إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون في دقائق بتقنية ثورية

ابتكر العلماء تقنية جديدة قادرة على إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون باستعمال مزيج من المياه وزيت الطهي حيث تتيح هذه التقنية التي تنتظر الحصول على براءة اختراع إمكان تنقية الكتلة السوداء لبطارية أيون الليثيوم، مباشرةً في غضون دقائق من التشغيل في درجة حرارة الغرفة.

إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون

ومع استعمال مليارات الوحدات من تلك البطاريات في جميع أنحاء العالم بالأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية، تتيح التقنية الجديدة إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون بشكل أرخص ثمناً وأكثر استدامة لدعم التحول إلى التقنيات النظيفة.

وتعتمد التقنية الجديدة على استعادة أكاسيد المعادن الثمينة المستعمَلة في البطاريات من البطاريات المطحونة باستعمال مستحلبات نانوية تكونت من أثر زيت الطهي في الماء.

ويشير مصطلح المستحلبات النانوية إلى مستحلبات غير متجانسة من الماء في الزيت أو الزيت في الماء.

تقنية ثورية

وتمثّل هذه التقنية التي ابتكرها العلماء في جامعة ليسستر البريطانية تحولاً ثورياً في تلك الصناعة، إذ تستعمل المياه وزيت الطهي لاستخلاص المعادن القيمة وإعادة تدوير تلك البطاريات، وفق دراسة نشرتها دورية آر إس سي ساستنابيليتي (RSC Sustainability).

وتتيح تقنية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة تنقية المعادن القيمة عند درجة حرارة الغرفة في غضون دقائق.

وتتزايد الرهانات على هذا النوع من البطاريات المستعمَل كثيراً في المركبات الكهربائية القادرة على تخزين كميات كبيرة من الطاقة، في إطار تخلُّص العالم تدريجياً من مصادر الوقود الأحفوري والتحول نحو وسائل النقل الأخضر والطاقة النظيفة.

وتستعمَل بطاريات الليثيوم أيون في مجالات كثيرة، بدءاً من السيارات الكهربائية لدعم الشبكة، وحتى تشغيل الهواتف أو أجهزة الحاسوب، من بين أجهزة أخرى عديدة.

إعادة تدوير بطاريات الليثيوم وغياب اللوائح

ويعني غياب اللوائح التنظيمية الخاصة باستعمال بطاريات الليثيوم أيون أنها لم تُصمم خصيصاً لإعادة تدويرها، ولكن تستعمَل الطرق التي تشتمل على الحرق الحراري/الهيدروميتالورجيا لاستعادة المعادن المهمة منها.

وما إن تصل بطاريات الليثيوم أيون إلى نهاية دورة حياتها، فإنها تجمَع وتقطَّع إلى قطع أصغر، لتكوين مادة تشبه الكعكة تسمى “الكتلة السوداء”، وهي خليط يحوي مزيجاً من الكربون في شكل الغرافيت والليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز، اعتماداً على تركيبة البطارية.

وفي التقنيات التقليدية، يستعمَل مزيج من درجات الحرارة ومواد المعالجة الحمضية لاستعادة المعادن المهمة من المزيج؛ ما يضيف إلى البصمة الكربونية لسلسلة إمدادات الليثيوم أيون.

لكن الباحثين في جامعة ليسستر وجدوا تقنية أكثر استدامة تستعمل المياه وزيت الطهي.

بطاريات مستدامة ورخيصة

ومن المعروف أن الزيت والماء لا يمتزجان إلّا بإضافة الصابون ومع ذلك، واستعمل فريق البحث الموجات فوق الصوتية لإنشاء قطرات نانوية من الزيت تظل داخل الماء لأسابيع.

وعند إدخالها في الكتلة السوداء، فإن تلك القطرات النانوية من الزيت تلتصق بمادة غراء أشبه بالكربون، وتربط جزيئات الغرافيت لتشكل كتلة كبيرة تطفو على سطح الماء، ما يؤدي ذلك إلى ترك المعادن القيمة والليثيوم في الكتلة السوداء؛ حيث يمكن إزالة الكتلة العائمة.

وبخلاف التقنيات التقليدية التي تؤدي فيها الحرارة والحمض إلى خفض جودة المواد المستخلَصة، تتيح تقنية قطرات الزيت النانوية استعادة المواد في تركيبها البلّوري، ومن الممكن استعمال ذلك لاحقًا مباشرة في خلايا البطاريات الجديدة.

ويتقدم الباحثون بطلب للحصول على براءة اختراع لتلك التقنية الخاصة بإعادة التدوير ذات الحلقة القصيرة التي من الممكن أن تجعل عملية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون مستدامة وأرخص ثمناً.

وقال كبير الباحثين جاكي يانغ: “هذه التقنية السهلة وغير المكلفة من الممكن أن تُشعل ثورة في الكيفية التي يُعاد تدوير البطاريات من خلالها”.

وأضاف يانغ: “نأمل حالياً أن نعمل مع مجموعة متنوعة من المستثمرين لتسريع وتيرة استعمال تلك التقنية، وبناء اقتصاد دائري لبطاريات الليثيوم أيون”.

ويتعاون الفريق الآن مع باحثين في جامعة برمنغهام لجمع ابتكارات أخرى في مجال إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون واختبارها في منشأة متخصصة يمكنها معالجة عشرات الكيلوغرامات من الكتلة السوداء في الساعة.

سلبيات الثورة الكهربائية

ولا تخلو الثورة الكهربائية من بعض النقاط السلبية، بما في ذلك التحديات المتعلقة بكيفية إعادة تدوير كميات كبيرة من البطاريات بكفاءة واستدامة في نهاية عمرها الافتراضي.

وبناءً على ذلك، فإنه من غير المرجّح أن يمثّل استعمال البطاريات للسيارات الكهربائية وتخزين الطاقة مستقبلًا عملية مستدامة إلّا إذا كان مسار إعادة التدوير أخضر وفاعلًا من حيث التكلفة.

وعالمياً، هناك ما يُقدَّر بنحو 40 مليون سيارة كهربائية، وما يقرب من 10 مليارات هاتف محمول وجهاز حاسوب محمول وجهاز لوحي نشط في جميع أنحاء العالم، وكلّها تعمل ببطاريات ليثيوم أيون.

ومع ذلك فإن الافتقار إلى اللوائح يعني أن حزم بطاريات الليثيوم أيون ليست مصممة لإعادة التدوير.