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一年
图5。日本环境空气浓度镉和镍镉电池生产
表四。金属排放生产镍镉电汽车电池*
克每千瓦小时排放沉镍镉钴金属排放
空气水土地总
3.15 - 2.28 5.43可以忽略不计
1.78 - 1.31 3.09可以忽略不计
0.08 - 0.05 0.13可以忽略不计
*来源:Geomet技术
典型的工业镍镉电池用于电动汽车应用程序每公斤50瓦特时的能量密度对应重量单位20公斤每千瓦时的能量。因此,金属排放水平与工业制造镍镉电池电池的总重量的0.04%左右,在合理的协议与大多数金属排放总量在今天估计电池制造在0.01%和0.1%之间。的数据集表III和IV同意相当不错,特别是金属排放的减少水平随着时间的推移。
最后,生命周期分析由果汁(角和Eloy 1995)镍镉电池对于电动汽车应用程序建立了与上面提到的那些结果。本研究表明,在制造过程中损失可能的电池重量的0.037%和0.008 - 0.019%的镍镉电池的重量,根据回收选择采用。再一次,与其他研究这些估计是一致的,表明很低的生产阶段的环境和人类健康影响电池的总生命周期分析。
因此,电池系统的与生产相关的排放,如与生产相关的主要原料,通常很低,可能不到1%的潜在排放总量如果花了电池在使用后完全丢弃到环境中。虽然大多数的上述主要是相关的数据镍镉电池,已被大量研究,因为监管和环境争议,一般结论同样适用于其他电池系统通常有一些变化。主要原材料生产电池制造,一般来说,只有一小部分的环境或人类健康影响可能被忽视的废物处理中遇到。
电池系统的使用和维护
可充电电池是长寿的产品,一般来说,可以使用多次如果正常充电和放电。非可充电电池生命周期较短的产品,但在某些情况下有较高的初始能量密度比充电电池。由于各种化学电池,一般来说,会有不同的操作电压,ios版雷竞技下载 和循环的生活(如果它们是可充电),每个电池系统会有不同的总生命能量特征。即使在相同的电池化学家庭,会有变化,以适应特定的应用程序。因此,一个AA-sized镍镉电池可能出现能源评级从500毫安时到1500毫安时根据其用途。相应地,其他属性,如循环寿命,可能会有所不同。此外,总电池能量随电池的大小,越大的电池一般较大的总生命周期能源,其他因素不变的情况下。因此,它可能很难建立平均组电池的性能特征的家庭,但只有建立一个非常具体的化学电池,大小和类型。
电池性能的重要性,因为在确定任何人类健康或环境影响的电池系统,这些必须规范化单位能量的基础上,如前所述的排放与电池相关的制造业。因此,任何阶段的生命周期排放在电池的系统必须除以总寿命电池的能量获得结果,允许电池系统之间的比较。特定的电池系统的总生命能量的产品电压、容量和循环寿命。严格来说,充电效率和自放电特性也应考虑,但在大多数生命周期分析到目前为止,他们还没有。例如,AA-sized的基本性能参数表V。总结了镍镉电池
表诉AA镍镉电池的基本性能参数
参数
范围的值
电压容量总能量循环寿命(80% dod)一生中总能量
1.2伏特0.5到1.2安培小时0.6到1.4 700 - 1200瓦特小时周期420到1680瓦特时
镍镉和镍氢电池都运行在1.2伏特,而碱锰电池产生1.5伏特铅酸电池2.0伏特。锂离子电池有一个异常高压,3.0伏特以上,这给了他们一个很高的能量密度。因此,所有的三个参数上面提到的电压,电池容量和循环寿命,将有助于建立一个电池系统的生命周期的性能。不仅仅是电池单独的成分是很重要的,而且,随后将显示,废物处理选项选择的电池可能是比这些更重要的前两个特征在决定生命周期的影响。
在正常使用和维护的电池系统,他们既不破坏也不消散也不排放任何有害物质。电池系统密封或排放。如果他们是密封的,然后没有排放发生在正常使用和维护。如果他们发泄,然后水蒸气、氢气或氧气排放,根据系统和是否充电或放电。1994年的一份报告(斯德哥尔摩环境研究所1994),例如估计,工业和消费者的耗散率镍镉电池是每年0.01%。国际镉协会认为,基于调查的镍镉电池生产商成员,耗散率几乎为零或很低,是无法觉察的。
