ปัจจุบันเทคโนโลยีการรีไซเคิลแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าไม่ได้เป็นเพียงแค่เรื่องในห้องทดลอง แต่ พัฒนาจนสามารถนำมาใช้งานจริงในเชิงอุตสาหกรรมแล้ว และในอีก 10 ปีข้างหน้า (ทศวรรษ 2030) กระบวนการนี้จะกลายเป็นห่วงโซ่อุปทานหลักของอุตสาหกรรมยานยนต์ทั่วโลก
กระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่ Lithium Iron Phosphate (LFP) กำลังเป็นโจทย์ใหญ่ในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบัน หันมาใช้แบตเตอรี่ LFP เพราะต้นทุนผลิตต่ำและปลอดภัย แต่โครงสร้างทางเคมีของ LFP กลับสร้างปัญหาสอย่างมากในการรีไซเคิล
ข้อจำกัดด้านมูลค่าแร่ธาตุของแบตเตอรี่ LFP สาเหตุหลักที่ทำให้การรีไซเคิล LFP ในอดีตไม่คุ้มทุน เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภท NMC (Nickel Manganese Cobalt)
แบตเตอรี่ NMC มี นิกเกิล (Nickel) และ โคบอลต์ (Cobalt) ซึ่งเป็นโลหะที่มีราคาสูงมากในตลาด ทำให้ผง Black Mass จาก NMC ขายได้ราคาสูง คุ้มค่ากำไรของโรงงานรีไซเคิล ในขณะที่ LFP มีส่วนประกอบหลักคือ เหล็ก (Iron: Fe) และ ฟอสเฟต (Phosphate: PO4) ซึ่งเป็นแร่ธาตุราคาถูกและหาได้ทั่วไป
ลิเธียม (Lithium) ในแบตเตอรี่ LFP แร่ธาตุชนิดเดียวที่มีมูลค่าเชิงพาณิชย์คือ ลิเธียม มีสัดส่วนราว 4-5% ของน้ำหนักเซลล์ หากราคากลางของลิเธียมในตลาดโลกตกต่ำ ค่าใช้จ่ายในการขนส่ง ถอดประกอบ และผ่านกระบวนการเคมีเพื่อสกัดลิเธียมออกมา จะสูงกว่ามูลค่าของลิเธียมที่ขายได้ทันที
ความซับซ้อนในการสกัดลิเธียมจากโครงสร้าง Olivine
โครงสร้างผลึกแบบโอลิวีน (Olivine Structure) ของ LFP มีความเสถียรสูงมาก การยึดเกาะของลิเธียมกับเหล็กฟอสเฟตทำลายได้ยาก ต้องใช้สารเคมีปริมาณมาก หรือพลังงานสูงในการแยกลิเธียมออกจากโครงสร้าง
แล้วจะแก้ปัญหานี้ได้ยังไง
เพื่อทำให้การรีไซเคิล LFP สามารถดำเนินการได้จริงในเชิงพาณิชย์และมีกำไร ภาคอุตสาหกรรมและนักวิจัยได้พัฒนาแนวทางแก้ไขใน 4 ด้านหลัก คือ
A. เทคโนโลยีการสกัดลิเธียมโดยตรง (Selective Lithium Leaching) โรงงานยุคใหม่เปลี่ยนจากการละลายแร่ธาตุทั้งหมด ซึ่งสิ้นเปลืองกรด มาใช้เทคโนโลยี สกัดเลือกลิเธียมก่อน ใช้สารละลายกรดเจือจางร่วมกับตัวทำปฏิกิริยาเคมีพิเศษ ดึงเฉพาะ ลิเธียม ออกมาให้อยู่ในรูปของ Lithium Carbonate หรือ Lithium Hydroxide บริสุทธิ์ (99.5%) วิธีนี้ช่วยลดการใช้สารเคมีลงถึง 60-70% และทิ้งส่วนเหล็กฟอสเฟตไว้โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสกัด เพิ่มผลกำไรสุทธิ แม้ราคาลิเธียมจะไม่สูง
