اقرأ في هذا المقال
- تعتمد تقنية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون على بطاريات صغيرة
- تستعمل التقنية الجلايسين بصفة حمض أميني
- تقنية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون آمنة وصديقة للبيئة
- البطاريات المهمَلة تطلق مواد كيميائية سامّة تلوّث التربة والمياه
- تتّسم التقنية بالسرعة والكفاءة، كما أنها تزيل النفايات الضارة
اكتشف العلماء تقنيةً مبتكرةً بشأن إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون، لديها القدرة على استعادة قرابة 100% من المعادن المستعمَلة في تصنيع تلك البطاريات، وفق دراسة حديثة طالعت نتائجها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
ومن الممكن أن تساعد التقنية الجديدة في تلبية الحاجة الملحّة إلى التعامل مع النفايات الإلكترونية الناجمة عن الهواتف الذكية القديمة والسيارات الكهربائية.
وتعتمد تقنية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون على بطاريات صغيرة لتفكيك معادن الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز من بطارية قديمة، قبل استعمال الحامض الأميني لاستخراج تلك المعادن بصورة آمنة وسريعة.
ويساعد استعمال الجلايسين بصفة حمض أميني في تجنُّب استعمال المواد الكيميائية القاسية في إنجاز عملية إعادة تدوير البطاريات، وتكوين منتجات ثانوية سامّة.
تقنية صديقة للبيئة
تبرز إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون تقنية صديقة جدًا للبيئة، مقارنةً بأنشطة تعدين المواد الجديدة، وفق دراسة حديثة نشرتها دورية نيتشر كوميونيكيشنز.
وما تزال طرق إعادة التدوير الحالية مدمّرة للبيئة نتيجة المواد التي تستعملها، والانبعاثات الناجمة عنه.
وتطلق البطاريات المهمَلة مواد كيميائية سامّة تلوّث التربة والمياه، بينما يؤدي استخراج الليثيوم الجديد والمعادن الأخرى إلى استنزاف الموارد الطبيعية والإضرار بالنظم البيئية.
ولمواجهة تلك المعضلات، طوّر فريق الباحثين الصينيين تقنية إعادة تدوير ليثيوم أكثر أمانًا واستدامة من شأنها أن تنهي الحاجة إلى الأحماض القاسية عبر استعمال محلول حيادي.
طريقة آمنة لاستخراج المعادن
تحتوي بطاريات الليثيوم أيون القديمة على معادن قيّمة مثل الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز، التي يمكن إعادة استعمالها في البطاريات الجديدة.
وتستعمِل معظم طرق إعادة تدوير بطاريات الليثيوم الحالية أحماضًا قوية أو الأمونيا لاستخراج تلك المعادن، غير أن تلك العمليات من الممكن أن تضرّ بالبيئة.
وتعمل الطريقة الجديدة -التي طورّها علماء من جامعة سنترال ساوث في تشانغشا الصينية، ومواطنتها جامعة قويتشو العادية، والمركز الوطني لبحوث الهندسة لمواد تخزين الطاقة المتقدمة- على مستوى الرقم الهيدروجيني المحايد؛ ما يقلل من مخاطر التلوث ومخاطر السلامة.
ولجعل تلك المسألة ممكنة عمليًا، دمج الباحثون فكرتين مبتكرتين، وهما استعمال بطاريات صغيرة لتفكيك معادن البطاريات، وإضافة حمض الجلايسين الأميني للمساعدة على استخراج المعادن.
وتتيح تلك التقنيات استعادة المعادن القيمة دون استعمال المواد الكيميائية القاسية، وفق معلومات اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
ويؤدي الجلايسين -وهو حمض أميني شائع- دورًا حاسمًا في تقنية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون؛ إذ يربط ويلتقط أيونات المعدن مثل الليثيوم، والنيكل والكوبالت والمنغنيز؛ ما يمنعها من تكوين منتجات ثانوية غير مرغوب فيها.
وعلاوة على ذلك، فإن الجلايسين يُعدّ منظمًا طبيعيًا يحافظ على المحلول عند درجة حموضة محايدة، ويجعل العملية أكثر أمانًا من تقنيات إعادة التدوير التقليدية القائمة على الأحماض.
مفاجأة كبرى
تكمن المفاجأة الحقيقية بتقنية إعادة التدوير المذكورة في أن محلول الجلايسين المتبقي بعد استخراج المعادن لا يُعدّ نفايات، بل موردًا.
فبدلًا من تكوين منتجات ثانوية سامة، يمكن إعادة استعمال محلول الجلايسين سمادًا، محولًا بذلك النفايات الكيميائية إلى منتج زراعي مفيد.
وهذا لا يعني أن الجلايسين لا يسهم بتحسين عملية استعادة المعادن فحسب، بل يضمن -كذلك- إسهام كل جزء من العملية في الاستدامة.
وثمة اكتشاف رئيس في تقنية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون تلك، ممثلةً في بناء "بطاريات صغيرة" داخل المحلول المستعمَل في عملية إعادة التدوير.
وتساعد تلك البطاريات الصغيرة في تفكيك معادن البطاريات المستعمَلة؛ ما يجعل عملية استعادة المعادن أسهل بكثير.
ومزج الباحثون جزيئات البطاريات القديمة مع ملح الحديد ثنائي التكافؤ، وأكسالات الصوديوم والغلايسين في سائل حيادي، وفق ما طالعته منصة الطاقة المتخصصة.
ويؤدي هذا المزيج إلى تحفيز تفاعل يتحول فيه الحديد ثنائي التكافؤ (II) إلى حديد ثلاثي التكافؤ (III)، بينما تتحول أيونات الأكسجين في مادة البطارية إلى أيونات هيدروكسيد (OH–).
ويعمل التفاعل المذكور على تفكيك بنية البطارية؛ ما يتيح لعناصر الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز الذوبان في المحلول، ولا تتّسم تلك العملية بالسرعة والكفاءة فحسب، بل إنها تزيل النفايات الضارة أيضًا.
نتائج مذهلة
جاءت نتائج تقنية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون مذهلة إلى أبعد الحدود؛ إذ إنه خلال مدة لا تتجاوز 15 دقيقة، يمكن استخراج 99.99% من الليثيوم، و 96.8% من النيكل، و 92.35% من الكوبالت، و 90.59% من المنغنيز، من البطاريات المستعمَلة.
ومن الممكن استعمال محلول الغلايسين المتبقي سمادًا؛ ما يخفض النفايات بصورة أكبر؛ ولا تقتصر عملية إعادة التدوير تلك على استعادة المعادن؛ بل إنها تحمي كوكب الأرض بشكل أو بآخر.
وتتيح التقنية المذكورة نهجًا أكثر ذكاءً وأمانًا واستدامةً لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون؛ ما يضمن تحقيق أقصى استفادة من الموارد المتاحة، مع تقليل الضرر البيئي إلى أدنى حدّ.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصادر:
1.استعادة 100% من معادن بطاريات الليثيوم أيون بتقنية مبتكرة من دراسة نشرتها دورية نيتشر كوميونيكيشنز
