電気自動車は、ガソリン車やディーゼル車よりも排出する汚染物質が少ないものの、EV電池にはリチウム、コバルト、ニッケル、マンガンなどの金属が必要です。
世界のリチウムの大部分は南米のアタカマ砂漠の地下にあり、そこでの採掘は現地の人々と生態系を脅かしています。
したがって、主要なEVメーカーは、これらの原材料の安定的な供給源を見つける必要があります。
専門家は、微生物を使って金属を酸化させるバイオリーチングという工程により、既存の電池の金属を再利用することで、これを実現できると考えています。
将来的には、バイオリーチングによって、リサイクルがEV電池のライフサイクルの始まりと終わりの両方になりうるとされています。
現在、世界には14億台を超える自動車があり、その数は2036年までに倍増する可能性があります。これらの車がすべてガソリンやディーゼルを燃焼させれば、気候への影響は深刻なものになるでしょう。電気自動車は大気汚染物質の排出が少なく、再生可能エネルギーで動かされるのであれば、走行によって地球の大気を温暖化させる温室効果ガスが増えることはありません。
しかし、10年間にこれほど多くの電気自動車（EVと略されることが多い）を生産すると、リチウム、コバルト、ニッケル、マンガンなどの金属の需要が急増するでしょう。これらの金属はEV電池の製造に不可欠ですが、どこにでもあるわけではありません。世界のリチウムの大部分はアタカマ砂漠の地下にあり、そこは南米に位置しています。そこでは、採掘が脅かしており、現地の人々と生態系に影響を及ぼしています。
EVの主要メーカーは、輸入コストを低く抑えつつ、これらの原材料の安定的な供給源を見つける必要があります。深海での採掘も一つの選択肢ですが、それは生息地を損なう可能性があり、野生生物を危険にさらします。同時に、貴金属を含む電子廃棄物が埋立地や世界で最も貧しい地域のいくつかに山積みになっており、毎年250万トンが総量に加わっています。
EV電池そのものの耐用年数は8年から10年です。リチウムイオン電池のリサイクル率は現在、EUではわずか5%未満にとどまっています。これらの金属を新たに採掘する代わりに、なぜ再利用しないのでしょうか。すでに存在するものを活用すべきではないでしょうか。
リサイクル経済
リチウムイオン電池の最大のリサイクル事業者は、中国に拠点を置いています。北米や欧州では、リサイクルは企業が報酬を得て行うべき義務として扱われることが多い一方、中国では使用済み電池をめぐる競争が非常に激しく、リサイクル事業者が使用済み電池を入手するために対価を支払うこともいとわないほどです。
リサイクルされる電池の大部分は溶融され、金属が抽出されています。これは多くの場合、大量のエネルギーを使用し、そのため大量の炭素を排出する大規模な商業施設で行われています。これらのプラントは建設および運営に費用がかかり、精錬工程で発生する有害な排出物を処理するための高度な設備が必要です。高いコストがかかるにもかかわらず、これらのプラントが電池の貴重な素材をすべて回収できることはほとんどありません。
世界の金属リサイクル市場の価値は、2020年の520億米ドル（370億英ポンド）から2025年までに760億米ドルに成長すると予想されています。エネルギー集約度の低いリサイクル手法がなければ、この新興産業は環境問題をさらに悪化させるだけでしょう。しかし、数十年にわたって使用されてきた、廃棄物から貴金属を抽出する自然の工程があります。
電池のための微生物
バイオマイニングとも呼ばれるバイオリーチングは、微生物の代謝の一環として金属を酸化させることができる微生物を利用します。鉱業では広く利用されており、鉱石から有用な金属を抽出するために微生物が使われています。近年では、この技術は使用されるようになっており、特に電子廃棄物からの素材の浄化や回収に用いられています。対象となるのは、コンピューターや太陽光パネルのプリント基板、汚染された水、さらにはウラン廃棄物であり、回収されています。
コベントリー大学のバイオリーチング研究グループに所属する私と同僚は、バイオリーチングを使用すれば、EV電池に含まれるすべての金属を回収できることを明らかにしました。Acidithiobacillus ferrooxidansなどの細菌や、その他の無毒の菌種は、高温や有毒化学物質を必要とせずに、個々の金属を標的にして回収します。こうして精製された金属は化学元素であるため、複数のサプライチェーンで無期限にリサイクルすることができます。
バイオリーチングを大規模化するには、37°Cのインキュベーターで細菌を培養する必要があり、多くの場合、二酸化炭素を使用します。必要なエネルギーはそれほど多くないため、この工程は一般的なリサイクル施設よりもはるかに小さい炭素排出量で済み、同時に汚染も少なくなります。EV電池の廃棄物を減らすとともに、バイオリーチング施設があれば、メーカーはこれらの貴金属を現地で回収でき、少数の生産国への依存度を下げることができます。
バイオリーチングに取り組む研究者は、電子廃棄物から貴金属を取り除き、それらが溶液中に浮遊した段階で作業を止めがちです。しかし、これでは産業界には不十分です。私たちは、バイオリーチングと、これらの金属を取り出してサプライチェーンで役立てることができる電気化学的手法を組み合わせています。残念ながら、大量のエネルギーと有毒化学物質を使用する既存の金属リサイクル手法は、数十年にわたって使われてきました。産業界は必ずしも革新に投資する余裕があるわけではないため、変革を義務付け、よりクリーンな代替手段に投資するのは政府の役割です。
EV電池はまだ揺籃期にある技術です。その部品の再利用は、設計の段階から考慮されるべきです。後付けで考えるのではなく、バイオリーチングによってリサイクルをEV電池のライフサイクルの始まりと終わりの両方にすることで、環境負荷の低い方法で新しい電池向けの高品質な原材料を生み出すことができます。
