Кадмий и свинец: как компании зарабатывают миллионы на «борьбе» с тяжелыми металлами Статьи редакции

Токсичные элементы используются в автомобилях, аккумуляторах, топливе и даже косметике и красителях. Компании ищут новые материалы, которые безопасны для людей и окружающей среды — и получают за свои разработки миллионы долларов.

Кадмий — мягкий, пластичный, серебристо-белый металл. Чаще всего этот металл используют при производстве окрашивающих пигментов и никель-кадмиевых аккумуляторов. Последние — наиболее распространенный тип небольших аккумуляторов. Их часто используют в промышленности, так как они надежны при механическом и электрическом воздействии.

Кадмий попадает в среду в результате:

• производства металлов;
  
• сжигания ископаемого топлива;
  
• неправильной переработки вещей с кадмием в составе: батарей, пластмассы, красок.
  

Элемент редко встречается в естественной среде, поэтому загрязнение происходит из-за промышленных и сельскохозяйственных отходов. Металл может быть побочным продуктом производства цинка и свинца.

Через пищевые цепочки кадмий накапливается в продуктах питания, что может привести к отравлениям. Металл может негативно повлиять на работу легких и почек, а его воздействие статистически увеличивает риск развития рака.

Исследование 2021 года показывает, что соединения кадмия влияют на поступление в клетки человека кислорода и могут осложнить состояние пациентов с Covid-19.

Исследователи Grand View Research ожидают, что рынок кадмия будет развиваться, несмотря на токсичность металла:

• Кадмий применяют в аккумуляторах японских и китайских автомобилей.
  
• Соединения кадмия используют для создания солнечных батарей. Это позволяет уменьшить стоимость панелей и увеличить их производительность, говорят в американской компании First Solar.
• На кадмиевые красители и пигменты есть большой спрос в Азии. Это обеспечит рост рынка на 2-3% в год до 2025 года.
  

По прогнозам Grand View Research, Европа, наоборот, затормозит рост рынка кадмиевых пигментов. Их использование в странах ЕС строго регулируется.

В 2018 году учёный Тан Чжи Куанг с партнёрами зарегистрировали в Сингапуре компанию Nanolumi. Ранее в 2014 году он опубликовал в журнале Nature статью о светодиодах, созданных на основе перовскита. Это соединение редкого для поверхности Земли минерала и атомов углерода.

Полупроводниковые нанокристаллы этого вещества улучшают цветовые характеристики, яркость и энергоэффективность ЖК-дисплеев и обеспечивают яркие, реалистичные изображения на экране. Поэтому Nanolumi решила создать новые люминесцентные материалы и дисплеи на основе перовскита.

Пока мировые производители делают дисплеи на основе соединений кадмия. Но из-за строгих правил Евросоюза Samsung, LG, Sony и другие вынуждены отказаться от использования продуктов на основе металла и искать альтернативы, пишет DSCC.

Главный продукт Nanolumi — плёнка Chameleon. Она не содержит кадмия и обеспечивает чистый, яркий и широкий диапазон цветов для дисплеев, говорят в компании.

В 2019 году стартап привлёк $1 млн финансирования: на эти деньги компания планировала расширить команду, ускорить внедрение новых технологий и привлечь клиентов.

Инвесторам Nanolumi обещала, что начнёт продавать товары с технологией Chameleon во втором полугодии 2020 года. В августе 2020 года компания представила мини-светодиодный дисплей, а также ЖК-монитор с боковой подсветкой и планшет. Дисплеи продуктов компания создала на основе Chameleon.

Для производства солнечных батарей используются элементы на основе соединений кадмия: они эффективны и не требуют больших затрат при разработке. Но компании ищут альтернативы из-за токсичности металла.

Компанию Saule Technologies в 2014 году основала польский учёный Ольга Малинкевич вместе с партнёрами. Проект разрабатывает печатные солнечные элементы. Как и Nanolumi, для этого он использует перовскитные материалы.

Элементы на основе минерала перовскита эффективно работают при разных уровнях освещения, имеют высокую производительность и более безопасны для окружающей среды, чем другие устройства, заявляет Малинкевич.

В 2015 году Saule Technologies получила инвестиции от предпринимателя и инвестора Хидео Савада, основателя крупнейшей в Японии туристической компании HIS. Сумма финансирования не раскрывается. В том же году компания получила грант от Национального центра исследований и разработок Польши на сумму более 25 млн злотых (около $6,5 млн).

В 2016 году проект представил первое реальное применение перовскитных солнечных элементов — зарядное устройство для мобильного телефона. Всё, что ему нужно для работы — свет, подойдёт даже искусственный.

В 2019 году Saule Technologies показала первый продукт для авторынка: навес Solar, автономную зарядную станцию для электромобилей, которая не требует внешнего источника питания. Для зарядки машины с помощью навеса Solar нужен свет, например, солнечный.

В 2020 году польский поставщик энергетических услуг Columbus Energy инвестировал в Saule Technologies €10 млн. В июне 2021 года проект открыл завод по производству перовскитных солнечных элементов.

В день открытия Saule Technologies подписали контракт о сотрудничестве с Columbus Energy и MVGM Group на €250 млн. Saule Technologies планирует выйти на биржу в конце 2021 года. К серийному производству завод приступит в 2022 году.

Но перовскитные ячейки пока сложно широко использовать в коммерческих целях: такие материалы обычно нестабильны, а их срок службы иногда ограничивается одним годом. Также они могут содержать токсичные металлы, например, свинец.

