proizvodnji primarnih kovin (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Baterijska kovina. Energija ( GJ/ mt ). Mangan. 54. Nikelj. 200. Svinec. 25. Cink/Kadmij. 70. Z vidika potrošnje energije, kovine z nizkimi temperaturami tališča kot so svinec in kadmij, potrebujejo manj energije za proizvodnjo in imajo zato manjši okoljski vpliv glede na proizvodnjo toplogrednih plinov. Kovine, ki so proizvedene z elektrolitskimi procesi ali pa imajo visoke temperature tališč, potrebujejo večje vnose energije za produkcijo in imajo zato večje vplive na okolje glede na toplogredne pline. Na primer nikelj je proizveden z elektrolitskimi procesi in ima visoko temperaturo tališča ter zato potrebuje več energije za proizvodnjo metrične tone. Kljub vsemu je stopnja emisij kovin in toplogrednih plinov, ki nastanejo pri proizvodnji baterijskih kovin, le majhen del celotne teže kovin, ki so uporabljene v bateriji. Torej je zelo pomembno v skupni analizi okoljskega vpliva BA če je izrabljena baterija reciklirana, odvržena, deponirana ali sežgana. Če je baterija reciklirana, potem velika večina ( >95% ) teže baterije nima škodljivega vpliva na okolje. Če pa je baterija deponirana ali sežgana potem večina materialov v bateriji proizvede okoljski vpliv.. 4.3 Proizvodnja BA. Podatki kažejo, da so emisije, ki nastanejo kot posledica proizvodnje baterijskih sistemov, minimalne v primerjavi z tistimi, ki so posledica odvrženih baterij v okolje. Študije o Ni-Cd baterijah, ki sta jih opravila tako OECD ( Organization for economic cooperation and development ) in SEI ( Stockholm enviromental institute ) nakazujejo, da velika večina 21.

kadmija v proizvodnji Ni-Cd baterij ostane v izdelku ( bateriji ) in, da se ga zelo malo odda v okolje. To pa je rezultat tako strogih regulacij, sodobnih tehnologij za nadzor onesnaževanja, kot tudi prizadevanj, da bi se dragocene surovine uporabile z največjim možnim izkoristkom.. Tabela 4: Kadmijeve izgube pri proizvodnji Ni-Cd baterij (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Odstotki. SEI Report. OECD Monograph. skupnega kadmija Industrijske. Potrošniške. Industrijske. Potrošniške. Zračne emisije. 0,10. 0,00. 0,01. 0,01. Vodne emisije. 0,15. 0,05. 0,03. 0,03. Solidni odpadki. 2,75. 2,45. 0,50. 0,50. Izdelek. 97,00. 97,50. 99,46. 99,46. Ti podatki kažejo, da večina kadmija ostane v izdelku in, da se ne izgubi v proizvodnji NiCd baterij. Podobni zaključki veljajo tudi za druge kovine iz Ni-Cd baterije, kot sta nikelj in kobalt, ki imata škodljiv vpliv na okolje, z izjemo železa čigar okoljski vpliv je zelo majhen in ne prispeva občutno k okoljskemu vplivu Ni-Cd BA. Podatki študije faktorjev vodnih emisij kadmija v reko Rhine v obdobju 1970-1990, ki sta jo izvedli Delf university of technology iz Nizozemske ter International institute for aplied systems analysis iz Avstrije ( graf 3. ) kažejo, da so se vodne emisije kadmija kot posledica proizvodnje industrijskih Ni-Cd baterij, zmanjšale iz 8g/kg procesiranega kadmija v letu 1970 na 1g/kg v letu 1988.. 22.

30 25 Kadmiranje. 20. Potrošniške Ni-Cd. 15. Industrijske Ni-Cd. 10. Pigmenti&Stabilizat orji. 5 0 1970 1975 1980 1985 1988. Graf 3: Faktorji vodnih emisij za reko Rhine, 1970-1990 ( grami Cd / Kg procesiranega Cd ) (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001). Zanimivo je da je do občutnih zmanjšanj vodnih emisij prišlo v 80ih letih, torej v obdobju največje rasti Ni-Cd trga. Podatki iz BAJ ( Battery asociation of Japan ) jasno kažejo, da so se nivoji kadmijevih emisij v zrak in vodo na Japonskem, postopno začeli zmanjševati v obdobju od 1980 in 1992 navkljub občutno povečani produkciji Ni-Cd baterij na Japonskem skozi isto časovno periodo. Japonska je največji svetovni proizvajalec Ni-Cd baterij in je trenutno odgovorna za več kot 70% svetovne Ni-Cd baterijske proizvodnje. Iz tega je jasno razvidno, da če kje obstaja država z potencialom za kadmijevo kontaminacijo okolja zaradi proizvodnje Ni-Cd baterij, potem je to Japonska. Ampak podatki prikazani v. grafu 4 za koncentracijo. kadmija v vodi Japonskih rek in v grafu 5 za koncentracijo kadmija v okoljskem zraku, prikazujejo upadanje skozi leta ne glede na kar osem krat povečano rast v proizvodnji NiCd baterij.. 23.

900 800 Proizvedene Ni-Cd baterije na Japonskem ( v milijonih ). 700 600 500 400. Vzorci rečne vode nad 10yg Cd/Liter ( v odstotkih ). 300 200 100. 19 91. 19 89. 19 87. 19 85. 19 83. 19 81. 0. Graf 4: Koncentracija kadmija v vodi japonskih rek in proizvodnja Ni-Cd baterij (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001). 1000 900. Proizvedene Ni-Cd baterije na japonskem ( v milijonih ). 800 700 600. Industrijsko območje. 500 400 300. Ruralno območje. 200 100. 19 91. 19 89. 19 87. 19 85. 19 83. 19 81. 0. Graf 5: Koncentracija kadmija v japonskem zraku in proizvodnja Ni-Cd baterij (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001). 24.

