Az akkumulátor környezetre gyakorolt hatásai

Az akkumulátorokkal kapcsolatos különleges bánásmódot a bennük található erős sav-, valamint ólomtartalmuk indokolja (veszélyességüket ezek okozzák). A sav - ha kijut a környezetbe - károsan befolyásolja a talaj és a vizek pH-ját, lehetővé teszi nehézfémek oldatba jutását, míg az ember bőrére kerülve súlyos sérülést okoz.

A 109/2005. (VI. 23.) Kormányrendelet (továbbiakban Kormányrendelet) hatására évekkel ezelőtt megindult hazánkban a hordozható elemek és akkumulátorok gyártói finanszírozású, szervezett visszagyűjtése és ártalmatlanítása. Különféle méretű és kapacitású visszagyűjtő rendszerek alakultak, és ezeken keresztül már az első évben (2008) mintegy 500 tonna hordozható áramforrás hulladék került - a lakossági kommunális rendszerek helyett -szelektív begyűjtésre és ártalmatlanításra.

Az egyre növekvő begyűjtési arány teljesítésének következtében, a növekvő termékforgalom mellett is csökkenni fog a települési hulladékáramba ellenőrizetlenül kerülő kémiai áramforrások mennyisége. A begyűjtésre nem kerülő hordozható áramforrások számszerű értéke a 2008-as közel 1480 tonnáról 2016-ra 1100 tonnára, 26%-al csökken.

Az alábbi fejezetben ismertetjük az akkumulátorok főbb összetevőinek a környezetre gyakorolt hatásait valamint azokat a lehetőségeket, amelyekkel e környezetterhelés csökkenthető.

Tovább olvasom >>

Az ólom környezeti hatásai

Az ólom toxikus nehézfém, az emberi szervezetbe jutva károsítja az érrendszert, az immunrendszert, a reproduktív szerveket, felhalmozódva idült mérgezést okoz. Az akkumulátorok elsősorban akkor jelentenek veszélyt, ha otthon gépjárműszerelést, akkumulátorcserét végzünk. Az ólom jól eladható fém, így az akkumulátorok feldolgozása működő és hasznos vállalkozás már Magyarországon is üzemel (Jász-Plasztik Kft). Az évente mintegy húszezer tonna mennyiségben begyűjtött kimerült, használhatatlan akkumulátort egyedüli vállalkozásként jogosult újrahasznosítani. Tájékoztatásuk szerint az újrahasznosítás mértéke 94%.

1. ábra: Főbb összetevők és alkotóelemek a jelenlegi ólomsavas akkumulátorokban

forrás: Lopez et al., 2015

Az ólombányászat során meddőércek, salak és hulladékvíz keletkezik. Ezen felül jelentős talaj- és vízszennyezéssel is járhat. A szennyezőanyagok az ólom, a cink, a nikkel és a kobalt lehetnek. Az ólom másodlagos előállítása kisebb környezeti hatással jár.

2. ábra: A világ ólombányászata 2014-ben

Az ólomszennyezés egyik közege a levegő. A háztartásokban lévő por és a városi talaj a legvalószínűbb hozzájárulói az ólom levegőbe kerülésének. Az atmoszférikus ólom nagyon apró részecskékként kerül a levegőbe a színesfém-gyártás során. Ezek könnyen bekerülhetnek az emberi szervezetbe belégzéssel vagy az elfogyasztott étel és víz révén. Az ólomipar környezeti következményei a levegőbe kerülő ólom szabályozásával hatékonyan mérsékelhetőek lennének. A Blacksmith Intézmény által elemzett, a fejlődő térségekben lévő 2095 szennyezett helyen vett minta egynegyede volt ólom által szennyezett (Lopez et al., 2015).