然而,进一步考虑的潜在生命周期影响每个电池充电周期。充电电池所需的能量是由主电网通常作用于某种形式的化石燃料。燃烧的ios版雷竞技官网入口 导致温室气体的生成,可以影响一个完整的生命周期分析,特别是如果脏了化石燃料是使用或空气污染排放控制设备是不够的。一般而言,相关的排放和生命周期影响充电是电池处理的再小相比。一个分析(Schuckert et al . 1997年)测量了主能源消耗生产过程中利用铅酸、镍镉电池和随之而来的对二氧化碳排放的影响和一氧化二氮的排放。在这些情况下,大量的能源消耗和温室气体生成的电池系统的整个寿命较低镍镉电池比铅酸电池由于其循环寿命高,能量密度和总生命周期能源尽管生产镍镉电池所需的初始能量高于生产铅酸电池。
处理废旧电池
生命周期影响分析的电池系统,无论组成、性能和它们是否充电,它显然是电池的最终处置决定其主要环境和人类健康的影响。与所有相关的排放阶段处理的电池可能只有1%到2%的潜在排放总量如果电池只是丢弃到环境中。这个数字变化,当然,如果电池是受控的方式处理,排放最小化。尽管如此,处理的关键步骤是确定总环境或人类健康的影响。
有四种可能的选项处理废旧电池等堆肥、焚烧、土地填充或回收。堆肥显然不是故意利用大多数电池系统只是不能生物降解。焚烧同样这不是一个好的选择,因为低热值的电池。他们只是不烧好,它们的质量不是大大减少焚烧过程。然而,焚烧是利用在一些国家土地填充没有可行的一个选项来减少大量的可燃废物。雷竞技手机版app在日本和一些欧洲国家有很少或没有可用的垃圾填埋空间,焚烧城市固体废物(垃圾)已成为必要。电池总是包含在城市固体垃圾不会被焚烧体积的减少,将最有可能的分区熟料灰或残留垃圾焚烧过程。在某些情况下,小消费者电池可能会分解,电池材料氧化和挥发性,随后再浓缩细粉煤灰从焚化炉。空气排放污染控制设备应该捕获比99%的粉煤灰排放(钱德勒1995),但粉煤灰通常必须随后填埋。总而言之,然而,焚烧不是特别适合处理电池,尽管它必须意识到焚化的小消费者细胞总是会发生在一些国家利用焚烧了很大份额的市政固体废物处置。雷竞技手机版app
事实上,如果有毒或有害物质从电池集中在垃圾焚烧厂的粉煤灰,粉煤灰是被空气排放控制设备,那灰必须作为危险废物垃圾填埋场处理。最终可能需要的统计概率推导特定化学物质释放特定的浓度在特定的时间范围内从掩埋的粉煤灰。例如,有临时的每日或每周的摄入(PTWIs)对某些材料建立了由世界卫生组织(世卫组织)也可能是用来限制某些电池的数量从土地填充金属。全生命周期影响分析可以用来帮助建立这些限制。然而,它也应该提到的每日耐受摄入量水平从70 | ig镉平均每天70公斤60人(ig平均每天60公斤的女人。
每日摄取镉水平在大多数经合组织国家自1970年代以来稳步减少,今天从每天10到20无花果,远低于任何水平的人类健康问题(1999年国际镉协会)。这些关系如图6所示。
成年男性
世界卫生组织每日容许摄入量
成年女性
19«1900 1996
一年
图6。每日镉摄入量水平
因此,土地填充焚烧炉火山灰电池可能不是通过这个废物处理和释放的一个重要问题选项可能不是一样伟大的担心。的两个最有可能选择处置废旧电池现在土地填充和回收。填埋法是目前使用最广泛的选择,因为它是使用最广泛的处理选项对所有经合组织国家的城市固体废物。经合组织最近的一份报告(1998年)表明,平均63%的经合组织的都市固体废物
国家土地,平均17%的水平焚烧,20%的平衡是回收或堆肥。然而,即使电池是土地,这绝不是某些处理选项构成直接威胁人类健康和环境。例如,瑞士伯尔尼大学的审查为经合组织(Eggenberger和war 1998)从垃圾填埋场垃圾渗滤液数据在加拿大、丹麦、法国、德国、意大利、日本和瑞士表示,绝大多数的渗滤液样品通过了世界卫生组织(WHO)推荐的镉饮用水标准3 (ig每升。一些数据包含在这个调查是获得50年的老无衬里的垃圾填埋场,理论上应该代表一个坏的情况下环境影响情况。因此,目前在垃圾填埋场处置镍镉电池似乎并不造成不必要的风险从浸出到环境中镉的角度和进入人类食物链。
