Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Rice ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο για την ανάκτηση πολύτιμων υλικών από απορριπτόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιώντας μια σύντομη επεξεργασία με βάση τα μικροκύματα, αντιμετωπίζοντας ενδεχομένως τόσο τις ελλείψεις εφοδιασμού όσο και τους περιβαλλοντικούς κινδύνους.
Η ανακύκλωση ως πρακτική λύση για το μέλλον
Τα κρίσιμα ορυκτά που χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες είναι περιορισμένα και άνισα κατανεμημένα παγκοσμίως, καθιστώντας τις αλυσίδες εφοδιασμού ευάλωτες. Ταυτόχρονα, οι περισσότερες χρησιμοποιημένες μπαταρίες δεν ανακυκλώνονται και συχνά καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής, όπου μπορούν να διαρρεύσουν επιβλαβείς χημικές ουσίες.
«Η ανακύκλωση των αποβλήτων μπαταριών είναι η πιο πρακτική λύση για την αντιμετώπιση αυτής της επιβαρυμένης αλυσίδας εφοδιασμού, αλλά μελέτες δείχνουν ότι αυτό συμβαίνει με λιγότερο από το 10% των αποβλήτων μπαταριών», δήλωσε ο Gautam Chandrasekhar, διδακτορικός φοιτητής που συμμετείχε στη μελέτη.
Για να αντιμετωπίσει αυτό το κενό, η ομάδα εισήγαγε μια προεπεξεργασία πλάσματος που προκαλείται από μικροκύματα, η οποία επιτρέπει την αποτελεσματική ανάκτηση μετάλλων από τα απόβλητα μπαταριών υπό σχετικά ήπιες συνθήκες.
Το πλάσμα ενισχύει την ανάκτηση μετάλλων
Η διαδικασία λειτουργεί εκθέτοντας το τεμαχισμένο υλικό μπαταρίας, γνωστό ως μαύρη μάζα, σε ένα ενεργοποιημένο αέριο ή πλάσμα για περίπου 15 λεπτά. Αυτό το βήμα μεταβάλλει τη δομή των μεταλλικών ενώσεων, καθιστώντας ευκολότερη την εξαγωγή τους.
«Με την προεπεξεργασία με πλάσμα, σχεδόν το 95% των μετάλλων, συμπεριλαμβανομένου του λιθίου, μπορούν να ανακτηθούν από τη μαύρη μάζα της μπαταρίας χρησιμοποιώντας τίποτα πιο σκληρό από το οξύ που βρίσκεται σε ένα λεμόνι», δήλωσε ο Chandrasekhar.
Μετά το βήμα πλάσματος, τα υλικά υποβάλλονται σε επεξεργασία με κιτρικό οξύ σε θερμοκρασία δωματίου, αποφεύγοντας την ανάγκη για υψηλή θερμότητα ή ισχυρές βιομηχανικές χημικές ουσίες. Το λίθιο ανακτάται περαιτέρω χρησιμοποιώντας νερό, απλοποιώντας τη συνολική διαδικασία.
Οι συμβατικές μέθοδοι ανακύκλωσης βασίζονται σε ενεργοβόρα βήματα και σκληρές χημικές ουσίες, συχνά εστιάζοντας κυρίως στην ανάκτηση υλικών καθόδου, αφήνοντας πίσω άλλα συστατικά.
«Οι βιομηχανικές διαδικασίες ανακύκλωσης μπαταριών που χρησιμοποιούνται σήμερα έχουν πολύ χαμηλή απόδοση εξαγωγής μετάλλων και επικεντρώνονται κυρίως στην κάθοδο», δήλωσε ο Xiang Zhang, επίκουρος καθηγητής έρευνας και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Επανάσταση στην ανάκτηση γραφίτη
Μία από τις βασικές προόδους στη νέα μέθοδο είναι η ανάκτηση γραφίτη, ο οποίος αποτελεί περίπου το 22% του βάρους μιας μπαταρίας, αλλά σπάνια επαναχρησιμοποιείται λόγω ζημιών κατά την παραδοσιακή ανακύκλωση.
«Αυτό είναι ένα από τα πιο σημαντικά πράγματα που πρέπει να σημειωθεί σχετικά με την ανακύκλωση μπαταριών: Ως το μοναδικό πιο ογκώδες συστατικό στις μπαταρίες ιόντων λιθίου, ο γραφίτης παραμένει σχεδόν αναντικατάστατος ως άνοδος σε εκτεταμένες εμπορικές εφαρμογές μπαταριών», δήλωσε ο Sohini Bhattacharyya, ερευνητής και αντίστοιχος συγγραφέας.
Η επεξεργασία με πλάσμα βοηθά στον καθαρισμό και την επιδιόρθωση του γραφίτη αφαιρώντας υπολείμματα και δομικά ελαττώματα που συσσωρεύονται κατά τη χρήση της μπαταρίας.
«Ο ανακτημένος γραφίτης παρουσιάζει εξαιρετική απόδοση ως άνοδος όταν επανεισάγεται σε μια μπαταρία», δήλωσε ο Chandrasekhar.
Οι στόχοι των ερευνητών
Οι ερευνητές λένε ότι ο στόχος τους ήταν να δημιουργήσουν ένα βήμα προεπεξεργασίας που θα μπορούσε να ενσωματωθεί στα υπάρχοντα συστήματα ανακύκλωσης για να βελτιώσει την απόδοση και να μειώσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
«Υποθέσαμε ότι η χρήση πλάσματος που προκαλείται από μικροκύματα για τη διάσπαση των σωματιδίων οξειδίου μετάλλου ως βήμα προεπεξεργασίας θα έκανε την υδρομεταλλουργική τους ανάκτηση σε ασθενέστερα οξέα ευκολότερη», δήλωσε ο Bhattacharyya.
Η τεχνολογία έχει ήδη κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και η πρώιμη οικονομική ανάλυση υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να ξεπεράσει τις τρέχουσες βιομηχανικές διαδικασίες, ειδικά με την ανάκτηση γραφίτη σε επαναχρησιμοποιήσιμη μορφή.
«Πρόκειται για μια πρωτοποριακή μεθοδολογία για την ανάκτηση όλων των κρίσιμων ορυκτών από τη μαύρη μάζα των μπαταριών με ελάχιστη χρήση χημικών και ενέργειας», δήλωσε ο Pulickel Ajayan, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications.
www.worldenergynews.gr