3. ábra: Az ólomsavas akkumulátorok begyűjtésével összefüggésbe hozható ólommérgezések aránya a gyerekek körében

A levegőben lévő ólom egyik fontos antropogén forrása a bányászat és a kohászat. Ennek környezeti és egészségügyi vonatkozása felkeltette a kormányok figyelmét, és az elmúlt néhány évtizedben megelőző intézkedéseket vezettek be (pl. szűrők telepítése). Ausztráliában például az ólom jelenlétét mutatták ki aeroszolokban, porban és talajban az egyik jelentős bányász- és kohászati üzemhez közeli városi körzetben, ahol a félsivatagos környezet hozzájárul az ólom mobilizálódásához a lakossági területek felé.

Az ólom-sav akkumulátorok kisvolumenű („házi”) újrahasznosítása hátrányos is lehet a nem szabályozott körülmények miatti porszennyezésből adódóan.

A tanulmányokból az derül ki, hogy az ólomipari szennyezések szigorú szabályozásokat igényelnek. A másodlagos gyártás virágzása miatt égető szükség lenne a folyamat minél tisztábbá tételére irányuló kutatások lefolytatására (Lopez et al., 2015).

A környezeti szabályozásnak szigorú betartatási és monitoring eszközöket is tartalmaznia szükséges a fejlődő országokban is, annak elkerülése érdekében, hogy a termelés áthelyeződjön a szigorúbban szabályozott területekről a gyengébben szabályozottakra ezzel jelentős környezetterhelést okozva. Ausztráliában például az ólom kibocsátási határértéke 0,5 mg/m³, míg Kínában 1,5 mg/m³ (Lopez et al., 2015).

A levegőben lévő ólom naprakész nyilvántartásának elérhetővé tétele a lakosság számára segíthetne az ólommérgezés megfékezésében, hiszen ezzel a kis közösségek és üzemek is nyomonkövethetnék a koncentrációt és ezzel a kockázatot.

Az ólomgyártásból adódó nagyobb környezeti hatást kiváltó országok a vizsgálat eredményei szerint általában fejlődő országok és szabályozásuk lazább. A cikk íróinak javaslata szerint a környezeti szabályozásoknak nemzetközi alapokon lenne szükséges működniük annak érdekében, hogy a kockázatok ne helyeződjenek át a szigorúbb szabályzású országokból a kevésbé szigorúbbakba (Lopez et al., 2015).

4. ábra: Ólom emberi szervezetben okozott hatásai

Az elektrolit környezeti hatásai

Statisztikák szerint csak Kínában évente kb. 3 millió tonna akkumulátorhulladék keletkezik, és az ólom-sav akkumulátorok gyártásának növekedési üteme várhatóan még nagyobb lesz a közeljövőben.

Az ólom-sav akkumulátorok fő összetevői a következők:

• ólom
• ólom-dioxid
• elektrolit (kénsav)
• desztillált víz

Az elektrolitnak és az ólomnak köszönhetően az ólom-sav akkumulátorok számos környezeti és egészségügyi kockázatot rejtenek magukban. Tűz-, robbanás- és mérgezésveszélyesek.

Az ólom-sav akkumulátorokban található kénsav (H₂SO₄), mint elektrolit környezetbe kerülése magas kockázatot jelent. A kénsav folyékony állapotban található meg az akkumulátorban a többi összetevővel ellentétben, így például a külső burkolat elöregedéséből adódó sérülés következtében beálló szivárgás esetén a legnagyobb környezeti kockázatot ez az anyag jelenti. A kénsav szivárgásának veszélye a gyártás, a feldolgozás, a szállítás, a használat és a tárolás során is fennáll, amennyiben az akkumulátor külső burkolata megsérül.

A kénsav egy vízben jól oldódó, erősen korrozív vegyület, amely koncentrációtól függően különböző tulajdonságokkal rendelkezik. Kis koncentrációban is maró hatású a fémekre, élő szövetekre, sőt még a kövekre is, nagyobb koncentrációban azonban erősen dehidratáló és oxidáló tulajdonságú is. A vele való érintkezés hidrolízises folyamattal komoly égési sérüléseket okozhat, de nagyobb koncentrációban még másodlagos termikus égési sebeket is kiválthat. Szembe kerülés esetén tartós vakságot, lenyelés esetén visszafordíthatatlan károkat okozhat a szervezetben. Nedvszívó hatásának köszönhetően a levegőben lévő párát is képes abszorbeálni (Zhang et al., 2016).

