Κινέζοι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν τρόπο να ανακυκλώνουν τις μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιώντας μόνο διοξείδιο του άνθρακα και νερό, εξαλείφοντας την ανάγκη για σκληρές, ρυπογόνες χημικές ουσίες για την εξαγωγή του λιθίου και την αναβάθμιση των υλικών του καθοδίου.
Η ομάδα από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών και το Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Πεκίνου δήλωσε ότι εφάρμοσε μια στρατηγική “τρία σε ένα” για τη βελτίωση της ανάκτησης λιθίου, την αναβάθμιση μετάλλων μετάπτωσης όπως το κοβάλτιο και το νικέλιο, και τη δέσμευση άνθρακα για την εξάλειψη των παραπροϊόντων αποβλήτων.
Η μέθοδός τους πέτυχε απόδοση εξαγωγής λιθίου άνω του 95%, συγκρίσιμη με τις παραδοσιακές μεθόδους ανακύκλωσης που απαιτούν διαβρωτικές χημικές ουσίες και παράγουν επικίνδυνα απόβλητα ύδατα. “Αυτή η προσέγγιση όχι μόνο παρέχει μια αποτελεσματική οδό για την ανάκτηση λιθίου, αλλά και αναβαθμίζει τα χρησιμοποιημένα υλικά καθοδίου σε πολύτιμους καταλύτες, υποστηρίζοντας τεχνολογίες βιώσιμης μετατροπής ενέργειας”, ανέφερε η ομάδα σε δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications στις 10 Ιανουαρίου.
Το κάθοδο είναι ο θετικός πόλος μιας μπαταρίας και μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας μέταλλα όπως το λίθιο, το κοβάλτιο, το νικέλιο και το μαγγάνιο. “Διεξαγόμενη υπό κανονικές συνθήκες χωρίς πρόσθετα βοηθήματα λείανσης ή εκχυλιστικούς παράγοντες, αυτή η μέθοδος ελαχιστοποιεί τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις”, σύμφωνα με τους επιστήμονες.
Επιπλέον, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι μέχρι το 2050, ο παγκόσμιος όγκος των χρησιμοποιημένων μπαταριών ιόντων λιθίου αναμένεται να φτάσει τα 381 εκατομμύρια μετρικούς τόνους – περίπου το βάρος όλων των ανθρώπων που ζουν σήμερα στη Γη. Η ακατάλληλη διαχείριση απορριμμάτων όχι μόνο θα οδηγήσει σε σπατάλη στρατηγικών μεταλλικών πόρων όπως το λίθιο, το κοβάλτιο και το νικέλιο – τα οποία υπόκεινται σε παγκόσμιες ελλείψεις και κυμαινόμενες τιμές – αλλά μπορεί επίσης να εγκυμονεί κινδύνους περιβαλλοντικής ρύπανσης.
Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι ανακύκλωσης κρίσιμων μετάλλων από μπαταρίες ιόντων λιθίου: άμεση αναγέννηση, πυρομεταλλουργία και υδρομεταλλουργία. Η πυρομεταλλουργία βασίζεται στην τήξη σε υψηλή θερμοκρασία (συνήθως πάνω από 1.400 βαθμούς Κελσίου) για την ανάκτηση κοβαλτίου, νικελίου και χαλκού, με χαμηλό ρυθμό ανάκτησης λιθίου. Η υδρομεταλλουργία, που χρησιμοποιεί χημική εκχύλιση και εξαγωγή με διαλύτη, έχει υψηλότερη απόδοση ανάκτησης και θεωρείται “η πιο ευέλικτη και ευρέως εφαρμόσιμη προσέγγιση”.
Ωστόσο, ορισμένες μέθοδοι υδρομεταλλουργίας, παρόλο που μπορούν να επιτύχουν αποδόσεις εξαγωγής λιθίου άνω του 95%, δημιουργούν σημαντικές ποσότητες επικίνδυνων αποβλήτων υδάτων λόγω της χρήσης ισχυρών οξέων. “Οι υπάρχουσες τεχνολογίες δεν έχουν ακόμη επιτύχει τη βέλτιστη ισορροπία μεταξύ ήπιων συνθηκών επεξεργασίας, ελάχιστης χημικής εισόδου και παραγωγής προϊόντων υψηλής αξίας”, δήλωσαν οι επιστήμονες.
“Εδώ, προτείνουμε μια στρατηγική ‘τρία σε ένα’ που αξιοποιεί την στοιχειώδη μικρο-διαχωρισμό σε χρησιμοποιημένα υλικά καθοδίου, ο οποίος προκαλείται μέσω ελεγχόμενης μηχανοχημικής (MC) επεξεργασίας”, πρόσθεσαν. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η εφαρμογή μηχανικής δύναμης για δύο ώρες στις μπαταρίες, πριν από τη διαδικασία εκχύλισης, διέτασσε τη διάταξη των λιθίου και των μετάλλων μετάπτωσης, ή προκαλούσε μικρο-διαχωρισμό.
Αυτή η διαδικασία βοήθησε στη μετατροπή του λιθίου σε μια κατάσταση όπου ήταν εξαιρετικά αντιδραστικό με το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό, ξεπερνώντας τους “εγγενείς περιορισμούς” όταν αυτά χρησιμοποιούνται απευθείας για την εκχύλιση υλικών καθοδίου. Σύμφωνα με τη μελέτη, αυτό υποδηλώνει επίσης ότι τυχόν δομικά ελαττώματα που εισάγονται στα απόβλητα καθόδου κατά τη μακροχρόνια χρήση ή την προ-επεξεργασία δεν θα έθεταν σε κίνδυνο τη μέθοδό τους, αλλά αντίθετα θα τη βελτίωναν.
Το επόμενο στάδιο της διαδικασίας, η χρήση του διοξειδίου του άνθρακα ως αντιδραστηρίου, είχε ως αποτέλεσμα την ταυτόχρονη εξαγωγή λιθίου και τον μετασχηματισμό των μετάλλων μετάπτωσης σε καταλύτες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για βιομηχανικές εφαρμογές, όπως η παραγωγή πράσινου υδρογόνου. “Τελικά, αυτός ο μικρο-διαχωρισμός οδηγεί σε απόδοση εξαγωγής λιθίου >95% μόνο με διοξείδιο του άνθρακα – το οποίο θα μπορούσε να προέρχεται δυνητικά εξ ολοκλήρου από βιομηχανικά ρεύματα αποβλήτων – ενισχύοντας έτσι τα περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη της διαδικασίας”, τόνισε η ομάδα.
Σύμφωνα με τη δημοσίευση, ολόκληρη η διαδικασία μπορεί να διεξαχθεί σε κανονική θερμοκρασία, και η δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα συμβαίνει ταυτόχρονα κατά τη διαδικασία ανάκτησης μετάλλων. Η ομάδα δήλωσε ότι η στρατηγική τους ήταν “ιδιαίτερα αποτελεσματική” για συστήματα καθόδου υψηλού νικελίου, τα οποία είναι κρίσιμα για τα ηλεκτρικά οχήματα. “Αυτό το παράδειγμα αναβάθμισης έχει μεγάλες υποσχέσεις για την υποστήριξη της νέας ενεργειακής βιομηχανίας στην επίτευξη στόχων κλειστού κύκλου διαχείρισης πόρων και μείωσης του άνθρακα”, κατέληξαν οι ερευνητές.
