| Forside | | Indhold | | Forrige |

Behandlingsteknologier for batterier - Fase 2

3 Diskussion

3.1 Pyrolysen

3.1.1 Omsætning af plastic, papir m.v.

Ved den visuelle vurdering af batterierne efter pyrolysen kunne det konstateres at alt plastic, papir og lignende var omsat på alle batterierne i reaktionszonen.

Iltprocenten under pyrolysen blev holdt under 2%, og dette har sikret, at metaller i batterierne kun er blevet oxideret i meget beskedent omfang. Dette kunne bl.a. ses af, at jern på batterierne kun var en smule oxideret (rustent) efter pyrolysen. Ved en forbrændingsproces, hvor der er overskud af ilt, vil de tynde jernplader i batterierne praktisk taget gennemruste, og jernet vil dermed være værdiløst i forhold til en efterfølgende genanvendelse.

3.1.2 Fordampning af kviksølv

Ved pyrolysen er batterierne opvarmet til minimum 550 °C i minimum ½ time, hvorved den væsentligste del af kviksølvet i batterierne reduceres til metallisk kviksølv. Metallisk kviksølv har et kogepunkt på 357 °C, hvorfor der er sikret en effektiv fordampning af kviksølv fra batterierne. Imidlertid kan kviksølv blive fanget inde i batterierne, hvis de ikke lukkes helt op under pyrolysen, ligesom kviksølv på anden vis kan bindes i batterierne.

Analyser af restprodukterne fra pyrolysen viser et kviksølvindhold i forhold til den oprindelige batterivægt på i gennemsnit 2,7± 0,8 mg/kg batterier.

Indholdet i pyrolysegassen blev i gennemsnit målt til 114± 11 mg/kg batterier. Det ses således, at op mod 98% af den oprindelige kviksølvmængde på 117± 11 mg/kg er fordampet fra batterierne og fjernet med pyrolysegassen.

3.1.3 Bestemmelse af kviksølv i pyrolysegassen

Mængden af kviksølv, der er fordampet fra batterierne, er bestemt ved at fastlægge kviksølvmængden i en delstrøm fra pyrolysegassen, hvor både flowet i delstrømmen og i pyrolysegassen er holdt så konstant som muligt i hele forsøgsperioden. Herved kan pyrolysegassens middelkoncentration af kviksølv bestemmes, og på baggrund af flowet af pyrolysegassen kan den totale mængde kviksølv afgivet i forsøgsperioden bestemmes. Se tabel 4.1.

Kviksølvafgivelsen er naturligvis ikke konstant i hele forsøgsperioden, men vil starte ved 0 inden indfyring og herefter fluktuere i takt med at der indfyres batterier. Ca. 30 minutter efter at sidste portion batterier har opnået en temperatur på minimum 550 °C er det antaget, at der ikke afdamper mere kviksølv, og prøvetagningen er stoppet.

Det kritiske i forbindelse med beregning af kviksølvfordampningen er at måle flowet i pyrolysegassen, idet det er forbundet med en hvis usikkerhed, at registrere trykdifferensen over pitotrøret. Ligeledes var det ikke praktisk muligt at måle med pitotrøret over hele kanalens diameter, og der er derfor kun målt i kanalens centrum. Det skønnes, at der er en usikkerhed på flowet på omkring 10%.

Det beregnede flow på baggrund af målinger med pitotrøret ligger på 40-45 Nm³/h, og består primært af røggas fra gasoliebrænderen. Det målte og beregnede flow stemmer godt overens med den teoretiske røggasmængde som gasoliebrænderen producerer, idet den forbruger 3,12 liter gasolie pr. time. Det vurderes derfor at pyrolysegasflowene anvendt ved beregningerne er realistiske.

3.2 efterbehandling af de pyrolyserede batterier

For at undersøge mulighederne for fraktionering af de pyrolyserede batterier blev de knust og ved sigtning delt i en pulver- og en metalfraktion.

Metalfraktionen blev yderligere delt i en jernfraktion og en ikke-jernfraktion. Ikke-jernfraktionen bestod af kulstykker, pulverpatikler over 1mm, zink-klumper og messingelektroder/kobberstykker.

De pyrolyserede batterier blev knust i en langsomtgående kniv-shredder, men det viste sig, at specielt de små batterier selv efter to gange knusning ikke blev neddelt godt nok med denne type shredder. Dette betød at metalfraktionen indeholdt en del pulver, fordi det sad fast på jerndelene.

Ligeledes indeholdt metalfraktionen efter sigtningen en del pulverpartikler der var større end 1 mm.