A kénsav kiszivárgása esetében fennálló környezeti és egészségügyi kockázatokat értékeli egy Kínában végzett tanulmány (Zhang et al., 2016). A kísérletben az akkumulátorban található elektrolit 29-32%-a volt kénsav, amely 4,2-5 mol/liter koncentrációban volt jelen. A szivárgási terület 0,025 m² méretű volt. A szivárgás helyére annak megfékezése érdekében habot permeteztek 10 perc után. A szivárgás a számítások szerint kb. 19 m² területet érintett a felszínen. A folyadék egy része elpárolgott, a szél becsült sebessége 1 m/s volt.

A mérések eredményei szerint a kénsav maximális koncentrációja a felszínen hátszél esetén 268 mg/m³, a szivárgás által érintett távolság ezirányban 12,7 m volt. Ezen távolság felett a kénsav hatása elhanyagolható (Zhang et al., 2016).

Újrahasznosítás

Az ólomgyártásnak két fő ólomforrása van: primer és másodlagos. Az ismert ólomérc mennyisége 85 millió tonna. A legtöbb primer forrás esetében az ólom ásvány formájában van jelen. Ilyen ásvány a galenit (PbS), a cerusszit (PbCO3) és az anglesit (PbSO₄). A másodlagos ólom ezzel szemben használt ólom-sav akkumulátorokból származik.

7. 5. ábra: A globális újrahasznosítási piac növekedése

A világon eladott összes akkumulátor közül az ólom-savasak kb. 60%-ot képviselnek. Az ólom újrahasznosítása egyszerű, a másodlagos (újrahasznosított) ólom megkülönböztethetetlen a primer forrásból származótól. A világon jelenleg használt ólom kb. 50%-a újrahasznosított. A fémek regenerálása sokkal egyszerűbb és sokkal kevesebb energia-felhasználással jár, mint azok ércekből való kinyerése. A másodlagos ólom előállításához szükséges energia 35-40%-a az ólomércből való kinyeréshez szükségesnek. Ezeken túl az ólom visszanyerése csökkenti az ólom szétszóródását a környezetben és hozzájárul az ásványok megőrzéséhez. Becslések szerint a használt ólom 85%-a újrahasznosítható (Smaniotto et al., 2009).

A fő ólomtartalékok az USA-ban, Ausztráliában, Candában, Peruban és Mexikóban vannak, ezen országok a legnagyobb ólomelőállítók. Évente kb. 3 millió tonnát állítanak elő a világon összesen. Vizsgálati eredmények szerint a jelenleg előállított ólom 47%-a származik másodlagos termelésből, és az ólom-sav akkumulátorok 85%-a újrahasznosított. 

6. ábra: Újrahasznosítás mértéke a különféle alapanyagok esetében

Az akkumulátorokat szétzúzzák és így automatikusan több komponensre esnek szét. A savat összegyűjtik és semlegesítik, majd ártalmatlanítják vagy újrahasználják. A műanyagrészeket (az akkumulátor kb. 5 %-a) polipropilénre és egyéb műanyagokra bontják. Az ólomgridekből alacsony hőmérsékleten visszanyerhető az ólomfém az ólom alacsony olvadási hőmérsékletének köszönhetően. A fémkomponensek (55% tömegszázalék) osztályozásra kerülnek az olvasztáshoz. Az ólompaszta 60 tömegszázalékban ólom-szulfátból, 28 tömegszázalékban ólom-dioxidból (PbO₂), 9 %-ban ólom-monoxidból (PbO) és 3%-ban tiszta ólomból áll (Smaniotto et al., 2009).