B. เทคโนโลยีการซ่อมแซมขั้วแบตเตอรี่โดยตรง (Direct Recycling) แทนที่จะย่อยสลายโครงสร้างเคมีทั้งหมดด้วยกรดหรือความร้อน เทคโนโลยี Direct Recycling จะทำการดึงเฉพาะแร่แคโทด LFP ที่เสื่อมสภาพออกมา แล้วผ่านกระบวนการเติมลิเธียมกลับเข้าไปในโครงสร้างผลึกเดิม (Relithiation)
วิธีนี้ไม่ต้องแยกส่วนประกอบถึงขั้นอะตอม ทำให้ใช้พลังงานและเคมีน้อยมาก
ได้ผงแคโทด LFP บริสุทธิ์กลับมาใช้อีกครั้งโดยมีต้นทุนถูกกว่าการสังเคราะห์แร่ LFP ใหม่จากเหมือง
C. การสร้างรายได้จากผลพลอยได้ (Upcycling Iron & Phosphate) กากตะกอนเหล็กและฟอสเฟตที่เหลือจากการสกัดลิเธียม ไม่ได้ถูกทิ้งเป็นขยะอีกต่อไป แต่ถูกนำไปแปรรูปเป็น Iron Phosphate (FePO4) ส่งกลับเข้าอุตสาหกรรมการผลิตสารตั้งต้นแคโทด LFP สำหรับแบตเตอรี่ลูกใหม่ (Closed-loop)
ปุ๋ยฟอสเฟต (Phosphate Fertilizers) ปรับปรุงคุณภาพกากฟอสเฟตส่งเข้าภาคการเกษตร
D. การบังคับใช้กฎหมายและ "Battery Passport" เมื่อแรงจูงใจทางเศรษฐกิจอย่างเดียวไม่เพียงพอ ภาครัฐในตลาดใหญ่ (เช่น สหภาพยุโรป และจีน) จึงใช้กฎหมายเข้ามาควบคุม
ข้อกำหนดอัตราการรีไซเคิลลิเธียม กฎหมายแบตเตอรี่ใหม่ของ EU ออกกฎข้อบังคับให้โรงงานรีไซเคิลแบตเตอรี่เก่า ต้องสกัดลิเธียมกลับมาให้ได้ไม่ต่ำกว่า 50% (และเพิ่มเป็น 80% ภายในปี 2031) ไม่ว่าจะใช้เคมีแบบใดก็ตาม
EPR (Extended Producer Responsibility) บังคับให้ผู้ผลิตรถยนต์ EV ต้องรับผิดชอบค่าใช้จ่ายในการรีไซเคิลซากแบตเตอรี่ของตนเอง ทำให้ค่ายรถต้องร่วมลงเงินอุดหนุนโรงงานรีไซเคิล LFP เพื่อจัดการขยะตามกฎหมาย
ในอีก 5-10 ปีข้างหน้า การรีไซเคิลแบตเตอรี่ LFP จะไม่ได้พึ่งพาการขายแร่ธาตุเพื่อเอากำไรแบบ NMC แต่จะกำไรได้จากต้นทุนเทคโนโลยีที่ต่ำลง การทำแบบ Closed-loop ในเกรดอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ และค่าธรรมเนียมการจัดการซากแบตเตอรี่ที่ค่ายรถต้องจ่ายตามกฎหมาย
ประเทศไทยกำลังวางโครงสร้างพื้นฐานเพื่อรองรับซากแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่คาดว่าจะเริ่มทยอยหมดอายุตั้งแต่ปี 2030 เป็นต้นไป แม้ในปัจจุบัน ประเทศไทยจะยังไม่มีกฎหมายเฉพาะหรือโรงงานรีไซเคิลแบตเตอรี่ EV ขนาดใหญ่ครบวงจร แต่หน่วยงานรัฐและเอกชนได้เริ่มขับเคลื่อนแผนรับมือในหลายมิติ คือ
