Η Κίνα βρήκε το μυστικό για την ανακύκλωση του 99.9% μιας μπαταρίας ηλεκτρικού αυτοκινήτου

Η αυτοκινητοβιομηχανία έχει πάρει το δρόμο του εξηλεκτρισμού. Είτε πρόκειται για ηλεκτρικά, είτε για υβριδικά κάθε είδους, είτε για μικροϋβριδικά, όλα έχουν κάτι κοινό: μεγαλύτερα ή μικρότερα, τοποθετούν μια μπαταρία. Και αυτό οδηγεί σε ένα μακροπρόθεσμο πρόβλημα: τι θα συμβεί σε αυτή τη μπαταρία όταν τελειώσει ο κύκλος ζωής του αυτοκινήτου. Η απάντηση θα έπρεπε να είναι η ανακύκλωση, αλλά οι σημερινές μέθοδοι εκπέμπουν μεγάλες ποσότητες αποβλήτων και δεν επιτρέπουν την ανάκτηση όλου του λιθίου και άλλων συστατικών της μπαταρίας.

Ωστόσο, Κινέζοι ερευνητές πιστεύουν ότι βρήκαν το κλειδί για την ανάκτηση του 99,99% του λιθίου των μπαταριών. Και το μυστικό συστατικό είναι κάτι που υπάρχει στα πρωτεϊνικά ροφήματα που καταναλώνουμε για να αποκτήσουμε μυϊκή μάζα: η γλυκίνη.

Η εξάρτησή μας από τις μπαταρίες λιθίου είναι προφανής. Πολυάριθμες συσκευές τις έχουν ως πηγή ενέργειας, αλλά στην περίπτωση των ηλεκτρικών οχημάτων, η ποσότητα που απαιτείται είναι πολύ μεγαλύτερη. Αυτό είναι που προκάλεσε τον τετραπλασιασμό της παγκόσμιας παραγωγής μεταξύ 2010 και 2022. Και ήδη το 2022 υπολογίστηκε ότι θα χρειαζόμασταν περισσότερο λίθιο από όσο πιθανώς διαθέτει ο πλανήτης.

Η ανακύκλωση μιας μπαταρίας (αυτό ισχύει για όλες, αλλά εντείνεται με τις τεράστιες μπαταρίες των αυτοκινήτων) είναι ότι χρειάζεται πολύς χρόνος για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία. Πρέπει να απενεργοποιηθούν εντελώς πριν τις μεταχειριστούμε με ασφάλεια και, αφού γίνει αυτό, υπάρχουν δύο παγιωμένες μέθοδοι:

• Υδρομεταλλουργία: με τη βοήθεια οξέων, τα μέταλλα διαλύονται σε μια διαδικασία γνωστή ως έκπλυση. Μπορούμε να λάβουμε τόσο το λίθιο όσο και το νικέλιο/κοβάλτιο και εκτιμάται ότι το 99% αυτών είναι κατάλληλα για νέες μπαταρίες.
• Πυρομεταλλουργία: χρησιμοποιώντας φούρνους στους 1.500 βαθμούς Κελσίου, τα συστατικά λιώνουν και διαχωρίζονται το κοβάλτιο, το νικέλιο και ο χαλκός, αφενός, και τα υπόλοιπα συστατικά (αλουμίνιο, λίθιο και μαγγάνιο) αφετέρου. Για την ανάκτηση του λιθίου, μετά την πυρομεταλλουργία, πρέπει να γίνει μια διαδικασία υδρομεταλλουργίας.

Τα μειονεκτήματα είναι σαφή: στην περίπτωση της υδρομεταλλουργίας, η χρήση οξέων είναι πολύ ρυπογόνος και πρέπει να γίνεται διαχείριση των υγρών αποβλήτων. Επιπλέον, απαιτείται πολύς χρόνος για την αποσύνθεση και τον διαχωρισμό των στοιχείων. Στην πυρομεταλλουργία, αν και η διαδικασία είναι ταχύτερη, παράγονται μεγάλες ποσότητες CO2 που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα και καταναλώνεται πολλή ενέργεια.

Είναι απαραίτητο να βρεθούν πιο βιώσιμες εναλλακτικές λύσεις και σε αυτό το σημείο έρχεται στο προσκήνιο η γλυκίνη. Ερευνητές από το South Central University of Changsha, το University of Guizhou και το National Research Center for Advanced Energy Storage Engineering Materials βρήκαν έναν τρόπο να ανακυκλώνουν το 99,9% των υλικών μιας μπαταρίας με λιγότερο ρυπογόνο τρόπο.

Στη μελέτη τους εξηγούν πώς η γλυκίνη, η οποία είναι ένα αμινοξύ που βρίσκεται στις πρωτεΐνες, μπορεί να επιτύχει μια αποτελεσματική ανάκτηση 99,99% λιθίου, 96,86% νικελίου, 92,35% χαλκού και 90,59% μαγγανίου σε μπαταρίες.

