Экономика замкнутого цикла: как молодые ученые «Росатома» открывают производства

Мировой бум электромобилей создает новую экологическую проблему — что делать с отработавшими литийионными аккумуляторами? Уже через 6-8 лет после покупки машины батареи становятся опасными отходами. В России появилась и прошла испытания технология, которая не просто утилизирует их, а возвращает в промышленность литий, кобальт и никель для новых аккумуляторов. Накануне Дня российской науки редакция Наука Mail публикует материал молодых ученых «Росатома».

Почему переработка стала глобальным вызовом

Спрос на литийионные аккумуляторы растет экспоненциально, в первую очередь из-за электрического транспорта. Если в 2022 году мировой спрос оценивался в 700 ГВт·ч, то к 2030 году он достигнет 4700 ГВт·ч — рост составит около 27% в год.

В России, согласно концепции развития электротранспорта, к 2030 году планируется производить до 217 тысяч электромобилей в год.

Эта тенденция — прямой путь к накоплению опасных отходов. К 2040 году в мире, по прогнозам, образуется 7,3 млн тонн отслуживших аккумуляторов. При этом они содержат до 18% ценных металлов — лития, никеля, кобальта. Это делает их не мусором, а ценным вторичным сырьем, но только при наличии эффективной технологии переработки.

Пробел в российской переработке

Сейчас в России есть предприятия, которые занимаются только первичной обработкой батарей: их разбирают, извлекают так называемую «черную массу». Это порошок, который состоит из материалов катода и анода, где и сконцентрированы все ценные металлы.

Сама по себе черная масса не является готовым продуктом. Ее необходимо переработать, чтобы выделить отдельные чистые химические соединения. До недавнего времени в России этой стадии не было — черную массу не перерабатывали, а значит, ценные элементы безвозвратно терялись.

Технология, прошедшая испытания: от теории к практике

Разработанная учеными гидрометаллургическая технология уже успешно испытана на опытной установке в Институте «Гиредмет» производительностью 30 кг черной массы в сутки. Процесс состоит из трех ключевых участков, которые позволяют получить соли металлов «батарейного качества»:

1. Гидрометаллургический участок: выщелачивание и первичная очистка растворов от примесей.
2. Экстракционный участок: разделение цветных металлов (кобальта, никеля, марганца) с помощью трехкаскадной системы.
3. Участок осаждения и очистки: получение чистого карбоната лития.

В ходе работы были разработаны научные основы процессов. Например, впервые установлен механизм реакции выщелачивания, где лимитирующей стадией является образование устойчивого смешанного оксида кобальта. Также определены оптимальные условия экстракционного разделения металлов. Итогом стали три защищенных разработки.

Будущее технологии: путь на производство

Главный показатель — выход продукции. Из одной тонны черной массы можно получить до 550 кг ценных металлов в виде чистых соединений и до 400 кг графита. После внедрения стоимость переработки будет в основном определяться лишь ценой реагентов, что делает процесс экономически привлекательным.

Технология уже вызвала интерес у ключевых игроков рынка. Свою заинтересованность проявили Федеральный экологический оператор, который создает промышленный комплекс по переработке аккумуляторов, а также Топливный дивизион «Росатома», открывший в 2025 году первую в России гигафабрику по производству новых литийионных батарей.

Ближайшие планы команды — создание опытно-промышленной установки для получения партий продукции, пригодных для изготовления новых аккумуляторов. Также ведется работа над международным проектом: совместно с Физико-техническим институтом НАН Беларуси подана заявка в Постоянный комитет Союзного государства. Это открывает путь к масштабированию технологии и созданию полноценной отрасли рециклинга.