På baggrund af vejninger af delprøver af jernfraktionen og ikke-jernfraktionen vurderes det, at ca. 8 % af den samlede pulvermængde findes i jernfraktionen som fastklæbet pulver og ca. 16% i ikke-jernfraktionen som partikler større end 1 mm.

Der er således behov for en bedre neddeling og mekanisk efterbehandling af batterierne, således at mest muligt pulver frigøres fra metaldelene.

Ligeledes kan der være behov for en yderligere findeling af ikke-jernfraktionen.

3.3 Oparbejdning af restfraktioner

I forbindelse med oparbejdning af batterier kan indholdet af kviksølv samt plastic og lignende give problemer på oparbejdningsvirksomhederne, hvis deres processer ikke er indrettet til at kunne håndtere dette.

Ved pyrolysen er plastic samt langt hovedparten af kviksølvet fjernet, således at ingen af de analyserede restfraktioner indeholder over 5 mg kviksølv pr. kg (middelværdi).

Efter at batterierne er pyrolyseret, er der to muligheder i forbindelse med den videre oparbejdning:

• De pyrolyserede batterier sendes uden videre bearbejdning til oparbejdning på zink- eller stålværk
• De pyrolyserede batterier adskilles i fraktioner, der kan sendes til forskellige oparbejdere

3.3.1 Oparbejdning af ufraktionerede batterier

Sendes de pyrolyserede batterier direkte til oparbejdning uden yderligere fraktionering, vil genanvendelsesgraden ikke være så høj, da det på zink- eller stålværker ikke er muligt at genanvende både jern, zink og mangan.

På et stålværk er det muligt at genanvende jern og ved efterfølgende oparbejdning af flyveasken også zink, mens mangan går tabt i slaggen. På et zinkværk vil kun zink kunne genanvendes, mens jern og mangan vil tabes i slaggen.

Som det fremgår af resultaterne indeholder en del af batterierne messing-elektroder (kobber og zink) og kobberdele. Det er vigtigt ved genanvendelse af jernfraktionen, at den friholdes for kobber, da selv små mængder kobber i stål kan ødelægge styrken. De fleste stålværker har derfor krav om, at genbrugsjern ikke må indeholde kobber.

Pyrolyserede batterier, der ikke er fraktioneret, vil indeholde en hvis mængde kobber fra messingelektroderne, og det er derfor ikke alle stålværker, der vil eller kan modtage disse batterier.

3.3.2 Oparbejdning af fraktionerede batterier

Det er muligt på en forholdsvis enkel måde at dele de pyrolyserede batterier i forskellige fraktioner. I undersøgelsen er batterierne opdelt i en jern-, ikke-jern-, og pulverfraktion.

Jernfraktionen

Denne fraktion kan, efter en bedre knusning og frigørelse af pulveret, umiddelbart afsættes og genanvendes på et stålværk. En bedre knusning og frigørelse af pulveret kan udføres ved at anvende en anden type shredder samt ved efterbehandling af de knuste batterier.

Efter en frigørelse af alt pulveret udgør jernfraktionen ca. 20% af den oprindelige batterivægt. Fraktionen kan afsættes i Danmark, og kan sammen med andet jernskrot umiddelbart oparbejdes på et stålværk i udlandet.

Pulverfraktion

Pulverfraktionen består primært af mangan (30-40%) og zink (25-30%), og kan oparbejdes på virksomheder i udlandet der specielt oparbejder disse metaller.

Ikke-jernfraktion

Denne fraktion indeholder, med undtagelse af kobber fra messingelektroder og kobberstykker, praktisk taget de samme stoffer som hovedbestanddelene i pulverfraktionen. Heraf er ca. 80% pulver med samme kemiske sammensætning som den frasigtede pulverfraktion.

Ikke-jernfraktionen og pulverfraktionen kan derfor sandsynligvis oparbejdes sammen, men dette er ikke undersøgt. I den samlede fraktion vil kobberindholdet udgøre ca. 1%. Hvis kobberet udgør et problem i forbindelse med oparbejdningen, er det muligt separere det fra ikke-jernfraktionen, eksempelvis ved findeling af kul og pulver i fraktionen og efterfølgende sigtning.

Pulver- og ikke-jernfraktionen udgør, inklusive fastklæbet pulver fra jerndelen, tilsammen omkring 60% af den oprindelige batterivægt. Heraf udgør mangan omkring 20% og zink omkring 20% af den oprindelige batterivægt.

Kulstof udgør 5-6% af de samlede fraktioner af ikke-jern og pulver, hvilket svarer til omkring 3% af den oprindelige batterivægt. Ved en termisk oparbejdning af zink og mangan vil kulstoffet kunne nyttiggøres som energikilde.