7. ábra: Ólomsavas akkumulátor újrahasznosítási folyamata

Source: http://www.berzelius.de/ecobat/rp/-ECOBAT Technologies

Az pirometallurgiai eljárás olvasztás fázisánál az ólom olvasztással történő kinyerése következik a zúzalékból. A zúzalékhoz először általában koksz vagy más magas széntartalmú anyagot, valamint nátrium-hidroxidot és nátrium-nitrátot vagy nátrium-karbonátot adagolnak. Ezzel a kén és más fémek (réz, ón, arzén, ezüst, stb.), eltávolítását segítik elő. A keletkező Na₂SO₄(aq) eladható melléktermék. Sajnos azonban nem minden kén távolítható el a keverékből, ez általában vassal képezve vegyületet a salak része lesz. A zúzalékból a nem oldódó PbCO₃ vagy Pb(OH)₂ megolvasztásra kerül. Az olvasztást forgókemencében végzik (Smaniotto et al., 2009), (Zhang et al., 2016).

8. ábra: Újrahasznosítás folyamatábrája

forrás: Zhang et al., 2016

Környezeti szempontból ugyan az ólomhulladék kezelésére az újrahasznosítása a legelőnyösebb eljárás, de ez természetesen nem jelenti azt, hogy az nem jár kedvezőtlen hatásokkal. Az újrahasznosítási eljárás környezetszennyező lehet a gáz- és részecskekibocsátás miatt. Az eljárás során évente 200.000 tonna salak keletkezik, valamint 280.000 tonna üledék a kénsav semlegesítéséből. A salak méret szerinti összetétele nagyon heterogén: a méteres tömbök és a hamu között változik. A tömbök főként megnyúlt szulfidkristályok, míg a reaktor alján az olvadt ólom egy felszíni réteget képez. A salak minőségi összetételében is nagyon változatos az olvasztási eljárás eredményességétől függően. Az egyik fő összetevő a NaFeS_2, illetve NaFeS₂·2H₂O, NaCO₃, koksz és ólom tiszta vagy ólom-szulfid formában. A salakot átmenetileg általában kültéri nyitott lerakóban tárolják, ahol az oldható részek távoznak, és ezzel stabillá válik. Ahhoz, hogy a salak környezeti szempontból biztonságossá váljon, legalább hat hónap szükséges, amely idő alatt természetes körülmények között vagy mosás hatására kimosódnak az oldódó komponensek.

Mindazonáltal a salak egy veszélyes ipari hulladék, amely az expozíciós feltételektől függően mérgező és korróziv lehet. Veszélyessége miatt nem lehet hulladéklerakókban vagy zárt környezetben elhelyezni, bár stabilizálása lehetséges az oldódó részek eltávolításával. A salak másodlagos nyersanyagként való hasznosítására vonatkozó alternatívákra vagy a szennyezési potenciáljának csökkentésére tehát szükség lenne (Smaniotto et al., 2009).

Már folynak kísérletek a por alakú salak hasznosítására például betonban a cement részleges kiváltására, illetve a kerámiák alapanyagába való belekeveréssel. Ezek a módszerek azonban megváltoztathatják a termékek tulajdonságait, és a kivitelezési módoktól függően az ólom akár ki is mosódhat a szerkezetből.

Az ólom kinyerése a salakból egy fontos állomása lenne a hulladékkezelésnek, mivel ezesetben a környezeti kockázatok jelentősen csökkennének. Erre vonatkozóan azonban jelenleg nem található fellelhető irodalom, a cikk írói ezért erre tettek kísérletet, amely sikeresnek mondható, hiszen a salak EDTA-val (etilén-diamin-tetraecetsav, C₁₀H₁₆N₂O₈) való reagáltatása során, flourid jelenlétében kinyerhető. Ez az eljárás azonban jelenleg még nincs elterjedve (Smaniotto et al., 2009).

A fenti pirometallurgiai eljárás a legelterjedtebb jelenleg, azonban kifejlesztés és hatékonyabbá tétel alatt vannak az elektrotechnikai, „elektrokinyeréses” módszerek is, bár ezek költséges és indirekt szennyező voltuk miatt jelenleg még nincsenek használatban. Ezek elemzése a szakirodalmi kutatás későbbi részét fogják képezni (Zhang et al., 2016).