Dober način kako določiti povprečne emisije povezane z proizvodnjo BA je, da vzpostavimo te emisije na osnovi nivojev emisij na kWh proizvedene baterijske energije, saj je funkcija baterij dovajanje shranjene energije. Takšno analizo so izvedli pri Geomet technologies (1993) za industrijske Ni-Cd baterije namenjene za uporabo v električnih vozilih, podatki o emisijah pri proizvodnji pa so predstavljeni v tabeli 5.. Tabela 5: Emisija kovin in proizvodnja Ni-Cd baterij za električna vozila ( grami kovinskih emisij/ kWh ) (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Nosilec emisij. Nikelj. Kadmij. Kobalt. Zrak. 3,15. 1,78. 0,08. Voda. 2,28. 1,31. 0,05. Zemlja. Zanemarljivo. Zanemarljivo. Zanemarljivo. Skupno. 5,43. 3,09. 0,13. Tipične industrijske Ni-Cd baterije namenjene aplikaciji v električnih vozilih imajo energijsko gostoto 50Wh/kg, kar odgovarja 20kg/kWh. Nivoji emisij kovin so približno 0,04% celotne teže baterije, tako so v povprečju emisije kovin pri proizvodnji baterij med 0,01%-0,1%. Analiza življenjskega cikla, ki jo je izvedel SAFT ( Cornu in Eloy 1995 ) o Ni-Cd baterijah za električna vozila nakazuje, da znašajo izgube med proizvodnimi procesi 0,037% za nikelj ter 0,008-0,019% baterijske teže za kadmij. Te ocene so konsistentne z drugimi študijami in kažejo na zelo nizke vplive na okolje ter na človeško zdravje od proizvodne faze baterij. Čeprav je večina predstavljenih podatkov v glavnem relevantna za Ni-Cd baterije, veljajo isti zaključki tudi za druge baterijske sisteme. Primarna proizvodnja surovin in proizvodnja baterij, prispevata le majhen del vpliva na okolje in človeško zdravje, kot pa če bi nepremišljeno odvrgli izrabljene baterije.. 25.

4.4 Uporaba in vzdrževanje baterijskih sistemov. Sekundarne baterije so izdelki z dolgo življenjsko dobo in jih lahko uporabljamo vedno znova in znova, če jih pravilno polnimo in praznimo. Primarne baterije pa so izdelki z kratko življenjsko dobo, ampak z večjo začetno energijsko gostoto kot pa sekundarne baterije. Glede na to, da imajo različne baterijske kemijske sestave različne napetosti, različno energijsko gostoto in število ciklov bo imel vsak BA drugačne karakteristike celotne življenjske energije. Celotna baterijska energija variira glede na velikost baterije, saj večja kot je baterija večja je njena celotna življenjska energija. Celotna življenjska energija določenega BA je produkt njegove napetosti, kapacitete in števila ciklov .. Tabela 6: Zmogljivostne karakteristike Ni-Cd baterije AA velikosti (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Parameter. Območje vrednosti. Napetost. 1,2 V. Kapaciteta. 0,5 do 1,2 Ah. Skupna energija. 0,6 do 1,4Wh. Št. Ciklov. 700 do 1200 ciklov. Celotna življenjska energija. 420 do 1680 Wh. Kompozicija baterije ni edina pomembna lastnost, ampak je verjetno še bolj pomemben način odstranitve, ki ga izberemo za baterijo pri določitvi vpliva življenjskega cikla. Med normalno uporabo in vzdrževanjem BA, le ti ne oddajajo škodljivih snovi. Emisije povezane z polnjenjem baterij so majhne v primerjavi z emisijami pri odstranitvi baterij, tudi pri polnjenju z omrežja, kjer se električna energija generira iz fosilnih goriv.. 26.

Slika 4: večina električne energije se še vedno pridobiva iz fosilnih goriv (vir: http://www.spyghana.com). Analiza, ki jo je izvedel Schuckert 1997, je izmerila potrošeno energijo med proizvodnjo ter uporabo svinčenih in Ni-Cd baterij, kakor tudi njihov efekt na emisije CO2 in NOx. Ugotovil je, da so količine porabljene energije in generiranih toplogrednih plinov čez celoten življenjski cikel BA, nižje za Ni-Cd baterije kot pa svinčene baterije zaradi njihovega večjega števila ciklov, energijske gostote in celotne življenjske energije, čeprav je prvotna energija za proizvodnjo Ni-Cd baterije večja kot pa za svinčeno baterijo.. 4.5 Odstranitev izrabljenih baterij. Končna odstranitev BA je glavni faktor, ki določa vpliv na okolje ter na človeško zdravje. Emisije vseh faz do odstranitve baterije znašajo le 1%-2% skupnih potencialnih emisij, če se bi baterijo preprosto odvrglo v okolje. Poznamo štiri možnosti za odstranitev izrabljenih baterij, in sicer kompostiranje, sežig, deponiranje in reciklaža. Kompostiranje BA se ne uporablja, ker niso biorazgradljivi. Tudi sežig ni najboljša opcija, zaradi nizke kalorične vrednosti baterij in ker se njihova masa le malo zmanjša v procesu sežiga, pepel teh baterij pa je potrebno deponirati. Tako pridemo do zaključka, da sta dandanes najboljši 27.

opciji za odstranitev izrabljenih baterij, deponiranje in reciklaža.. Slika 5: reciklaža je pravilna odločitev (vir: http://thumbs.dreamstime.com). Deponirane baterije ne predstavljajo takojšnje nevarnosti za okolje in človeško zdravje. Revizija, ki jo je izvedla Švicarska Univerza iz Berna za OECD, podatkov o deponijskih vodah iz deponij v Kanadi, Danski, Franciji, Nemčiji, Italiji, Japonski in Švici prikazuje, da je velika večina vzorcev deponijskih vod ustreza priporočilom svetovne zdravstvene organizacije ( WHO ) za prisotnost 3 µg kadmija na liter pitne vode. Nekateri podatki iz te študije so iz 50 let starih deponij, ki nimajo neprepustnih oblog , kar vsaj teoretično predstavlja najslabši scenarij vpliva na okolje. Kot kaže, trenutna prisotnost Ni-Cd baterij v deponijah, ne predstavlja nevarnosti puščanja kadmija v okolje in njegovega prenosa v človeško prehrambeno verigo. Študije izvedene na 2000 let starih rimskih artifaktih v Veliki Britaniji so pokazale, da se cink, svinec in kadmij razporedijo le zelo kratke razdalje v zemlji in to 1900 let po zakopu. Druga študija izvedena na Japonskem pa je raziskala Ni-Cd baterije zakopane v Japonska tla z namenom odkriti difuzijo niklja ali kadmija iz baterij, tudi po dvajsetih letih izpostavljenosti ga niso zaznali nič.. 28.

