ネット・ゼロは、気候変動の影響を緩和するための重要な目標として、かねてより位置づけられてきました。最近、グラスゴーで開催されたCOP26サミットでは、この目標を実現するための枠組みが策定されました。 30カ国以上の政府が署名した宣言では、主要市場において2035年までに、その他の地域では2040年までに、すべての新型乗用車およびバンを100％ゼロエミッション化することが定められており、2050年までのネットゼロ炭素排出目標の達成において、電気自動車が果たす極めて重要な役割が浮き彫りになっています。
輸送部門の二酸化炭素排出量削減に向けた取り組みにおいて、電気自動車が果たす重要性は、各国の国内政策からもさらにうかがえる。バイデン政権は、2030年までに米国における電気自動車の販売比率を50％にするという大統領令を発表した。英国、ノルウェー、ニュージーランドをはじめとする多くの国々が、消費者が電気自動車に乗り換えるよう促すため、全国規模のインセンティブの提供を開始している。 2022年2月末時点で、英国の公道上を走行する純電気自動車は42万台を超えていると報告されており、インセンティブや市場の圧力、高排出ガス車に対する規制などが相まって、電気自動車セクターの急速な成長が引き続き後押しされている。
しかし、この業界がこのままのペースで成長を続けるためには、克服すべき大きな課題に直面している。EVの車体部分の多くは比較的豊富な資源に依存しているが、エネルギー貯蔵に関してはまったく事情が異なる。 現在、電気自動車に使用されているバッテリーの寿命は最大で10～20年ですが、多くのメーカーが提供している保証期間は5～7年に留まっています。このことを踏まえると、2021年から2030年の間に、1,285万トンのEV用リチウムイオンバッテリーが使用済みとなる見込みです。
構成材料への需要増加は、すでに現在のバッテリーに不可欠な成分であるリチウム塩の価格に甚大な影響を及ぼしている。S&Pグローバル・コモディティ・インサイトズの推計によると、炭酸リチウムの価格は2020年2月から2022年2月までの2年間で、1トンあたり9,000ドルから55,000ドルへと上昇した。 電気自動車への需要が絶えず増加していることや、家庭用太陽光発電設備に組み合わされるバッテリーなど、その他のエネルギー貯蔵用途の拡大に牽引され、さらにチリやセルビアでは地元住民の反対により予定されていた鉱山開発計画が縮小されたことが決定的な要因となり、この価格高騰はバッテリー生産コストを大幅に押し上げる可能性があり、その結果、これらの技術の普及ペースが鈍化する恐れがある。
エネルギー密度が高く、寿命の長いバッテリーの開発が進めば、単位当たりの材料使用量を削減できる見込みです。したがって、この分野におけるイノベーションは、バッテリー生産の増加が天然資源に与える負担をある程度軽減することが期待されます。ここ数十年、この分野では開発が活発化しています。 最近の政策変更により、今後数年間でさらに力強い成長が促進され、フォード、メルセデス・ベンツ、フォルクスワーゲンといった大手自動車メーカーがこぞってこの分野に参入しています。開発に向けた大きな推進力が確実に見込まれるものの、電気自動車に対する増え続ける需要を満たすには、それだけでは不十分である可能性があります。
使用済み電池のリサイクルによる貴重な原材料の回収は、需要を満たす上で重要な役割を果たすことになるでしょう。また、供給逼迫による原材料コストの高騰を背景に、経済的な採算性がますます高まるだけでなく、社会的・政治的にも魅力のある取り組みとなる可能性があります。
2022年2月初旬、グレンコアとブリティッシュボルトの合弁会社は、イングランド南東部に年間1万トンのリチウムイオン電池を処理できるリサイクルプラントを建設する計画を発表した。 同施設は2023年半ばまでに稼働開始が見込まれており、英国のリサイクル市場における現在の供給不足を解消するのに役立つと期待されている。処理能力が確保されれば、リサイクル技術の革新が、バッテリーに含まれる高価値な構成材料を再生する上で極めて重要な役割を果たすことになるだろう。
従来、リチウムイオン電池のリサイクル方法としては、電極を機械的に破砕し、その破砕物をバインダーを溶解できる化学エッチング剤や溶剤で処理する方法が用いられてきた。その他の既知のリサイクル方法としては、熱冶金法や湿式冶金法による金属の回収がある。
高温炉を用いて構成金属酸化物を還元し、合金化する熱冶金プロセスは、一般的に、電池の重量の最大50％を占める可能性のある電解液やプラスチックの回収とは両立しません。 重要な点として、このプロセスでは現在、リチウム塩などの貴重な成分を回収することができません。回収できる材料の種類が限られていることに加え、有毒ガスの放出や湿式冶金による後処理の必要性といった環境上の問題や、高いエネルギーコストも課題となっています。
バッテリーのリサイクルプロセスの改善に取り組む革新的な企業や研究機関がますます増えています。バッテリー材料を回収して再利用するための、安全かつ費用対効果の高い方法を開発することは、交通分野を持続可能な形に変革するための重要な要素であると認識されています。
ファラデー研究所は2018年、1,400万ポンド以上の資金を得て「ReLiBプロジェクト（電気自動車用リチウムイオン電池のリサイクル）」を立ち上げ、バーミンガム大学における新たな電池試験・保管施設の設置を支援した。これらの施設により、バーミンガム大学およびレスター大学の研究者たちは、標的を絞った超音波を利用した新たな分離手法を開発することができた。 研究者らは、活物質、バインダー、および集電体（金属）の3成分からなる相境界が極めて重要であること、また高出力の超音波を用いることでその相境界付近でキャビテーションを誘起できることを認識しました。キャビテーションによって形成された気泡の崩壊を利用して材料内に衝撃波を発生させ、相境界を機械的に引き離すことで、化学反応を一切必要とせずに各層を物理的に分離しています。 単なる超音波振動ではなくキャビテーションを利用することで、相境界に遥かに強力で集束した力を加え、材料を引き裂くことができる。
実用面では、電極シート（集電体に結合された電極材料）を水槽内を通過させ、特別に配置された超音波プローブを用いて、電極材料、バインダー、および集電体材料が接合する部分にキャビテーションを誘起します。これにより、剥離した電極材料は水面に浮上し、容易にすくい取ることができ、清浄な集電体（金属箔など）だけが残ります。 高温やエッチング酸は必要ありません。また、水のかわりに適切な溶媒をタンクに使用したり、すくい取った材料を溶媒で洗浄して後で溶解させたりすることで、バインダーを活性電極材料から分離することも可能です。
この革新技術は、迅速かつクリーンで連続的な分離プロセスを実現し、分離された製品ストリームを自動的に取り出すことができるため、同一のバッテリーから複数の異なる材料を回収し、再利用することが可能となります。
このような技術の進歩は、リチウムイオン電池の持続可能性を確保する上で重要な要素である、電池の効率的なリサイクルの道を開くことになるでしょう。これは、環境問題、消費者の嗜好の変化、そして政府の目標に牽引され、より電動化が進んだ未来への移行を促進する上で、重要な手段となります。
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「使用済み電池をリサイクルして貴重な原材料を回収することは、需要を満たす上で重要な役割を果たすことになるだろう」