A másodlagos ólom forrásai több mint 85%-ban az ólom-sav akkumulátorok. Mivel az ólom ártalmatlanítása nem lehetséges, ezért az újrahasznosításra mindenképpen szükség van. A pirometallurgiai eljárással kibocsátott sulfur-oxidok, nitrogén-oxidok és ólomtartalmú részecskék komoly veszélyt jelentenek a környezetre és az egészségre. Az ólomelőállító gyárak közelében előforduló ólommérgezések és ólomszennyezettség szintén jelentős tényezők. Számos alacsony hőmérsékletű, „elektrokinyeréses” eljárást teszteltek annak érdekében, hogy a PM_2.5 méretű ólomrészecskék is kinyerhetőek legyenek. Az elektrotechnikai módszerek általában nagy energiaintenzitásúak és nem gazdaságosak. Továbbá indirekt szennyezéssel is járnak, amennyiben a felhasznált elektromos energia fosszilis energiaforrásból származik (Zhang et al., 2016).

Számos új módszert fedeztek fel az elmúlt időszakban a környezetterhelés csökkentése, a kisebb energiafelhasználás és a nagyobb hatékonyság érdekében a használt akkumulátorokra vonatkozóan. A használt akkumulátorok közvetlenebb, minél kevesebb lépésben történő átalakítása újakká szintén figyelembe veendő szempont az újrahasznosításkor.

Az ólom földrajzi áramlásának trendjei

Az ólomtartalmú termékek előállításához szükséges ólomnak két fő forrása van: az ólomércek és a használt ólomsav akkumulátorok. 1992 és 2012 között mindkét forrás kereskedelmi üteme megnőtt. Az ólomipar miatti potenciális környezeti és egészségügyi veszélyek területileg főként fejlődő vagy átmenet alatt álló országokhoz köthetőek (Lopez et al., 2015).

Napjainkban az ólom elsősorban az ólom-sav akkumulátorokban használatos.

Az ólom vonzó tulajdonsága, hogy az egy kémiailag stabil elem mind levegőben, mind vízben és talajban. Elektromos vezetőképessége kicsi, jól ellenáll a korróziónak, ezért alkalmas korrozív folyadékok, például kénsav tárolására.

9. ábra: A világ főbb ólomtermék kibocsátói és a kibocsátások növekedése

A finomított ólom ólomércből való előállítása nagyon régóta elterjedt. A fő előállítók Kína, Ausztrália és az USA. Ezen országokat követi Peru, Mexikó, Kanada és Svédország. Az 1980-as évek óta azonban a finomított ólom már a használt ólom-sav akkumulátorokból, másodlagos gyártással is előállításra kerül.

Az elmúlt tíz évben a finomított ólom előállítására megnövekedett az igény főként a gépkocsikban, telekommunikációs eszközökben, valamint a nap és szélenergiát hasznosító iparágakban alkalmazott ólom-sav akkumulátorok gyártása miatt.

10. ábra: Évente előállított akkumulátor tárolókapacitások a világban

Az elsődleges (primer forrásból származó) ólomgyártás általában más fémek (pl. réz, cink) előállításával kapcsoltan történik, míg a másodlagos ólom előállítása használt ólom-sav akkumulátorok újrahasznosításával folyik.

A nemzetközi ólomkereskedelem megnőtt az elmúlt évek során. Ennek fizikai áramlásának és mértékének megértése segít a hatékonyabb újrahasznosítás elősegítésében. A 2000-es évig jellemzően a fejlődő országokból a fejlettekbe volt erős az ólomimport. Ekkor azonban ugrásszerűen megnőtt az igény a fejlődő országokban is az ólomra, amely a környezetterhelést jelentősen erősítette az előállítási helyeken.

Lopez tanulmányának célja bemutatni a világkereskedelembe bevont ólom elhelyezkedését és áramlási útvonalait, illetve az érintett országok eloszlását egy lehetséges hatékony logisztikai rendszer kialakítására a használt ólom-sav akkumulátorokkal kapcsolatban. Ezen felül célja megvizsgálni az ólom mozgásának, használatának és felhasználásának mintáit és trendjeit az elmúlt két évtizedre vonatkozóan. Ez az információ fontos az ólom másodlagos gyártása kilátásainak és környezeti hasznának vizsgálata szempontjából (alacsonyabb energiaigény, kisebb környezeti hatás a bányászat kiküszöböléséből adódóan).