Slika 6: minimalni vpliv okolja na baterijo (vir: http://img.ehowcdn.com). Najboljša opcija za odstranitev izrabljenih baterij je seveda zbiranje in reciklaža, ne samo zato, ker ta opcija občutno zmanjšuje tveganje za okolje, ampak tudi zaradi ohranitve naravnih virov. V ZDA ter tudi drugod po svetu je izkoristek pri reciklaži svinčenih baterij boljši od 90%. Vprašanja, ki se pojavljajo pri reciklaži Ni-Cd baterij niso povezana s tem če je reciklaža najboljša opcija, ampak le kako izboljšati zbiranje, kako financirati zbiranje in programe reciklaže, kako označiti baterije, da bi to povečalo zbiranje. Pri Ni-Mh in Li-ion baterijah pa obstaja problem kako razviti tehnologije reciklaže z boljšim iztržkom materialov. Pri alkalnih in karbonskih baterijah, pa se vprašanja nanašajo na samo ekonomičnost zbiranja in reciklaže. Zbiranje in reciklaža izrabljenih baterij prepreči. vstop vsaj 98% baterijske teže v okolje. Ko primerjamo baterijske sisteme (kemijska sestava specifične baterijske družine) glede vpliva na okolje, moramo primerjati relativne energijske potrebe reciklaže različnih baterijskih sistemov. Reciklaža Ni-Fe, Ni-Cd in Svinčenih baterij je relativno lahka, saj redukcija niklja, železa, kadmija in svinčevih oksidov nazaj v čiste kovine, potrebuje manj energije kot pa redukcija oksidov drugih baterijskih kovin kot so cink, mangan, krom, 29.

titan, cirkonij, litij in redke zemeljske kovine, ki so sestavine alkalnih, Ni-Mh ter Li-ion baterij. Študije kažejo, da so emisije proizvodnje baterijskih kovin z reciklažnimi procesi manjše v primerjavi z proizvodnjo iz surove rude. Študija, ki jo je izvedel Gaines 1994 dokazuje, da recikliranje potrebuje mnogo manj energije kot pa proizvodnja kovine iz surove rude. Poročilo Geomet Technologies 1993 o Ni-Cd baterijah za električna vozila je opravilo primerjavo med kadmijevimi emisijami med proizvodnjo ter med reciklažo in ugotovilo, da so emisije reciklaže približno 10-100 krat nižje od emisij proizvodnje materiala iz surove rude.. 80 70 60. Dnevni vnos kadmija splošne populacije. 50 WHO toleriran dnevni vnos kadija za odrasle ženske. 40 30. WHO toleriran dnevni vnos kadmija za odrasle moške. 20 10 0 1964. 1980. 1996. Graf 6: Nivoji dnevnega vnosa kadmija za splošno populacijo (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001). Predviden iztržek materialov pri reciklaži Ni-Cd baterij je večji od 99%. Visok nivo povrnjenih materialov lahko pričakujemo tudi pri reciklaži Ni-Fe in svinčenih baterij za razliko od reciklaže alkalnih, Ni-Mh, in Li-ion baterij, kjer je ta nivo nekoliko nižji ( 80%90% ) zaradi visokih energijskih zahtev in težavnosti redukcije nekaterih kovinskih oksidov. Učinkovitost procesa zbiranja izrabljenih baterij in učinkovitost procesa obnove kovin sta faktorja, ki imata največji vpliv baterijskih sistemov na okolje in na človeško zdravje. 30.

Tabela 7: Kadmijeve emisije proizvodnje in reciklaže Ni-Cd baterij (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Emisije proizvodnje ( grami. Emisije. reciklaže. Cd/kWh ). Cd/kWh ). Zrak. 0,28 do 3,6. 0,0062. Voda. 0,40 do 2,4. 0,0014. Zemlja. Zanemarljivo. Zanemarljivo. (. grami. 4.6 Ocena vpliva na okolje in človeško zdravje. Vplivi na okolje so se realizirali na teh področjih: -. Naravni viri. -. Vplivi na človeško zdravje. -. Ekološki in okoljski vplivi. Za določitev ocene vpliva je potrebna klasifikacija vsakega vpliva v eno od teh kategorij, karakterizacija vpliva z namenom vzpostavitve korelacije med »inputom/outputom« energije/materialov in odgovarjajoči naravni vir/človeško zdravje/ekološki vpliv ter končna evaluacija dejanskih okoljskih posledic. Do velike kontroverznosti analiz življenjskega cikla pride, ko se določi specifične vrednosti vpliva za vsak baterijski material. Problem nastane ker se v praksi uporablja nadomestne materiale ( CdCl2 ), namesto pravih baterijskih materialov, ki zaradi svoje boljše topnosti dajejo hitrejše rezultate v raziskavah in kliničnih študijah. Takšna praksa pa ustvarja analizo najslabšega scenarija in ne prikazuje na kakšen način se bodo v realnosti vedle baterijske snovi. Metoda, katere podatke bom uporabil zaradi njene objektivnosti je U.S. Enviromental Protection Agency method: Je metoda ocene vpliva, ki temelji na tehniki analize, ki jo je ta urad razvil za Univerzo Teenesee. Ta metoda upošteva vse glavne učinke kemikalij na okolje in človeško zdravje, vključno z persistenco in bioakumulacijo. 31.

Tabela 8: Vrednosti vpliva na okolje za baterijske kovine po različnih metodah (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Cd. Hg. Pb. Ni. Mn. Zn. CML. 100,0. 1,9. 3,8. 2,8. 1,9. 1,9. EPS. 100,0. 13,5. 2,3. 2,9. 0,01. 0,88. Tellus. 65,2. 100,0. 21,3. 5,6. 0,15. 0,15. Ecoscarcity. 7,1. 100,0. 0,4. 8,6. *. 0,71. U.S. EPA. 74,9. *. 95,3. 84,4. 54,1. 22,3. * Ni ocenjena z to metodo. 4.7 Analiza življenjskega cikla BA. Da bi določili skupne emisije na kwh baterijske energije, moramo deliti vso energijo in emisije baterije skozi njeno celotno življenje ( izdelava, uporaba, vzdrževanje in odstranitev ), z celotno življenjsko energijo baterije. Skupne emisije na kwh baterijske energije lahko porazdelimo glede na specifične materiale za katere so določene specifične vrednosti vplivov na okolje in človeško zdravje. S temi specifičnimi vrednostmi lahko določimo celoten relativen vpliv na okolje določenega baterijskega sistema in njegova primerjava z drugimi baterijskimi sistemi. Problem teh analiz je, da vključujejo mnoga domnevanja in posplošitve, zato se jih lahko točno izvede le na specifični baterijski kompoziciji z specifično baterijsko zmogljivostjo. Za primer lahko uporabimo tipično 23 gramsko Ni-Cd baterijo AA velikosti z domnevano kompozicijo 30% Ni, 15% Cd, 1% Co. Ker gre za zaprt tip potrošniške baterije ni nobenih emisij med uporabo in polnjenjem. Napetost Ni-Cd baterije je ostala nespremenjena skozi leta, spremenila pa se je kapaciteta in z njo celotna življenjska energija. V letu 1990 je imela najboljša Ni-Cd AA baterija kapaciteto 0,5Ah, medtem ko je bila leta 2000 kapaciteta najboljše Ni-Cd baterije 1,2Ah. Domnevamo lahko, da je več kot 98% celotnega baterijskega vpliva zadržanega v sami bateriji ne glede na način odstranitve izrabljene baterije. V 23 gramih Ni-Cd baterije je prisotnih 6,9g niklja, 3,45g kadmija in 0,23g kobalta, ravno ti materiali so tisti, ki imajo 32.