Οι ερευνητές διευκρινίζουν ότι το κλειδί είναι η δημιουργία μιας ατμόσφαιρας ομαλής έκπλυσης. Η αλλαγή των «σκληρών» οξέων που χρησιμοποιούνται συνήθως στην ανακύκλωση μπαταριών με διαλύματα ουδέτερου pH με γλυκίνη επιτρέπει την αποσύνθεση των υλικών της παλιάς μπαταρίας για να ανακτηθούν αργότερα τα στοιχεία που ενδιαφέρουν για ανακύκλωση σε νέο εξοπλισμό.

Όταν οι χρησιμοποιημένες μπαταρίες έρχονται σε επαφή με διάλυμα άλατος σιδήρου, οξαλικού νατρίου και υγρής γλυκίνης, σχηματίζεται πάνω τους ένα στρώμα σιδήρου που παίζει το ρόλο της ανόδου, ενώ το υλικό της μπαταρίας που ανακυκλώνεται λειτουργεί ως κάθοδος. Αυτή η χημική διάταξη δρομολογεί μια διαδικασία που αποσυνθέτει τη δομή της μπαταρίας, διευκολύνοντας την ανεξάρτητη διάλυση του λιθίου, του νικελίου, του κοβαλτίου και του μαγγανίου. Επιπλέον, η ομάδα διαβεβαιώνει ότι πρόκειται για μια γρήγορη διαδικασία: μόλις 15 λεπτά.

Από τη μελέτη υποστηρίζουν ότι πρόκειται για μια φθηνότερη διαδικασία, πιο ενεργειακά αποδοτική και με λιγότερες εκπομπές ρύπων από τις παραδοσιακές μεθόδους υδρομεταλλουργίας που χρησιμοποιούν οξύ ή αμμωνία, αλλά φυσικά είναι κάτι που έχει δοκιμαστεί στο εργαστήριο και θα πρέπει να φανεί σε ένα πραγματικό σενάριο. Αυτό που είναι σαφές είναι ότι η ανακύκλωση φαίνεται να είναι το κλειδί για να προχωρήσει ο εξηλεκτρισμός της αυτοκινητοβιομηχανίας χωρίς να καταφύγει σε αύξηση της εκμετάλλευσης των ορυχείων λιθίου.

Πριν από λίγες εβδομάδες, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Stanford δημοσίευσαν μια μελέτη στην οποία συνέκριναν τα οφέλη της ανακύκλωσης των μπαταριών ιόντων λιθίου σε σχέση με την εξόρυξη νέων υλικών. Συνοπτικά:

• Εκπέμπονται μεταξύ 58% και 81% λιγότερα αέρια του θερμοκηπίου.
• Χρησιμοποιείται μεταξύ 72% και 88% λιγότερο νερό.
• Χρησιμοποιείται 77 έως 89% λιγότερη ενέργεια.
• Εκπέμπεται επίσης λιγότερη αιθάλη και θείο.

Τα αποτελέσματα αυτά είναι αποτέλεσμα μιας μεθόδου που κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τους ερευνητές του πανεπιστημίου. Είναι σαν την πυρομεταλλουργία, αλλά επιλεκτικά, οπότε η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη και οι εκπομπές, επομένως, είναι επίσης χαμηλότερες. Είτε με τη μέθοδο του Standford είτε με τη γλυκίνη που αναφέρουν οι Κινέζοι ερευνητές, ο κόσμος βρίσκεται σε αυτόν τον αγώνα για την ανακύκλωση των μπαταριών των ηλεκτρικών οχημάτων.

Το Πανεπιστήμιο του Princeton ερευνά το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας για να αντικαταστήσει τις παραδοσιακές μεθόδους πυρομεταλλουργίας. Μάλιστα, υπάρχουν ήδη εταιρείες που έχουν συμβόλαια με την BMW ή τη Mercedes με στόχο την ανακύκλωση μπαταριών αυτοκινήτων, καθώς και μέθοδοι που χρησιμοποιούν ακτινοβολία μικροκυμάτων για τον διαχωρισμό των συστατικών: έως και 87% του λιθίου μιας μπαταρίας σε 15 λεπτά.

Είναι σαφές ότι, όπως ακριβώς υπάρχει ένας αγώνας δρόμου για την ηλεκτροκίνηση, υπάρχει επίσης μια ενεργή έρευνα για τον τρόπο επαναχρησιμοποίησης των μπαταριών που δεν είναι πλέον χρήσιμες για τα νέα αυτοκίνητα, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή άλλων. Τουλάχιστον μέχρι να υλοποιηθούν οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης...

[via]