A tanulmány szerint 1992 és 2012 között az ólom-sav akkumulátorok kereskedelme szignifikáns növekedést mutatott. A vizsgálatból kiderül, hogy a finomított ólom elsődleges forrásai fontos szerepet töltöttek be ebben az időszakban, illetve, hogy az összes finomított ólomból előállított termékek között az ólom-sav akkumulátorok képviselik a legnagyobb arányt. Az 1992-es 66%-os részesedéshez képest 2011-ben már 85%-os részesedés volt jellemző. Elmondható, hogy az ólomfelhasználás növekedésének legfontosabb oka az ólom-sav akkumulátorokra való megnövekedett igény. Ezzel egyidőben a használt ólom-sav akkumulátorok fontos forrásokká váltak az ólomgyártásban. A másodlagos ólomgyártással a használt akkumulátorokból származó ólom kiválóan újrahasznosítható.

Az ólom-sav akkumulátorok gyártásának növekedését a járművekben használt akkumulátorok dominálták, ugyanakkor a más felhasználású ólom-sav akkumulátorok növekedése is folyamatosan gyorsult.

Összességében az ólom mozgásában leginkább érintett régiók: Kelet-Ázsia és a Csendes-óceáni térség, Latin-Amerika és a Karib-térség, Európa and Észak-Amerika. Kelet-Ázsiában és a Csendes-óceáni térségben szignifikáns növekedés következett be az ólomérc importjában és exportjában, illetve ugyanezen régió volt az elsődleges ólom-sav akkumulátor-ellátó is. Latin-Amerikában és a Karib-térségben szintén növekedés volt megfigyelhető mind az ólomérc, mind az ólom-sav akkumulátorok tekintetében. Európa stabilitást mutatott az ólomforrások kereskedelme terén, azonban az ólom-sav akkumulátorok beszállításában ezen régióban is növekedés volt megfigyelhető. Észak-Amerika beszállításban az ólomérc tekintetében, valamint az ólom-sav akkumulátorok nettó importjában mutatott növekedést.

A vizsgált 20 év alatt az egyik fő ólomgyártó ország, Kína figyelemre méltó növekedést mutatott az elsődleges ólom előállításában. Ugyanez mondható el Indiáról, Brazíliáról és Törökországról. Ausztráliában és az USA-ban 2002-ben volt a csúcs, ezután csökkenés következett be. Ezen két ország azonban beszállítóként növelte az ólomérc forgalmát. Kínában nem volt export korábban, de az importja 271%-kal megnőtt a vizsgált időszakban. Az ólomérc-import súlya Európából Kelet-Ázsiába (főként Kínába és Dél-Koreába) helyeződött át. Kína ellátója elsősorban Peru volt, ezt követte Ausztrália, Oroszország és az USA. Dél-Koreájé szintén Ausztrália, USA és Peru.

A másodlagos gyártás (az ólom használt ólom-sav akkumulátorokból való kinyerése) a tanulmányba bevont 20 ország többségében növekedést mutatott, legnagyobb mértékű Kínában volt. A vizsgált időszakban az USA volt a fő gyártó ezen a területen, a növekedés azonban enyhe volt.  India, Mexikó, Brazília és Spanyolország viszont erőteljes növekedést mutatott ebben. A használt ólom-sav akkumulátorok kereskedelméről szóló adatok hiányosak, az azonban megállapítható, hogy Mexikóból az USA-ba való áramlás erőteljesebb lett.

A vizsgált időszakban a nem járművekben használt ólom-sav akkumulátorok terén volt a legnagyobb áramlási növekedés az 1992-es állapotokhoz képest (Lopez et al., 2015).

2016. december

Dr. Somogyi Andrea PhD  –  Sokorai Eszter környezetmérnök - Csonka Attila dipl.ing