najbolj škodljiv vpliv na okolje. Ravno ti materiali bodo imeli v primeru če se baterija odvrže v okolje najbolj negativen vpliv na okolje. Odpadne težke kovine, ki se proizvedejo na kwh celotne življenjske energije baterije so povzete v tabeli 8 za Ni-Cd baterije z nizko življenjsko energijo ( 420Wh ) in z visoko življenjsko energijo ( 1680Wh ).. Tabela 9: Proizvedene odpadne težke kovine za Ni-Cd baterije AA velikosti ( grami odpadkov/kWh ) (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Element. Baterija z višjo energijo. Baterija z nižjo energijo. Kadmij. 2,05. 8,21. Kobalt. 0,14. 0,55. Nikelj. 4,10. 16,43. Predvidena kompozicija baterije: 30%Ni – 15%Cd – 1%Co. Iz tabele je razvidno, da baterija z nižjo energijo predstavlja najvišjo količino proizvedenih odpadnih težkih kovin izraženih v gramih na kWh celotne baterijske življenjske energije. Količina proizvedenih odpadnih težkih kovin je direktno proporcionalna kompoziciji baterije. Za določitev vplivov teh odpadnih kovin na okolje in človeško zdravje bomo uporabili analizo U.S. Enviromental Protection Agency ( Davis et ol. 1994 ). Ta metoda upošteva vse glavne vplive na okolje in človeško zdravje, prav tako določa vrednosti nevarnosti za različne snovi glede na njihove kvantitativne toksikološke učinke na okolje in človeško zdravje. Ti učinki na človeško zdravje vključujejo tako akutne kot kronične učinke, zaužitje kot tudi vdihovanje, rakotvornost, mutagenost in učinki na reprodukcijo. Ko povežemo U.S. EPA vrednosti vpliva na okolje iz tabele 8 z podatki o težkih kovinah ( nikelj, kadmij in kobalt ) iz tabele 9, dobimo vrednosti ocene okoljskega vpliva na enoto celotne življenjske baterijske energije za vsako od teh treh kovin. Skupek teh treh vrednosti nam pokaže približno vrednost vpliva na okolje za Ni-Cd baterijo AA velikosti. Kot kaže so nizke vrednosti vpliva povezane z višjimi parametri zmogljivosti ( kapaciteta in število ciklov ), medtem ko so večje vrednosti vpliva povezane z manjšo 33.

kapaciteto in nižjim številom ciklov. V spodnji tabeli je prikazana analiza vrednosti vpliva za 0% in za 40% reciklaže. Za vsak nivo reciklaže so v tabeli prikazane vrednosti vpliva za vsak material, glede na parametre zmogljivosti. Reciklaža 40% Ni-Cd baterij povzroči 40% zmanjšanje v vrednostih vpliva na okolje, ki ga imajo Ni-Cd baterije. Pri Ni-Cd bateriji AA velikosti višje zmogljivosti so riziki celotnega življenjskega cikla 4 krat manjši v primerjavi z baterijami slabše zmogljivosti.. Tabela 10: Vrednosti okoljskega vpliva na kWh življenjske energije za Ni-Cd baterije AA velikosti za dva reciklažna nivoja (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001) Element. 0% Reciklaže. 40% Reciklaže. Nikelj. 346 – 1384. 208 – 831. Kadmij. 154 – 614. 92 – 369. Kobalt. 7 – 27. 4 – 16. Skupaj. 507 – 2025. 304 – 1216. Spodnji graf prikazuje vrednosti vpliva na okolje za Ni-Cd baterije AA velikosti, različnih zmogljivosti, stopnje reciklaže in individualnimi prispevki glavnih baterijskih kovin.. 34.

2500 2025 2000 1620 1500. Baterije visoke zmogljivosti. 1215. Baterije nizke zmogljivosti 810. 1000 507. 405. 405. 304. 500. 203. 101. 0 0%. 20%. 40%. 60%. 80%. Odstotek recikliranih baterij. Graf 7: Učinki reciklaže, zmogljivosti in kompozicije na vrednosti okoljskega vpliva za Ni-Cd baterije AA velikosti (vir: Used Battery Collection and Recycling, 2001). Iz grafa je tudi očitno, da imajo baterije visoke zmogljivosti manjši okoljski vpliv kot pa baterije z slabšo zmogljivostjo. Razvidno je tudi, da zvišanje stopnje reciklaže drastično zniža okoljske vplive teh baterij. V tehniki analize okoljskega vpliva ( U.S. EPA ), predstavlja nikelj največji vpliv, sledi mu kadmij, medtem ko ima kobalt zelo majhen vpliv na okolje. Baterije slabše zmogljivosti so tiste, ki jih danes zbiramo in recikliramo, sodeč po rezultatih analize pa je za današnjo situacijo najboljši način za nižje vplive na okolje povečanje stopnje reciklaže. Postopne izboljšave v zmogljivosti baterij, pomeni, da bodo baterije, ki se izdelujejo danes in se bodo zbirale čez 5 do 10 let predstavljale manjšo nevarnost za okolje kot pa baterije, ki se jih zbira sedaj.. 35.

4.8 Ugotovljeni ukrepi. Iz zgoraj navedene analize lahko sklepamo, da je najbolj učinkovita metoda kako zmanjšati vplive celotnega življenjskega cikla baterij, povečanje stopnje reciklaže, izboljšanje zmogljivosti baterij ter znižanje vsebine nevarnih materialov brez, da bi s tem zmanjšali zmogljivost baterij. Nadalje lahko zaključimo, da je korak odstranitve izrabljenih baterij daleč najpomembnejši faktor pri determiniranju vpliva baterijskega sistema na okolje in človeško zdravje skozi njegov celoten življenjski cikel.. 5 Težke kovine. Težke kovine so kovine z gostoto več kot 5g/cm3. Število kovin, ki pripada tej skupini, znaša približno 65 kovin. Težke kovine obstajajo v koloidni, ionski, prašni delci in topne snovi. Koncentracija kovin v zemlji variira od mikrosledi < 1mg/kg pa do 100,000mg/kg-1, odvisna pa je od lokacije in tipa kovin.. Slika 7: svinec (vir: http://sation.in). 36.