En oparbejdning af både jern, zink og mangan vil således betyde at i alt 60% af den oprindelige batterivægt genanvendes, mens omkring 3% kan nyttiggøres i form af energi fra kulstof i forbindelse med en termisk oparbejdning af zink og mangan.

3.3.3 Oparbejdning af ufraktionerede contra fraktionerede batterier

Som nævnt vil der være en forskel i oparbejdningsgraden ved oparbejdning af henholdsvis ufraktionerede og fraktionerede batterier.

Desuden vil der sandsynligvis også være en økonomisk forskel på de to muligheder, men dette er på nuværende tidspunkt ikke undersøgt. Det er dog indlysende, at en efterfølgende fraktionering af de pyrolyserede batterier vil gøre processen dyrere, men til gengæld må det formodes, at de fraktionerede restprodukterne har en højere værdi, da indholdet af henholdsvis jern og zink/mangan er større i fraktionerne, og de kan sendes til forskellige oparbejdere.

Den løsning der vælges i sidste ende, afhænger således både af den grad af oparbejdning der ønskes og af økonomien. Det skal dog understreges, at fraktioneringen, der giver den bedste oparbejdning, ikke nødvendigvis er den dyreste løsning, og det vurderes umiddelbart at denne løsning vil være den optimale både miljømæssigt og økonomisk.

3.4 Vurdering af den anvendte metode i forbindelse med fuldskala-anlæg

Pyrolysen med efterfølgende fraktionering af batterierne har procesmæssigt følgende fordele:

• Kviksølv og plastic m.v. fjernes fra batterierne
• Jernfraktionen kan afsættes i Danmark
• Den zink- og manganholdige fraktion skal oparbejdes i udlandet. Fraktionen udgør vægtmæssigt omkring 60% af den oprindelige batterivægt. Transportmæssigt kan derfor spares en del i forhold til at eksportere ubehandlede batterier
• Det er muligt at opnå en oparbejdning af jern, zink og mangan på omkring 60% af batteriernes oprindelige vægt
• Omkring 3% af batteriernes oprindelige vægt nyttiggøres ved en termisk oparbejdning af zink og mangan

Pyrolysegassen skal efterfølgende renses for kviksølv og komponenter fra den pyrolyserede plastic. På kommunekemi kan dette gøres ved at lede gassen til en af rotérovnene, hvorved brændbare komponenter vil blive afbrændt og kviksølv vil renses fra i den efterfølgende røggasrensning. Eventuelt vil det være en fordel at forrense gassen inden den tilføres rotérovnen, men dette beror på en nærmere vurdering.

3.5 Kviksølvindhold i de undersøgte batterier

Kviksølvindholdet i de undersøgte batterier er beregnet som den mængde, der er fordampet under pyrolysen, plus den mængde der er fundet i restfraktionerne. Hermed fås et middelindhold fra alle forsøgene på 117± 11 mg/kg. Der er udført 7 forsøg med i alt 518 kg batterier.

Før 1985 kunne alkalibatterier indeholde helt op til 10.000 mg kviksølv pr. kg, og et enkelt af disse gamle batterier kan i en enkelt forsøgsbatch bidrage med helt op til 35-40% af den totale kviksølvmængde i batchen.

Som nævnt under forsøgsfremgangsmåden er de anvendte batterier modtaget på Kommunekemi i 2002. Der er tilfældigt udtaget batterier til forsøgene fra 4 forskellige tromler, og batterierne må formodes at være repræsentative for de batterier, der indsamles. Det skal endnu engang understreges, at det omhyggeligt er sikret, at der ikke har været knapceller med kviksølv blandt de anvendte batterier.

I projektets fase 1 er angivet massebalancer for fire europæiske virksomheder, der oparbejder alkali- og brunstensbatterier. Virksomhederne har opgivet det gennemsnitlige kviksølvindhold i de behandlede batterier. Se tabel 3.1.

Tabel 3.1 Gennemsnitlige kviksølvindhold i alkali- og brunstensbatterier opgivet af oparbejdningsvirksomheder.

Den markant højere værdi hos Batrec skyldes antageligt at knapceller behandles sammen med alkali- og brunstensbatterier.

Hos de øvrige virksomheder er værdierne noget højere, end det der er fundet i den aktuelle undersøgelse. Det kan dog ikke udelukkes, at den højere værdi skyldes forekomst af knapceller med kviksølv i de behandlede batterier, da renheden af de sorterede batterier aldrig er 100%.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Top |