تعتبر حزمة البطارية في Tesla Model S إنجازًا هندسيًا معقدًا. تعمل آلاف الخلايا الأسطوانية ذات المكونات التي يتم الحصول عليها من جميع أنحاء العالم على تحويل الليثيوم والإلكترونات إلى طاقة كافية لدفع السيارة مئات الكيلومترات ، مرارًا وتكرارًا ، دون انبعاثات من أنبوب العادم. ولكن عندما تنتهي عمر البطارية ، تتلاشى فوائدها الخضراء. إذا انتهى بها المطاف في مكب النفايات ، يمكن أن تطلق خلاياه السموم المسببة للمشاكل ، بما في ذلك المعادن الثقيلة. وتحذر عالمة المواد دانا طومسون من جامعة ليستر من إعادة تدوير البطارية. قطع عميقًا في خلية Tesla ، أو في المكان الخطأ ، ويمكن أن يتسبب في حدوث ماس كهربائي ، والاحتراق ، وإطلاق أبخرة سامة.
هذه مجرد واحدة من المشاكل العديدة التي تواجه الباحثين ، بما في ذلك طومسون ، الذين يحاولون معالجة مشكلة ناشئة: كيفية إعادة تدوير ملايين بطاريات السيارات الكهربائية (EV) التي يتوقع المصنعون إنتاجها على مدى العقود القليلة القادمة. يقول طومسون ، زميل باحث في معهد فاراداي ، وهو مركز أبحاث يركز على قضايا البطاريات في المملكة المتحدة ، إن بطاريات المركبات الكهربائية الحالية "ليست مصممة حقًا لإعادة تدويرها".لم تكن هذه مشكلة كبيرة عندما كانت المركبات الكهربائية نادرة. لكن التكنولوجيا بدأت تنطلق الآن. قال العديد من شركات صناعة السيارات إنهم يخططون للتخلص التدريجي من محركات الاحتراق في غضون بضعة عقود ، ويتوقع محللو الصناعة أن 145 مليون سيارة كهربائية على الأقل ستكون على الطريق بحلول عام 2030 ، ارتفاعا من 11 مليون فقط العام الماضي. يقول طومسون: "بدأ الناس يدركون أن هذه مشكلة".
الحكومات تتجه نحو المطالبة بمستوى معين من إعادة التدوير. في عام 2018 ، فرضت الصين قواعد جديدة تهدف إلى تعزيز إعادة استخدام مكونات بطاريات السيارات الكهربائية. من المتوقع أن يضع الاتحاد الأوروبي اللمسات الأخيرة على متطلباته الأولى هذا العام. في الولايات المتحدة ، لم تقدم الحكومة الفيدرالية بعد ولايات إعادة التدوير ، ولكن العديد من الولايات ، بما في ذلك كاليفورنيا - أكبر سوق للسيارات في البلاد - تستكشف وضع قواعدها الخاصة.لن يكون الامتثال سهلاً. تختلف البطاريات بشكل كبير في الكيمياء والبناء ، مما يجعل من الصعب إنشاء أنظمة إعادة تدوير فعالة. وغالبًا ما يتم تثبيت الخلايا معًا باستخدام مواد لاصقة صلبة تجعل من الصعب تفكيكها. وقد ساهم ذلك في ظهور عقبة اقتصادية: غالبًا ما يكون من الأرخص بالنسبة لصانعي البطاريات شراء المعادن المستخرجة حديثًا من استخدام المواد المعاد تدويرها.
لاحظ الباحثون أن أساليب إعادة التدوير الأفضل لن تمنع التلوث فحسب ، بل تساعد أيضًا الحكومات على تعزيز أمنها الاقتصادي والوطني من خلال زيادة الإمدادات من معادن البطاريات الرئيسية التي تتحكم فيها دولة أو دول قليلة. "من ناحية ، يعد [التخلص من بطاريات السيارات الكهربائية] مشكلة في إدارة النفايات. وعلى الجانب الآخر ، إنها فرصة لإنتاج تيار ثانوي مستدام من المواد الحيوية "، كما يقول جافين هاربر ، الباحث في جامعة برمنغهام الذي يدرس قضايا سياسة السيارات الكهربائية.
لبدء إعادة التدوير ، تضع الحكومات والصناعة الأموال في مجموعة من المبادرات البحثية. ضخت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) حوالي 15 مليون دولار في مركز ReCell لتنسيق الدراسات التي يجريها العلماء في الأوساط الأكاديمية والصناعية والمختبرات الحكومية. دعمت المملكة المتحدة مشروع ReLiB ، وهو جهد متعدد المؤسسات. تقول ليندا جاينز ، التي تعمل على إعادة تدوير البطاريات في مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة ، مع تزايد صناعة السيارات الكهربائية ، أصبحت الحاجة إلى التقدم ملحة. تقول: "كلما أسرعنا في تحريك كل شيء ، كان ذلك أفضل".