1. นโยบายและยุทธศาสตร์ภาครัฐ ร่างยุทธศาสตร์จัดการซากแบตเตอรี่ EV สำนักงานเศรษฐกิจอุตสาหกรรม - สศอ. จัดทำแผนยุทธศาสตร์เพื่อสร้างระบบเศรษฐกิจหมุนเวียน ครอบคลุมตั้งแต่การเก็บรวบรวม การขนส่ง การนำกลับมาใช้ใหม่ ไปจนถึงการรีไซเคิล
กฎหมายขยายความรับผิดชอบของผู้ผลิต (EPR - Extended Producer Responsibility) กฎหมายบังคับให้ค่ายรถยนต์ EV และผู้ผลิตแบตเตอรี่ต้องเป็นผู้รับผิดชอบหลักในการจัดการแบตเตอรี่ตลอดวงจรชีวิต (รวมถึงการรับกลับคืนและนำไปกำจัดอย่างถูกต้อง
โครงการ Battery Passport การผลักดันระบบติดตามและระบุที่มาของแบตเตอรี่ (Digital Battery Passport) เพื่อให้ทราบประวัติ ประสิทธิภาพ และติดตามตำแหน่งเมื่อแบตเตอรี่หมดสภาพ
การจัดการแบตเตอรี่ EV ที่หมดอายุใช้งาน แบ่งออกเป็น 2 แนวทาง ตามวงจรการใช้งานแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้า
ทำไม...การรีไซเคิลแบตเตอรี่ LFP (Lithium Iron Phosphate) ไม่คุ้มทุน
สาเหตุหลักที่ทำให้การรีไซเคิลแบตเตอรี่ LFP ไม่คุ้มทุนในเชิงพาณิชย์ เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภท NMC (Nickel Manganese Cobalt)
ไร้โลหะมูลค่าสูง
แบตเตอรี่ NMC มีนิกเกิลและโคบอลต์ ซึ่งเป็นโลหะราคาสูงในตลาด ทำให้ผง Black Mass ที่สกัดได้ขายได้ราคาดีและสร้างกำไรให้โรงงานรีไซเคิล แต่ LFP มีส่วนประกอบหลักคือเหล็ก (Iron) และฟอสเฟต (Phosphate) ซึ่งเป็นแร่ธาตุราคาถูกและหาได้ทั่วไป ในแบตเตอรี่ LFP มีลิเธียม (Lithium) แร่ธาตุชนิดเดียวที่มีมูลค่าเชิงพาณิชย์ (ราว 4-5% ของน้ำหนักเซลล์) หากราคากลางของลิเธียมในตลาดโลกตกต่ำ ค่าใช้จ่ายในการขนส่ง ถอดประกอบ และผ่านกระบวนการเคมีเพื่อสกัดลิเธียมออกมา จะสูงกว่ามูลค่าของลิเธียมที่ขายได้ทันที
โครงสร้างผลึกแบบโอลิวีน (Olivine Structure) ของ LFP มีความเสถียรสูงมาก การยึดเกาะของลิเธียมกับเหล็กฟอสเฟตทำลายได้ยาก ต้องใช้สารเคมีปริมาณมากหรือพลังงานสูงในการแยกลิเธียมออกมา ส่งผลให้ต้นทุนกระบวนการสูงขึ้นไปอีก
เมื่อคิดเฉพาะโมเดลธุรกิจแบบเดิมที่เน้นขายแร่ธาตุสกัด การรีไซเคิล LFP จึงไม่ทำกำไรให้กับบริษัทรับรีไซเคิลแบตฯเก่า ในอนาคตจึงต้องหันไปพึ่งพาเทคโนโลยีใหม่อย่าง Selective Lithium Leaching (สกัดลิเธียมก่อน) หรือ Direct Recycling (เติมลิเธียมซ่อมแคโทดโดยตรง) ร่วมกับการบังคับใช้กฎหมาย EPR ที่บังคับให้ค่ายรถต้องร่วมอุดหนุนค่ากำจัดขยะ เพื่อให้วงจรรีไซเคิล LFP อยู่รอด
