استخلاص المعادن القيمة من نفايات البطاريات المستعملة باستخدام الماء وزيت الطهي

نجح العلماء في تطوير تقنية لاستخلاص المعادن القيمة بشكل مستدام من نفايات البطاريات المستعملة بمزيج من الماء وزيت الطهي.

وتتيح التكنولوجيا الحاصلة على براءة اختراع تنقية الكتلة السوداء لبطارية أيون الليثيوم، وهي عبارة عن خليط منخفض القيمة من الأنود والكاثود ومواد أخرى، مباشرة خلال دقائق من التشغيل في درجة حرارة الغرفة.

مع استخدام مليارات البطاريات من هذا النوع في جميع أنحاء العالم في الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية، فقد يتيح ذلك طريقة إعادة تدوير أرخص وأكثر استدامة لدعم التحول إلى التقنيات الخضراء.

توصل بحث أجراه البروفيسور آندي أبوت والدكتور جيك يانج في جامعة ليستر، بالتعاون مع مشروع ReLiB التابع لمؤسسة فاراداي، إلى طريقة مبتكرة لاستعادة أكاسيد المعادن الثمينة المستخدمة في البطاريات باستخدام مستحلبات نانوية تم إنشاؤها من أثر زيت الطهي في الماء.

ونُشرت الدراسة في مجلة RSC Sustainability .

من خلال خبرتنا اليومية، نعلم أن الزيت والماء لا يختلطان إلا إذا أضفنا الصابون، لكن الأبحاث أظهرت أن استخدام الموجات فوق الصوتية يمكن أن يخلق قطرات نانوية من الزيت مستقرة لأسابيع.

والأمر الحاسم هو أن قطرات الزيت النانوية تنقي نفايات البطاريات، المعروفة باسم “الكتلة السوداء”، لأنها تحتوي على مزيج من الكربون (الجرافيت) وأكاسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت المعدنية القيمة.

تكتلات كبيرة من الزيت والجرافيت

تلتصق قطرات الزيت النانوية بسطح الكربون، وتعمل كـ “غراء” لربط جزيئات الجرافيت الكارهة للماء معًا لتكوين تكتلات كبيرة من الزيت والجرافيت تطفو على الماء، تاركة أكاسيد الليثيوم المعدنية الثمينة والمحبة للماء دون مساس. يمكن إزالة تكتل الزيت والجرافيت ببساطة، مما يترك أكاسيد معدنية نقية.

وتستخدم تقنيات إعادة التدوير الحالية مزيجًا من المعالجة الحرارية للفرن لحرق الجرافيت غير المرغوب فيه، وبالتالي زيادة البصمة الكربونية لسلسلة قيمة المركبات الكهربائية، فضلاً عن الأحماض التآكلية المركزة التي تأخذ أكاسيد المعادن القيمة المستخدمة في البطاريات إلى مواد البطارية الأقل قيمة والتي صنعت منها البطارية لأول مرة.

تسمح تقنية المستحلب التي طورها علماء ليستر، بإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون في حلقات قصيرة، لا يتم تدمير البنية البلورية للمواد المستردة في هذه العملية، وتسمح بإعادة تصنيع المواد المستردة مباشرة في خلايا بطارية جديدة، على عكس طرق المعالجة الحرارية/ الهيدروميتالورجية.

سلسلة توريد البطاريات أكثر استدامة وأقل تكلفة

يمكن أن يؤدي هذا إلى جعل سلسلة توريد البطاريات أكثر استدامة وأقل تكلفة.

قال الدكتور جيك يانج من كلية الكيمياء بجامعة ليستر: “هذه الطريقة السريعة والبسيطة وغير المكلفة يمكن أن تحدث ثورة في كيفية إعادة تدوير البطاريات على نطاق واسع، ونأمل الآن في العمل مع مجموعة متنوعة من أصحاب المصلحة لتوسيع نطاق هذه التكنولوجيا وإنشاء اقتصاد دائري لبطاريات الليثيوم أيون”.

الثورة الكهربائية تأتي مع بعض العيوب، أحدها التحديات المتعلقة بكيفية إعادة تدوير كميات كبيرة من البطاريات بكفاءة واستدامة في نهاية عمرها التشغيلي.

إن استخدام البطاريات في المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة لن يكون مستقبلاً مستداماً إلا إذا كان مسار إعادة التدوير صديقاً للبيئة وفعّالاً من حيث التكلفة.

وعلى مستوى العالم، هناك ما يقدر بنحو 40 مليون مركبة كهربائية، وهناك ما يقرب من 10 مليارات هاتف محمول وكمبيوتر محمول وجهاز لوحي نشط في جميع أنحاء العالم، وكلها تعمل ببطاريات ليثيوم أيون، ومع ذلك، فإن الافتقار إلى اللوائح يعني أن حزم بطاريات الليثيوم أيون ليست مصممة لإعادة التدوير.

كما تتعاون جامعتا ليستر وبرمنغهام لجمع العديد من التقنيات التي تم تطويرها تحت إشراف ReLiB في مشروع InnovateUK، ReBlend ويهدف هذا المشروع إلى إنشاء خط تجريبي قادر على معالجة عشرات الكيلوجرامات/ساعة من الكتلة السوداء لإثبات أن عملية إعادة المعالجة ذات الحلقة القصيرة هذه يمكن أن تعمل بشكل اقتصادي لتوفير مادة من الدرجة المستخدمة في البطاريات للخلايا الجديدة.

وعلق البروفيسور مارتن فرير، الرئيس التنفيذي لمؤسسة فاراداي، قائلاً: “يعد مشروع ReLiB أحد المشاريع الرائدة لمؤسسة فاراداي في تطوير التكنولوجيا المبتكرة لالتقاط القيمة والاحتفاظ بالموارد النادرة في الاقتصاد الدائري لتصنيع البطاريات وإعادة تدويرها، يقدم هذا العمل طريقًا واعدًا لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع”.