Težke kovine so edinstvena kategorija industrijskih onesnaževalcev, saj so selektivno toksične, trajno prisotne v zemlji in niso biorazgradljive. Pri visokih koncentracijah, lahko tako esencialne ( Cu, Se, Zn, Fe ) kot ne esencialne kovine ( Hg, Pb, Cd ) poškodujejo celično membrano, delovanje encimov in celic ter celo strukturo DNK. Vpliv težkih kovin je povezan z prirojenimi okvarami, rakom, kožne bolezni, umska zaostalost, poškodbe ledvic in jeter ter z drugimi zdravstvenimi problemi. Zato predstavlja onesnaženost okolja z težkimi kovinami resno grožnjo zdravju ljudi. Viri povečane prisotnosti težkih kovin v okolju so industrijski odpadki, kurjenje fosilnih goriv, taljenje kovin, urbane odplake, agrokultura, ladjedelstvo, komunalni odpadki in rudarske aktivnosti.. 5.1 Prisotnost težkih kovin v zemlji in vodi. Kovine so pogosto močno vezane na delce prsti. Kationi težkih kovin so vezani na delce v prsti zaradi izmenjevalne kapacitete kationov. Biorazpoložljivost kovin je pogosto zelo slaba v zemlji. Kovine so bolj biorazpoložljive pri nizkih ph vrednostih pa še to je rastlinam biorazpoložljiv le majhen del kovin v zemlji, saj sta organska materija in mineralna vsebina pomembna faktorja, ki vplivata na biorapoložljivost težkih kovin. Prsti z visoko kapaciteto izmenjave kationov ( montmortllite glina ), zmanjšujejo biorazpoložljivost kovin in s tem tudi njihovo toksičnost. V študiji katere namen je bil ugotoviti učinek kadmija na mikrobsko bio-degradacijo organske spojine ( phenanthrene ), so zemlji skupno dodali 394mg Cd/kg prsti, ampak samo 3mg Cd/L je bilo dejansko bio-razpoložljivo. Korenine rastlin povečujejo bio-razpoložljivost kovin z ekstruzijo protonov saj s tem nižajo kislost tal, kar povzroči večjo mobilnost kovin v tleh. Z nižanjem ph vrednosti po 5.5 naraste razpoložljivost kovin za korenine rastlin, vendar lahko to istočasno upočasni rast rastlin. Med bolj mobilne težke kovine sodita cink in kadmij saj sta prisotna v topnih oblikah in sta zato biorazpoložljiva. Baker, krom in molbiden so vezani v slikate in so zaradi tega slabo mobilni in razpoložljivi. Druge težke kovine kot je svinec se pojavljajo kot netopni precipitat ( fosfati, karbonati in hidroksi-oksidi ) v zemlji kot zelo nemobilni in v večji meri nedostopni za absorbcijo rastlinam. Težke kovine so v surovi vodi prisotne absorbirane v prosto plavajoče delce ( glina, zemlja, rastlinska vlakna, bakterije ).. 37.

Slika 8: onesnažena voda (vir: http://www.futurity.org). 5.2 Vpliv težkih kovin na biološke organizme. Za normalno biološko delovanje celic imajo majhne količine mineralov zelo pomembno funkcijo, saj imajo minerali pomembno vlogo za homeostazo v organizmih, ker kontrolirajo živčne funkcije, krčenje mišic in metabolizem, regulirajo elektrolite in proizvajanje hormonov.. 38.

Slika 9: vpliv težkih kovin na telo (vir: http://trialx.com). Za celice so esencialnega pomena mikro količine kobalta, bakra, železa mangana, molbidna, vanadija, stroncija, selenija in cinka. Med te kovine se uvrščajo kadmij, krom, antimonij, živo srebro, svinec in arzenik. Težke kovine v zobozdravstvenih plombah ( Fe, Mn, Cd, Cu, Hg ) lahko prispevajo k razvoju parkinsonove bolezni, daljša izpostavljenost težkim kovinam igra vlogo v razvoju alzheimerjeve bolezni. Težke kovine kot so živo srebro, kadmij, svinec in thalij zastrupljajo metabolizem glukoze, kar povzroči. hipoglikemijo, posledica te pa so. pomanjkanje koncentracije, hiperaktivnost, impulzivno, nepredvidljivo ali depresivno 39.

obnašanje. Arzenik in svinec lahko povzročata neuritis ( bolečine v živcih ).. 5.3 Celična toksičnost težkih kovin. Zastrupitev z svincem povzroča formacijo majhnih rdečih krvničk, kar ima za posledico anemijo. Vzrok celičnih poškodb je najverjetneje formacija zelo reaktivnih vrst. Vse ionske težke kovine občutno prispevajo k produkciji prostih radikalov. Prosti radikal je atom z neparnim številom elektronov v svoji zunanji orbiti zaradi tega pa postane reaktiven. Prosti radikali jemljejo elektrone drugim atomom v svoji bližini ter jih s tem pretvarjajo v sekundarne proste radikale, kar povzroči verižno reakcijo katere rezultat so biološke poškodbe v celicah. Za ta proces se domneva, da je eden glavnih vzrokov staranja. Ena od najbolj reaktivnih tranzicijskih kovinskih ionov je železo, saj v bioloških sistemih deluje kot katalist v Haber-Weiss in Fenton reakciji generira hydroxyl ( °OH ) in superoxide ( °O2 ) radikale. Glavni razlog zakaj težke kovine, ki vstopajo v celice, pomnožijo proste radikale iz nekaj tisoč v več milijonov je, ker prihaja pri trkih prostih radikalov z težkimi kovinami do verižnih reakcij, pri katerih nastaja mnogo več novih prostih radikalov.. 6 Fitoremediacija zemlje. Fitoremediacija ( Grško: »phyton« = rastlina, Latinsko: »remediare« = zdravljenje/obnova ) je tehnologija bio-inžineringa za čiščenje okolja z uporabo rastlin za odstranjevanje nevarnih snovi iz zemlje. Fitoremediacija izkorišča naravno sposobnost rastlin absorbcije, bioakumulacije,. shranjevanja. organskih. in. anorganskih. snovi.. Uporaba. rastlin. v. fitoremediaciji je cenovno učinkovita, estetska, pasivna, poganja jo solarna energija in ne povzroča onesnaževanja. Rastline, ki se jih uporablja v fitoremediaciji so adaptirane na rast v zelo težkih okoljskih pogojih tako v zemlji in vodi.. 40.