1. นำกลับมาใช้ใหม่ (Second-Life Applications)
แบตเตอรี่ที่เสื่อมสภาพจนไม่เหมาะกับการขับขี่ มีความจุลดลงเหลือประมาณ 70-80% จะไม่ถูกนำไปย่อยสลายทันที แต่จะถูกนำมาเข้ากระบวนการ Re-pack เพื่อใช้เป็น ระบบเก็บสะสมพลังงาน (Energy Storage System: ESS) สำหรับบ้านพักอาศัย โรงงานอุตสาหกรรม หรือสถานีชาร์จ EV ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานต่อไปได้อีก 5-10 ปี
2. กระบวนการรีไซเคิลเพื่อสกัดแร่ธาตุ (Material Recycling)
เมื่อแบตเตอรี่หมดสภาพโดยสมบูรณ์ จะเข้าสู่กระบวนการสกัดโลหะมีค่าเพื่อนำกลับมาผลิตแบตเตอรี่ใหม่ (Closed-loop Recycling) โดยมี 3 วิธีหลัก
Mechanical & Physical ถอดประกอบ บดคัดแยกส่วนประกอบภายนอก พลาสติก, อะลูมิเนียม, ทองแดง ได้สารตั้งต้นที่เรียกว่า "Black Mass" (ผงแร่ธาตุเข้มข้น)
Hydrometallurgy (กระบวนการทางเคมี) ใช้สารละลายทางเคมีสกัดแยกแร่ธาตุออกจาก Black Mass ข้อดีคือ ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบัน ดึง ลิเธียม, นิกเกิล, โคบอลต์ กลับมาได้สูงถึง 95-97%
Pyrometallurgy (กระบวนการใช้ความร้อน) ใช้การความร้อนสูงในการหลอมละลายเพื่อแยกโลหะ ข้อดีก็คือ ทำได้รวดเร็ว แต่อาจสูญเสียลิเธียมบางส่วนและใช้พลังงานสูง
ในอีก 10 ปีข้างหน้า อะไรจะเกิดขึ้นกับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่เสื่อมสภาพ ความท้าทายในอีก 10 ปีข้างหน้า เมื่อเคมีแบตเตอรี่ LFP (Lithium Iron Phosphate) แบตเตอรี่ LFP ซึ่งเป็นที่นิยมในรถ EV ไม่มีส่วนผสมของนิกเกิลและโคบอลต์ ทำให้มูลค่าแร่ธาตุที่สกัดได้ต่ำกว่า NMC (Nickel Manganese Cobalt) จึงต้องเร่งลดต้นทุนการรีไซเคิล LFP ให้คุ้มค่าในเชิงพาณิชย์ มาตรฐานกฎหมายและ Digital Battery Passport ประเทศฝั่งยุโรปและจีนเริ่มบังคับใช้กฎหมายให้ผู้ผลิตรถยนต์ต้องรับผิดชอบซากแบตเตอรี่ และต้องระบุที่มาของแร่ธาตุรวมถึงสัดส่วนการใช้วัสดุรีไซเคิลในการผลิตแบตเตอรี่ลูกใหม่ภายใน 10 ปีข้างหน้า การรีไซเคิลแบตเตอรี่ จะไม่ใช่ปัญหาทางเทคโนโลยี แต่จะเป็นเรื่องของการขยายโรงงาน และระบบโลจิสติกส์ในการรวบรวมซากแบตเตอรี่ ให้ทันกับปริมาณรถ EV ที่หมดอายุพร้อมๆ กัน
รวบรวมและทดสอบสภาพ (Collection & State of Health Testing)