即使被认为是一个长期的基础上,有相当大的怀疑存在的土地充满电池金属如铅、锌和镉会有人预测的灾难性的环境影响。2000岁的罗马研究构件在英国桑顿(1995)表明,锌、铅和镉在土壤中扩散的距离非常短,取决于土壤类型,土壤pH值和其他特定场地因素,即使埋藏期1900年。另一项研究在日本1990年(Oda)研究了镍镉电池埋在日本土壤检测或镉镍电池的扩散。近20年曝光后没有被发现。进一步说,目前尚不清楚的金属离子的络合行为很多电池金属到底如何表现,即使金属离子被释放。例如,一些研究已经表明,铅和镉表现出明显倾向于复杂的沉积物和植物或动物吸收的不可用。此外,植物和动物吸收的金属,如锌、铅和镉被发现在很大程度上取决于其他元素如铁的存在和溶解有机物(库克和明天1995)。直到更好的理解这些行为,是不正当的等同的存在一种“危险”材料在电池与电池的真实风险。不幸的是,这正是该方法已经常采用的电池系统相比,这真正的风险在很大程度上仍不明朗。
尽管这些告诫,还有小论点最优先选择废旧电池的处理显然是收集和回收。这个选项不仅大大减少任何可能存在的风险,但它节省了宝贵的自然资源。今天,回收被视为最好的人类健康和环境选择废旧电池的处理,这是增长最快的选择。铅酸电池已经取得了令人瞩目的回收率,比美国的90%,越来越多的世界各地。回收镍镉电池周围的问题不是是否或不是最好的处理选项,但只有如何提高收集率,为收集和回收计划如何提高收益,如何最大化收集标签电池,如何衡量回收率。镍氢和锂离子电池,问题是发展循环技术提高材料恢复。与碱锰和碳锌电池、集合的旋转在经济问题和恢复过程。
显然花了电池的收集和回收防止多数人的进入,可能大于98%,电池的使用后的体重到环境中。然而,还有其他的环境影响因素也必须考虑关于回收利用。例如,当电池系统比较,比较是有益的各种电池系统所需的相对能量回收。镍铁、镍镉和铅酸性电池相对容易回收,因为减少镍、铁、镉和铅氧化物回到他们需要更少的能量比纯金属氧化物的还原其他电池的金属,如锌、锰、铬、钛、锆、锂和稀土金属的碱性成分的锰、镍氢和锂离子电池。
另一个因素是与生产相关的排放电池金属的回收过程与生产从原始矿石。已经有许多研究表明回收需要能量输入远比生产的金属从原始矿石(盖恩斯1994),但现在也有研究表明,从回收排放较低。一份报告(Geomet技术1993)电动车镍镉电池,例如,比较发现镉生产和回收排放和回收排放低约10到100倍。这些结果总结在表六世。
认为从另一个角度来看,三个估计材料恢复的程度从镍镉电池的回收,回收率大于99%。同样高的复苏将回收的镍和铅酸电池,但从回收碱锰回收率,镍氢和锂离子电池可能会有所降低,因为高
表VI。生产和回收排放镉镍镉电池*
生产排放回收排放
(克每KW-hr Cd)(克每KW-hrl Cd
空气0.28到3.6 - 0.0062
水0.40 - 2.4 - 0.0014
土地微不足道微不足道
*来源:Geomet技术1993
所需能量和减少电池的一些金属氧化物的困难存在于这些系统。例如,10%到20%的镍金属氢化物电池的总重量可能会丢失在渣回收这些电池由于存在的活性金属(铬、铝、镁、钒、锆、钛、稀土元素)的强烈氧化成型机和很难降低。当有人建议,这渣可以用于其他应用程序,一些环保人士和监管者认为这些“降级”应用程序并不构成真正的回收。因此,它是可能的恢复非常高的比例的材料用电池,和毫无疑问恢复技术将改善在将来允许高程度的材料恢复电池系统。然而,废旧电池的收集过程的效率和效率金属回收过程都是因素将影响整个电池系统环境和人类健康造成的影响。
环境和人类健康的影响评估
一次完整的能源和原材料库存的电池的各个步骤的生命周期已经建立,接下来的步骤是对库存物品进行分类成不同的群体。一般来说,这些影响已经意识到三个方面:
•自然资源
•人类健康影响
•生态或环境影响
确定影响评估需要每个影响为其中的一个类别的分类,特性的影响建立某种关系或材料的能量输入/输出和一个相应的自然资源/人类健康/生态影响,最后实际的环境影响的评价。许多生命周期分析承认这最后阶段涉及社会、政治、伦理、行政和财务评价,定量分析了表征阶段只是证明的政策工具。一个真正科学的生命周期分析将结束在描述阶段,尽可能多的决策除了本质上是定性的和主观的。