Delitev rastlin po sposobnosti akumulacije težkih kovin:. 1. Akumulacijske rastline: akumulirajo kovine v poganjkih 2. Indikatorske rastline: v različnih delih teh rastlin se nahajajo različne koncentracije kovin, ki so premo sorazmerne z koncentracijami v okolju. 3. Izločevalne rastline: vzdržujejo nizke koncentracije kovin v svojih poganjkih navkljub visoki koncentraciji kovin v okolju. Slika 10: akumulacija težkih kovin z uporabo rastlin (vir: http://ars.els-cdn.com). 41.

Z kovinami nasičeno rastlinsko biomaso lahko varno odstranimo kot nevarni material ali pa z reciklažo povrnemo kovine. Fitoekstrakcija je možna le če se kovine nahajajo v območju rastlinskih korenin, so biorazpoložljive za rastline ter da imajo rastline genetsko predispozicijo za shranjevanje izvlečenih kovin. Poznamo dva glavna pristopa za fitoekstrakcijo: •. nadaljujoča. •. kemično okrepljena. Prvi pristop uporablja hiper-akumulacijske rastline, ki imajo sposobnost akumulacije izjemne količine kovin v svojih poganjkih. Hiper-akumulacijske rastline tipično akumulirajo le specifične kovine ( Ni, Zn, Cu ), ki pa žal niso najbolj pomembni onesnaževalci zemlje. Do sedaj še niso odkrili rastlinske vrste, ki bi imela širok spekter hiper-akumulacije. Hiperakumulacijske rastline so v večini primerov počasi rastoče vrste z majhno biomaso ter slabimi agronomskimi karakteristikami. Rastline pridobijo naziv hiper-akumulatorji, če so zmožne akumulacije več kot 0.1% Pb, Co, Cr ali več kot 1% Mn, Ni, Zn v svojih poganjkih pri rasti v naravnem habitatu. Trenutno ni znana učinkovita rastlina s sposobnostjo črpanja velikih količin svinca ter z veliko biomase, kar je esencialno za učinkovito fitoekstrakcijo ene najbolj razširjenih težkih kovin. Vegetacija, ki raste v zelo kontaminiranih območjih ima pogosto manj kot 50mg/g-1 svinca v svojih poganjkih, večino svinca ostane v koreninah. Kar pa je zelo ne praktično, ker moramo odstraniti celotno rastlino.. 42.

Slika 11: največ težkih kovin ostane v koreninah (vir: http://www.sciencedirect.com). Dejansko obstaja samo eno zanesljivo poročilo o hiper-akumulaciji svinca. Gre za majhno alpsko rastlino ( Thlaspi goesingense ), ki naj bi v svojih poganjkih akumulirala kar 2840mg/kg-1 svinca. Vendar test omenjene rastline v dolini Mežice, kjer so tla onesnažena z 1170 Pb in 750 Zn mg/kg-1, tega ni potrdil saj koncentracija svinca v listih ni presegla 20mg/kg-1, kar je statistično primerljivo z koncentracijo svinca v listih solate ( Lectuca sativa ). Ta rezultat najverjetneje nakazuje, da je hiper-akumulativna kapaciteta T.goesingense omejena le na določeno prst in tip kontaminacije. Pri rastlinah, ki niso hiper-akumulatorji težkih kovin, omejuje njihov potencial za fitoekstrakcijo slaba absorbcija skozi korenine in majhna trans-lokacija težkih kovin iz korenin v poganjke. Kemično ojačana fitoekstrakcija je presegla zgoraj navedene probleme. Pri tej metodi lahko uporabimo tipične rastline z veliko biomase za akumulacijo velikih količin kovin slabe bio-razpoložljivosti. To dosežemo z dodajanjem mobilizacijskih/kelacijskih agentov ( EDTA ), v fazi ko so rastline dosegle maksimalno biomaso, rezultat tega pa je povečana mobilnost težkih kovin v zemlji ter njihova trans-lokacija iz korenin v zelene dele rastlin. 43.

Slika 12: okrepljena fitoekstrakcija (vir: phytoremediation and rhizoremediation, 2006). Kelacijski agent je snov čigar molekule lahko tvorijo več koordinacijskih vezi na posamičen kovinski ion. Rastline naravno tvorijo kelacijske agente ter z njimi mobilizirajo hranilne elemente kot so Fe, Zn, Mn ter ostale kovine. Ti rastlinski mehanizmi zadoščajo za absorbcijo biorazpoložljivih kovin kot je kadmij, ki v prsti tvori šibke hidrolizne vezi. Za povečanje biorazpoložljivosti kovin kot je svinec, ki je v zemlji vezan mnogo močneje kot pa kadmij, je potrebno uporabiti sintetične kelacijske agente.. Slika 13: kompleks svinca z EDTA (vir: phytoremediation and rhizoremediation, 2006) 44.

Dodajanje kelacijskega agenta EDTA prsti povzroči premik svinca iz karbonatne frakcije v frakcijo, ki je topna v prsti, s tem pa se koncentracija svinca poveča iz 3 na 362 mg/kg-1. Omejitev fitoekstrakcije je potencialno iztekanje/migracija kovin v podtalnico, kar pa je možno preprečiti z uporabo biorazgradljivih kelacijskih agentov- ( S,S )-EDDS ter horizontalnih reaktivnih preprek.. Slika 14: koncept kombinirane okrepljene fitoekstrakcije (vir: phytoremediation and rhizoremediation, 2006 ). 7 Mikoremediacija. Mikoremediacija je uporaba gliv za razkroj ali odstranitev toksinov iz okolja. Glive z molekularnim razkrojem razbijajo mnoge kompleksne toksine v enostavne manj toksične kemikalije. Mikoremediacija ima velik potencial za odstranjevanje težkih kovin iz zemlje z kanaliziranjem kovin v sadna telesa-gobe. Izvedba mikoremediacije v praksi vključuje mešanje micelija v kontaminirano prst, polaganje preprog micelija na toksična mesta ali pa kombinacija teh tehnik v enem ali več zaporednih obdelavah tal.. 45.