การคัดแยกก่อนเข้ากระบวนการรวบรวมชุดแบตเตอรี่ EV ที่หมดอายุใช้งาน มีการตรวจเช็กระดับแรงดันไฟฟ้า สภาพความปลอดภัย และค่าความจุที่เหลืออยู่ เพื่อแยกแยะว่าโมดูลไหนยังนำไปทำแบตเตอรี่สำรอง (ESS) ได้ หรือโมดูลไหนใช้งานไม่ได้แล้ว ต้องส่งเข้าโรงงานรีไซเคิล
คายประจุไฟฟ้าและถอดประกอบ (Discharging & Disassembly)
ความปลอดภัยจากไฟฟ้าแรงดันสูง ทำการคายประจุไฟฟ้าที่ค้างอยู่ในเซลล์แบตเตอรี่ออกให้หมด 100% เพื่อป้องกันการเกิดลัดวงจร ไฟไหม้ หรือความร้อนสูงเกิน (Thermal Runaway) จากนั้น ถอดแยกชิ้นส่วนภายนอก เช่น กล่องแบตเตอรี่ (Pack Casing), ระบบระบายความร้อน (Cooling Lines), สายไฟ และบอร์ดควบคุม (BMS)
การบดตัดและแยกส่วนด้วยวิธีกลศาสตร์ (Mechanical Shredding & Separation)
สร้างวัตถุดิบ Black Mass นำเซลล์แบตเตอรี่เข้าสู่เครื่องบดสับภายใต้สภาวะก๊าซเฉื่อย หรือระบบสุญญากาศ เพื่อป้องกันการทำปฏิริยากับอากาศ จากนั้นใช้ระบบตะแกรงร่อน แรงลม และแม่เหล็ก ในการแยกส่วนประกอบที่เป็นพลาสติก เปลือกอะลูมิเนียม และแผ่นทองแดง ออกจากส่วนที่เป็นผงสารเคมี
การสกัดแร่ธาตุเข้มข้น (Black Mass Extraction)
จุดเปลี่ยนของผลลัพธ์จากการบดและคัดแยก จะได้ผงสารเคมีสีดำเข้มข้นเรียกว่า Black Mass ซึ่งเป็นส่วนประกอบของสารเคลือบขั้วแคโทดและแอโนด จนได้แร่ธาตุมีค่า เช่น ลิเธียม นิกเกิล โคบอลต์ แมงกานีส และกราไฟต์
การสกัดทางเคมีเพื่อแยกโลหะบริสุทธิ์ (Hydrometallurgical Extraction)
ดึงแร่ธาตุกลับมาได้สูงถึง 95-97%นำผง Black Mass เข้าสู่กระบวนการทางเคมีโดยใช้สารละลายกรดเพื่อละลายโลหะทั้งหมด จากนั้นใช้เทคนิคการตกตะกอน (Precipitation) และการสกัดด้วยตัวทำละลาย (Solvent Extraction) เพื่อแยกแร่ธาตุแต่ละชนิด ได้แก่ ลิเธียม นิกเกิล โคบอลต์ และแมงกานีส ออกมาจากกันในรูปแบบของเกลือซัลเฟต หรือสารประกอบความบริสุทธิ์สูง
การนำกลับเข้าสู่วงจรผลิตแบตเตอรี่ใหม่ (Closed-Loop Battery Re-manufacturing)
การหมุนเวียนแร่ธาตุสมบูรณ์แบบ นำแร่ธาตุความบริสุทธิ์สูงที่สกัดได้ ส่งกลับเข้าสู่โรงงานผลิตสารขั้วแคโทด (Precursor / Cathode Active Material) เพื่อนำไปประกอบเป็นเซลล์แบตเตอรี่ลูกใหม่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า โดยไม่ต้องพึ่งพาการขุดเจาะเหมืองแร่ใหม่ทั้งหมด.
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/