يتم تصنيع بطاريات EV بشكل يشبه الدمى المتداخلة. عادةً ما تحتوي الحزمة الرئيسية على عدة وحدات ، كل منها مبني من العديد من الخلايا الأصغر . داخل كل خلية ، تتحرك ذرات الليثيوم عبر إلكتروليت بين أنود الجرافيت وصفيحة الكاثود المكونة من أكسيد معدني. عادة ما يتم تحديد البطاريات بالمعادن الموجودة في الكاثود. هناك ثلاثة أنواع رئيسية: النيكل - الكوبالت - الألمنيوم ، الحديد - الفوسفات ، والنيكل - المنغنيز - الكوبالت.
الآن ، تستهدف القائمين بإعادة التدوير بشكل أساسي المعادن الموجودة في القطب السالب ، مثل الكوبالت والنيكل ، التي تجلب أسعارًا عالية. (الليثيوم والجرافيت رخيصان للغاية بحيث لا يمكن إعادة تدويرهما اقتصاديًا.) ولكن بسبب الكميات الصغيرة ، فإن المعادن تشبه الإبر في كومة قش: يصعب العثور عليها واستعادتها.
حياة جديدة للخلايا المستهلكة
يعمل العلماء على ضمان إمكانية إعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية التي تُباع اليوم في عام 2030 وما بعده ، عندما تصل آلاف البطاريات إلى نهاية حياتها كل يوم. تأتي بطاريات المركبات الكهربائية في العديد من التصميمات ، ولكنها تشترك عمومًا في هذه المكونات.
غلاف البطارية خلية منشورية تحكم شحن البطارية تسخير كهربائي بطارية مخرج البطارية بطارية EV البطاريات الثقيلة تعطي EVs مركز ثقل منخفض حزمة بطارية EV داخل العبوة مكونات كهربائية تدير شحن واستقرار عشرات الوحدات الوحدة تحتوي كل وحدة على العديد من خلايا البطارية ويمكن أن تحتوي بطاريات CellEV على مئات أو حتى آلاف الخلايا. تتنوع التصميمات ، وتتضمن خلايا موشورية مستطيلة الشكل وخلايا أسطوانية علبة خلية ، أسلاك من خلية إلى خلية ، إخراج الوحدة ، حالة الوحدة
1 يجعل فتح هذه الخلايا صعبًا. غالبًا ما يجمع الغراء المتين آلاف الخلايا في عبوات .
2 الأنود تتكون الأقطاب الكهربائية السلبية من الجرافيت أو الكربون أو مكونات قائمة على السيليكون. تقوم بإطلاق وتخزين الكهرباء أثناء تحرك ذرات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية.
لاستخراج هذه الإبر ، يعتمد القائمون على إعادة التدوير على تقنيتين ، تُعرفان باسم استخلاص المعادن بالحرارة وعملية استخلاص المعادن من الماء. والأكثر شيوعًا هو معالجة المعادن بالحرارة ، حيث يقوم القائمون بإعادة التدوير أولاً بتمزيق الخلية ميكانيكيًا ثم حرقها ، تاركين كتلة متفحمة من البلاستيك والمعادن والمواد اللاصقة. في هذه المرحلة ، يمكنهم استخدام عدة طرق لاستخراج المعادن ، بما في ذلك الحرق الإضافي. "بيروميت يتعامل أساسًا مع البطارية كما لو كانت خامًا" مباشرة من منجم ، كما يقول جاينز. على النقيض من ذلك ، تتضمن المعالجة بالمياه المعدنية غمر مواد البطاريات في أحواض من الأحماض ، لإنتاج حساء مليء بالمعادن. في بعض الأحيان يتم الجمع بين الطريقتين.
لكل منها مزايا وعيوب. لا تتطلب المعالجة الحرارية للمعادن ، على سبيل المثال ، من القائم بإعادة التدوير معرفة تصميم البطارية أو تركيبها ، أو حتى ما إذا كانت فارغة تمامًا ، من أجل المضي قدمًا بأمان. لكنها كثيفة الاستخدام للطاقة. يمكن للمعالجة المائية استخراج المواد التي لا يمكن الحصول عليها بسهولة من خلال الحرق ، ولكنها قد تنطوي على مواد كيميائية تشكل مخاطر صحية. وقد يكون استرداد العناصر المرغوبة من الحساء الكيميائي أمرًا صعبًا ، على الرغم من أن الباحثين يجرون تجارب على مركبات تعد بإذابة معادن معينة للبطارية ولكنها تترك أخرى في شكل صلب ، مما يسهل استعادتها. على سبيل المثال ، حدد طومسون مرشحًا واحدًا ، وهو مزيج من الأحماض والقواعد يسمى مذيب سهل الانصهار ، يذوب كل شيء ما عدا النيكل.
توصلت الدراسات إلى أن كلا العمليتين تنتج نفايات واسعة وتنبعث منها غازات دفيئة. ويمكن أن يكون نموذج العمل مهتزًا: تعتمد معظم العمليات على بيع الكوبالت المستعاد للبقاء في العمل ، لكن صانعي البطاريات يحاولون الابتعاد عن هذا المعدن باهظ الثمن نسبيًا.
يقول أبوت إن هناك القليل من الوقت لنضيعه : "ما لا تريده هو إنتاج خلية لمدة 10 سنوات من المستحيل تمامًا تفكيكها". "لم يحدث ذلك بعد - لكن الناس يصرخون ويخشون حدوث ذلك."
تعليقات
إرسال تعليق