7.1 Hiperakumulacija težkih kovin z micelijem in gobami. Izvedba mikoremediacije z težkimi kovinami onesnaženih tal bi se v praksi izvedla na sledeč način: na kontaminiranem mestu bi se na vrhu zemlje pripravilo zastirko iz organskih materialov ( žaganje, listje, slama ) v kateri bi se gojilo mikorizalne ali saprofitske glive, v času rasti gob bi te nemudoma pobrali, s tem pa bi se zmanjšal nivo kontaminacije. Te s kovinami nasičene gobe bi se nato odstranile kot toksični odpad z deponiranjem, shranjevanjem ali pa sežigom, ki bi omogočil nadaljnjo koncentracijo in reciklažo pridobljenih kovin.. Slika 15: mikoremediacija (vir: http://www.orcas-island-rentals.com). Za čiščenje vode onesnažene z težkimi kovinami je Rica in sodelavci ( 2003 ) uporabil micelij dveh vrst gliv ( Trametes versicolor & Pleurotus pulminarius ) in z njim uspešno odstranili 97% živosrebrnih ionov. Ugotovili pa so tudi, da v primeru ko so namesto živega micelija uporabili mrtvi micelij je ta iz vode še vedno odstranil 73-81% živosrebrnih ionov,. 46.

kar namiguje, da ima mrtvi micelij določene fizične karakteristike, ki povzročajo spajanje z živosrebrnimi ioni. Dlje časa kot je micelij v direktnem stiku z zemljo onesnaženo z težkimi kovinami, večja je absorbcija v micelij. Mlade mikorizalne kolonije bioakumulirajo manj kovin kot pa starejše kolonije večje velikosti. Razlog za to je dejstvo, da mikorizalne glive živijo v simbiozi z rastlinami in njihovimi koreninami zato sčasoma prodrejo v vedno večjo globino.. Slika 16: mikorizalne glive (vir: http://www.appliedturf.com). Saprofitske glive pa v glavnem rastejo na površini. Ta vrsta gliv se hrani z lesnimi odpadki in ima kratek čas obstoja v primerjavi z mikorizalnimi glivami, ki lahko na določeni lokaciji živijo tudi več desetletij. Tako lahko saprofitske glive uporabljamo za čiščenje nedavnih površinskih kontaminacij, medtem ko lahko mikorizalne vrste uporabimo kot transportni sistem za onesnažena območja globoko pod tlemi. Potem ko micelij konča s transportom težkih kovin v gobe se jih lahko pobere in nato transportira z območja.. 47.

Slika 17: saprofitske glive (vir: http://namyco.org). V primeru, da se te z težkimi kovinami nasičene gobe ne odstrani, bodo glive in bakterije povzročile njihov razkroj in s tem povratek težkih kovin nazaj v tla. Garcia in ostali ( 1998 ) ugotavlja, da saprofitske glive absorbirajo več svinca kot pa mikorizalne glive. Mikoremediacija je trenutno tehnologija v povojih in bo do njene komercializacije potrebnih še veliko eksperimentov in preizkusov v praksi.. 8 Vozila na električni pogon in baterijski akumulatorji 8.1 Zgodovina vozil na električni pogon. V letih pred 1830 je bil edini način transporta z uporabo konjev in pare, saj zakoni elektromagnetne indukcije in posledično električni motorji in generatorji še niso bili odkriti. Po tem ko je Michael Faraday leta 1831 odkril zakone elektromagnetne indukcije, je s tem omogočil razvoj in demonstracijo električnih motorjev ter generatorjev električnega toka, oboje pa je bilo ključnega pomena za razvoj električnega transporta. 48.

Časovnica:. •. Pred 1830 je bil v uporabi transport na parni pogon. •. 1831 Faradayev zakon ter izum DC motorja. •. 1834 Testna vožnja električnega vozila z baterijo za enkratno uporabo ( primarna baterija ). •. 1851 Električno vozilo z baterijo za enkratno uporabo doseže hitrost 30 km/h. •. 1859 Razvoj svinčene sekundarne baterije. •. 1874 Kočija na baterijski pogon. Slika 18: kočija brez konja (vir: http://static.ddmcdn.com). •. V 1870 ih se električna energija proizvaja z dinamo generatorji. 49.

•. 1885 Trikolesni avto na bencinski pogon. •. 1899 La jamais contente ( »ever striving« ) električni avto postavi svetovni kopenski hitrostni rekord ( 106 km/h ) in s tem postane prvo vozilo, ki preseže tako 60 mph kot tudi 100 km/h.. Slika 19: La Jamais Contente ( nikoli zadovoljen )(vir: http://images.hemmings.com). •. 1900 Prodanih je bilo 4200 vozil: - 40% parni pogon, - 38% električni pogon, -22% bencinski pogon.. •. 1912 Registriranih je bilo 34 000 električnih vozil. Razmerje med električnimi in vozili z notranjim izgorevanjem na trgu je 2:1. •. 1920 Električna vozila počasi izginjajo iz uporabe medtem ko vozila z notranjimi izgorevanjem prevladujejo na trgu. 50.

8.1.1 Specifikacije zgodnjih električnih vozil. •. 1897 French Krieger Co.: Teža: 1011 kg, Hitrost: 24 km/h, Doseg: 80 kilometrov/polnjenje. •. 1900 French B.G.S. Co.: Hitrost: 64 km/h, Doseg: 160 kilometrov/polnjenje. •. 1915 Lansden: Teža: 1116kg, Doseg: 150 kilometrov/polnjenje, 1t tovora. 8.1.2 Faktorji zaradi katerih so bila električna vozila popularna. -. Konji in njihovi iztrebki. -. Tiho in čisto obratovanje, zanesljivost, preprost zagon in vzdrževanje. -. Ekonomičnost. -. Statusni simbol. 8.2 Faktorji ki so privedli do izginotja električnih vozil. -. Izum zaganjača leta 1911 je omogočil lažji in varnejši zagon vozil z notranjim izgorevanjem. -. Izobilje poceni naftnih derivatov ter vrtin kot tudi bencinskih črpalk. -. Izboljšave v množični proizvodnji, ki jih je uvedel Henry Ford ( model T ), povzročijo padec cen vozil z notranjim izgorevanjem iz $850 ( 1908 ) na $260 ( 1925 ) v primerjavi z električnimi vozili $3150 ( 1908 Pope-Waverly surey Model 109 ) ter $2000 ( 1915 Detroit electric car company ).. -. Slabe ceste povzročajo poškodbe na bateriji. -. Pomanjkljiva polnilna infrastruktura. -. Omejen doseg ter hitrost 51.

Glavni razlog za uspešnost vozil z notranjim izgorevanjem je specifična energija petrolejskega goriva. Ta namreč znaša kar 9000 Wh/kg, medtem ko imajo svinčene baterije 30 Wh/kg ( 150 Wh/kg za Li-polimer baterije ).. Slika 20: Tesla Roadster (vir: http://www.teslasociety.com). 8.3 Primerjava vplivov vozil z notranjim izgorevanjem ter električnih vozil na okolje. Da bi lahko ugotovili dejanski vpliv vozil z notranjim izgorevanjem ter električnih vozil, moramo opraviti tako imenovano »well to wheels« analizo, kjer upoštevamo onesnaženje vseh delov energijskega cikla pri uporabi vozila in ne le vozilo samo.. 52.