Свинец — это распространенный природный токсичный металл. Благодаря своей пластичности, низкой температуре плавления и устойчивости к коррозии его используют в:

• Строительных материалах.

• Батареях.

• Топливе.

• Боеприпасах.

• Косметике.

В течение последних 70 лет один из основных источников накопления свинца в окружающей среде — автотранспорт, пишет ВОЗ. Центр по проблемам окружающей среды и устойчивого развития «Эко-Согласие» подсчитал, что в составе отработанных газов машин в атмосферу ежегодно поступает до 260 тысяч тонн свинца в виде аэрозоля, а каждый автомобиль ежегодно выбрасывает в среднем один килограмм этого вещества.

Примерно 30% всего потребляемого свинца находится в форме его соединений. Они используются в смесях паст, в аккумуляторных батареях, в цементе, стеклах и керамике, в качестве пигментов в красках и в бензине.

ВОЗ говорит, что безопасных для здоровья концентраций свинца не существует. Крупные источники экологического загрязнения — это добыча полезных ископаемых, переработка вторсырья и промышленное производство.

Человек подвергается воздействию свинца через загрязнённые природные и промышленные источники. Например, частицы свинца попадают в легкие при сжигании материалов с этим металлом или в ходе выплавки, а также ненормативной переработки вторсырья.

По данным Форума мировых ресурсов (WRF), более 80% свинца потребляют для производства свинцово-кислотных аккумуляторов. Этот тип батарей используют в электромобилях для обеспечения аварийного питания и поддержки бортовых систем.

Только в 2021 году производители начали отказываться от свинцово-кислотных батарей в пользу литий-ионных, например Tesla в моделях S и X.

Свинцово-кислотные аккумуляторы применяются в промышленности, например, для обеспечения стабильного энергоснабжения телекоммуникационных сетей.

В 2020 году объём рынка свинцовых аккумуляторов составил почти $17 млрд. Объём мирового рынка свинца, согласно GLobal Market Insight, к 2025 году достигнет $27 млрд. В Европе он будет расти за счёт автомобилестроения и роста числа дата-центров, где для обеспечения бесперебойного питания тоже используется много свинцовых аккумуляторов.

Gridtential Energy была основана в 2012 году в Калифорнии учёными Питером Борденом и Мишель Кляйн, которые занимались проблемой хранения энергии в аккумуляторах. Она разрабатывает новый тип свинцово-кислотных батарей, которые содержат меньше токсичного металла.

Как пишет компания, они создают дешевую, безопасную и экологичную альтернативу литий-ионным аккумуляторам. Последние служат дольше и быстрее заряжаются, но дороже в эксплуатации и создании. Именно поэтому на предприятиях часто используют более токсичные свинцово-кислотные.

Gridtential Energy создала технологию, с помощью которой улучшила свинцовую батарею, частично заменив токсичный металл на другие материалы.

Компания рассчитывает, что её аккумуляторы будут работать так же долго и заряжаться так же быстро, как обычные литий-ионные батареи, но при этом стоить гораздо меньше. Они также пригодны для вторичной переработки и их можно собирать на существующих производственных линиях.

По словам Gridential Energy, их аккумуляторы можно использовать в транспортном секторе, автомобильной промышленности, в системах хранения энергии, промышленном оборудовании и в системах резервного питания.

В 2017 году стартап привлёк $6 млн от крупного завода по производству свинцово-кислотных аккумуляторов East Penn Manufacturing, а также экспортера свинцово-кислотных аккумуляторов в Китае Leoch International.

В том же году фирма привлекла $5 млн, часть которых поступила от венчурной компании 1955 Capital. А в 2021 году получила ещё $12 млн от этой же компании для финансирования новой производственной линии.

Традиционные свинцово-кислотные батареи перерабатываются с использованием пиротехники: разобранный аккумулятор помещают в печь с температурой более 1000 °C. При этом выделяются токсичные вещества и создаётся много отходов.

По данным Reuters, компаний, которые пытаются найти новый способ утилизации использованных автомобильных аккумуляторов, немного. Одна из них — Ace Green Recycling.

Компания образовалась в начале 2020 года в результате слияния VerdeEn и Ace Singapore, а его главой стал индийский предприниматель Нищай Чадха. Ace Green должна была заниматься утилизацией биомедицинских отходов, а также инвестициями в переработку свинцовых аккумуляторов.

На старте у объединенной компании была техническая команда и права на 30 изобретений в области утилизации свинца. Как заявляет Нищай Чадха, он изначально финансировал большую часть бизнеса за счёт собственных сбережений и ссуд.

С 2020 года компания сосредоточилась на утилизации свинцово-кислотных аккумуляторов. Ace Green Recycling разработала процесс, который превращает свинец из отработанных аккумуляторов в металлические брикеты.

У компании есть завод по переработке отходов в Газиабаде, недалеко от Нью-Дели. Там она использует специальные машины для переработки свинцовых компонентов из лома аккумуляторных батарей.

Брикеты отливают в слитки и продают производителям аккумуляторов. Этот процесс помогает вернуть отработанный металл в производство с достаточно высокой рентабельностью и меньше загрязняет окружающую среду.

В апреле 2021 года Ace Green подписала соглашения о создании совместных предприятий с четырьмя компаниями по утилизации отходов. Их СП будут работать в 11 странах. Вместе компании должны переработать 90 тысяч тонн использованных свинцово-кислотных аккумуляторов в год — это позволит производить в общей сложности около 55 тысяч тонн свинца в год.

#экология #переработка