能源和原材料的库存分析确定所有输入电池的生命周期和所有的输出有一个环境或人类健康的影响。这些输出包括直接排放所有的生产和制造过程,包括排放的能源生产过程和使用、维修、回收和废物处理电池。所有这些排放必须被认为是在规范化的基础上除以总生命能量的电池。结果是大量的排放总量每千瓦时的能量。如果电池没有回收,然后几乎整个花必须考虑电池的重量分散到环境中,虽然如前面所讨论的,真正的风险或直接影响土地或焚烧和填充电池可能在一段时间被释放,只在有限的程度上。
生命周期分析的巨大争议时产生特定的影响评估值被分配为每个特定的材料。有很多系统已被提出和值相差很大的影响。严格来说,影响值应该是非常具体的特定电池材料。在实践中,大多数系统采用通用的类别,如“镍及其化合物”或“铅和化合物”和采用人类健康和环境影响的数据替代化合物通常是那些被研究最多的环境和人类健康的研究。不幸的是,这种做法创建一个最差的情况分析,代理几乎总是高度可溶化合物种类的金属化合物,在临床试验旨在产生快速的结果,但不表明电池的方式化合物可能的行为。因此,例如,氯化镉,高可溶性镉化合物和一个经常利用在环境和人类健康的研究中,可能经常被用作代理为所有镉金属和化合物,而镉化合物存在于镍镉电池不可溶性氧化镉和氢氧化镉。
更糟糕的是,似乎在许多分析,影响值分配相当主观,没有理由或指定的方法。因为这个问题,存在巨大的环境影响值的变化,从一个到另一个方法。从本质上讲,一个可以获得任何生命周期分析结果一个欲望仅仅通过任意选择虚高或低环境影响值。任何有效性,必须基于生命周期分析环境和人类健康影响价值观根植于定量、可衡量的指标的物质对人类的影响,地面或水生生物。1997比较(明天1997)相比规范化为四个生命周期分析的影响值可充电电池系统利用五个不同的影响评估技术。不用说,结果非常一致,除了铅酸电池一直表现良好,因为他们的高回收率。所有其他的电池系统涉及到整个频谱从相对良性的最有毒的根据所选择的环境影响的假设。
例如,五个影响评价评价方法回顾1997年的比较(明天1997)如下:
•CML方法——由环境科学中心在莱顿,荷兰。各种化学物质的水和空气排放的影响在某些一般富营养化等领域,能源枯竭,温室效应,酸化,冬天的烟雾,夏季烟雾,重金属和致癌性是表达的潜力,而不是真正的影响。
•EPS -环境优先的产品设计方法是在瑞典,瑞典环境研究院和瑞典工业联合会。这个系统集值的变化环境对人类健康的影响,生物多样性,生产、资源和审美价值。
•忒勒斯法——忒勒斯法是基于各种空气污染物的控制成本和考虑因素,如致癌能力排名,排名参考剂量口服或组合。
•Ecoscarcity方法,定义了一个关系对于一个给定的国家之间的特定区域污染物的临界水平设定的有限的自然环境的承载能力和实际的人为排放的污染物。ecos雷竞技手机版appcarcity的国家评估方法瑞士、荷兰、挪威和瑞典。
•美国环境保护署的方法——基于EPA的分析技术开发田纳西大学,该方法认为所有主要的人类健康和环境影响的化学物质包括持久性和生物体内积累。它还包括权重因素的实际水平的排放。
这些不同的评价方案产生不同的结果。例如,在评级各种电池系统使用的金属,一般发现铅、镉和汞一直被列为电池金属最不利环境或人类健康的影响。然而,它也指出,镍、钴、铬和甚至被列为锌材料的关注在某些系统。更引人注目的是一些相对影响评估值分配给电池金属相对于其他电池金属。虽然这种变异可以解释在某种程度上不同的基地使用的技术,它也清楚地表明,电池的生命周期评价系统将在很大程度上依赖于所选择的评价体系。例如,相对环境影响值分配给六个电池金属根据表七中的五个不同的评价技术进行了总结。这些值都是规范化的最大值100是最不利环境影响效应允许跨五个系统比较。
有非常小的一致性这环境影响评估方法除了瑞典和荷兰系统速度镉电池金属最不利影响,而忒勒斯和Ecoscarcity率最不良电池的金属汞的方法。甚至锌、锰、镍和铅除了美国EPA系统相对较低的影响,这不过是最密切相关的一个系统的定量评估环境和人类健康的毒理学终点。非常令人吃惊的是水星的影响值相对较低的瑞典和荷兰的方案考虑到全球普遍关心汞。
表七世。相对环境影响值电池金属利用各种评估的评估方法
方法 |
Cd |
Hg |
Pb |
N | |
锰 |
锌 |
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