2 dni temu
Zużyte akumulatory litowo-jonowe od lat są jednym z największych wyzwań środowiskowych nowoczesnej technologii. Ich liczba rośnie szybciej niż możliwości bezpiecznego recyklingu, a obecne metody są kosztowne i mało efektywne.
Naukowcy z Chin zaprezentowali jednak rozwiązanie, które może zmienić zasady gry. Nowy proces pozwala jednocześnie odzyskać niemal cały lit, wychwycić używany w procesie dwutlenek węgla i stworzyć katalizatory do produkcji wodoru.
Globalny problem
Akumulatory litowo-jonowe napędzają telefony, laptopy, samochody elektryczne i systemy magazynowania energii. Po zakończeniu eksploatacji stają się jednak niebezpiecznym odpadem, zdolnym do skażenia gleby i wód gruntowych. Według prognoz globalna masa zużytych baterii sięgnie setek milionów ton w ciągu najbliższych dekad. Brak skutecznych i tanich metod recyklingu grozi poważnym kryzysem środowiskowym. Dodatkowo, popyt na lit rośnie dużo szybciej niż jego wydobycie.
Niestety, stare technologie recyklingu zawodzą. Recykling termiczny wymaga ogromnych ilości energii i prowadzi do strat litu. Z kolei metody chemiczne opierają się na agresywnych kwasach, które generują toksyczne odpady ciekłe. Obie technologie są trudne do wdrożenia na dużą skalę (szczególnie w krajach rozwijających się) i mają wysoki ślad węglowy.
Szacuje się, iż do 2050 roku masa zużytych baterii osiągnie 381 milionów ton. Niewłaściwie utylizowane akumulatory litowo-jonowe mogą uwalniać toksyczne metale i łatwopalne substancje. Źródło zdjęcia: FreepikMechanochemia zamiast pieców
Zanim przejdziemy do szczegółów, warto wyjaśnić, czym jest obróbka mechanochemiczna. To metoda przetwarzania materiałów, w której reakcje chemiczne są inicjowane lub przyspieszane przez działanie energii mechanicznej, a nie wysokiej temperatury czy agresywnych odczynników. Najczęściej polega na intensywnym mieleniu, ugniataniu lub ścieraniu materiału (np. w młynach kulowych), co prowadzi do łamania wiązań chemicznych, zmiany struktury krystalicznej i przemieszczania atomów.
Nowa metoda opracowana przez Chińską Akademię Nauk i Pekiński Instytut Technologii wykorzystuje wysokonergetyczne mielenie kulowe (high-energy ball miling). Działanie sił mechanicznych wywołuje mikrosegregację – atomy litu są wypychane ku powierzchni, natomiast metale, takie jak nikiel i kobalt, koncentrują się w rdzeniu. Znajdujący się na wierzchu lit staje się wysoce reaktywny. To umożliwia jego selektywny odzysk bez użycia wysokiej temperatury i agresywnych chemikaliów.
Drugim elementem technologii jest zastosowanie mieszaniny wody i sprężonego dwutlenku węgla. CO₂ reaguje z warstwą bogatą w lit, tworząc wodorowęglan litu o wysokiej czystości. Skuteczność odzysku przekracza 95%, a dwutlenek węgla zostaje trwale związany w procesie, zamiast trafić do atmosfery.
Pozostałości metaliczne nie trafiają na wysypisko. Dzięki zmianom strukturalnym stają się wydajnymi katalizatorami reakcji wydzielania tlenu, kluczowej dla produkcji wodoru. Testy takich katalizatorów wykazały wysoką stabilność i niskie straty energetyczne, co czyni je atrakcyjnymi dla przemysłu energetycznego.
Technologia gotowa na przemysł
Proces działa w temperaturze pokojowej i przy normalnym ciśnieniu, eliminując większość kosztów energetycznych. Naukowcy podkreślają, iż metoda nadaje się do skalowania i szczególnie dobrze sprawdza się w nowoczesnych bateriach o wysokiej zawartości niklu. jeżeli technologia trafi do masowego użytku, może połączyć recykling baterii z produkcją czystej energii, zamykając obieg surowców.
Źródło: Techxplore, Nature Communications. Zdjęcie otwierające: Pexels