8.3.1 Učinki onesnaževanja vozila. Vozila z notranjim izgorevanjem povzročata dva glavna problema: -. Neposredno/takojšnje onesnaževanje okolja z hrupom ter izpušnimi plini in delci. -. Za svoje delovanje trošijo neobnovljiva fosilna goriva, pri čemer se tvori toplogredni plin ogljikov dioksid, ki prispeva k segrevanju ozračja. Glavni onesnaževalci iz motorjev z notranjim izgorevanjem so ogljikov dioksid, ogljikov monoksid, dušikovi oksidi, VOC ( »volatile organic compounds« ), prašni delci in žveplov dioksid. Ogljikov monoksid preprečuje sposobnost krvi za transport kisika in lahko povzroči trajne poškodbe živčnega sistema. Dušikovi oksidi poslabšajo astmo, škodujejo pljučnemu tkivu ter povečajo dovzetnost otrok in starejših oseb za respiratorne infekcije. Dušikov oksid v prisotnosti VOC in sončne svetlobe tvori talni ozon, ki draži oči, povzroča poškodbe pljučnih tkiv ter druge probleme respiratornega sistema. Dušikov oksid prav tako prispeva pri tvorbi kislega dežja, čigar kislost ubija rastline in ribe. Znan karcinogen benzen je tudi prisoten v izpušnih plinih. Prašni delci povzročajo pljučne probleme, kot so zadihanost, poslabšanje stanja kardiovaskularnih bolezni, poškodbe pljučnih tkiv ter raka. Prav tako ne smemo zanemariti vpliva ogljikovega dioksida na planet. Ogljikov dioksid namreč odbija sončeve žarke nazaj na površino zemlje in jo pri tem segreva. Atmosferska koncentracija ogljikovega dioksida se je v zadnjih 100 letih povečala za okoli 25%. Velik problem vozil z notranjim izgorevanjem v počasnem prometu je dramatičen dvig porabe goriva pri počasnem pomikanju ter premo sorazmeren dvig stopnje onesnaževanja. Medtem ko pri električnih vozilih opazimo le rahel upad učinkovitosti elektromotorja, poveča pa se učinkovitost baterije, kar daje električnim vozilom konstantno učinkovitost pri širšem spektru hitrosti. Povprečne hitrosti vozil v mestih kot sta London in Tokyo so manj kot 15 km/h, v konicah pa so te hitrosti še precej nižje.. 53.

Slika 21: prometni zastoj (vir: http://tomorrowspaper.files.wordpress.com). Slika 22: primerjava motorja z notranjim izgorevanjem z električnim motorjem (vir: Battery operated devices and systems, 2008). 54.

Slika 23: primerjava porabe energije vozila z motorjem na notranje izgorevanje z električnim vozilom- prenos energije iz tanka/baterije na kolesa (vir: Electric vehicle technology explained, 2003). Slika 24: emisije in poraba energije za različne tipe vozil (vir: Electric vehicle technology explained, 2003 ). 55.

Cestni transport predstavlja 25% porabljene energije in s tem tudi 25% delež proizvedenih toplogrednih plinov. Osebni transport ima še večji vpliv v mestih, saj zelo velik del zračne onesnaženosti povzročajo vozila z notranjim izgorevanjem.. 8.4 Reciklaža baterij električnih vozil. Predpogoj za uspešno implementacijo električnih vozil je praktična metoda reciklaže baterij ter drugih komponent za shranjevanje energije v električnih vozilih. Kljub temu, da baterije električnih vozil vsebujejo toksične materiale ( svinec, kadmij, nikelj, litij ), je odstranitev, sežig, deponiranje v določenih primerih še vedno možnost ampak bi takšen način zmanjšal okoljevarstvene prednosti vozil brez emisij. Baterija je ena od najdražjih komponent v električnih vozilih in bi v primeru, da je ne recikliramo, predstavljala dvojni strošek in vpliv na okolje. Z reciklažo zmanjšamo stroške življenjskega cikla z povrnitvijo materialov visoke vrednosti.. Slika 25: GM Chevy Volt baterijski akumulator (vir: http://rockrivertimes.com). 56.

Baterije iz električnih vozil lahko na koncu njihovega življenjskega cikla uporabimo v manj zahtevnih sekundarnih aplikacijah, kot je recimo shranjevanje energije ( električno omrežje, domača uporaba ) s čimer bi jim podaljšali čas delovanja ter istočasno zmanjšali njihov vpliv na okolje. Na koncu pa je potrebno baterijo odstranit na takšen način da je možna reciklaža vseh vrednih ali nevarnih materialov. Rast trga za električna vozila je ključen faktor, ki bo določil katera vrsta baterij bo na vrsti za reciklažo čez naslednjih 10-15 let. Zelo težko je napovedati kdaj bo prišlo do pričakovane eksponentne rasti števila električnih vozil v cestnem prometu, natanko iz tega razloga pa se proizvajalci in izvajalci reciklaže neradi odločajo za investicije v reciklažno infrastrukturo. Zaradi konstantnega spreminjanja kemijske sestave baterij, bi lahko prišlo do zastaranja postavljenih reciklažnih procesov še pred občutnim povečanjem števila električnih vozil. Do sedaj se je za reciklažo baterij električnih vozil uporabljal obstoječi proces reciklaže, čigar uspešno obratovanje ni popolnoma odvisno od pritoka baterij iz električnih vozil. Ti procesi pa ne vedno omogočajo reciklaže vseh vrednih baterijskih materialov.. 8.5 Kvantitativna analiza onesnaževanja vozil. Tudi energija za električna vozila mora priti iz nekje. V primeru množične uporabe električnih vozil, bi se večina le teh morala polniti iz omrežja, kjer se električna energija pridobiva z kurjenjem fosilnih goriv, kot so premog, zemeljski plin in nafta. Obnovljivi viri energije trenutno zagotavljajo 16.7% energije ( 2010 ), ki se porabi v omrežju. Spodnji graf nazorno prikazuje vire, ki zagotavljajo energijo za svetovne energijske potrebe.. 57.

Slika 26: viri energije za energijske potrebe sveta (vir: http://en.wikipedia.org). Slika 27: 5 obnovljivih virov energije (vir: http://www.best-off-grid-computers.com). 58.