باتری‌های فرسوده، طلای سبز آینده: بازیافت جای استخراج را می‌گیرد؟

بازیافت باتری‌های لیتیوم-یونی: یک گام رو به جلو برای محیط زیست

بررسی‌های جدیدی که توسط دانشگاه استنفورد انجام و در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده، نشون میده که بازیافت باتری‌های لیتیوم-یونی برای بازیابی فلزات ارزشمندشون، آسیب کمتری به محیط زیست میزنه نسبت به استخراج این فلزات از معادن. در مقیاس بزرگ، بازیافت همچنین می‌تونه به کاهش وابستگی و نگرانی‌ها در مورد تأمین بلندمدت مواد معدنی حیاتی برای باتری‌ها کمک کنه، چه از نظر دسترسی فیزیکی و چه از نظر ملاحظات سیاسی.

بازیافت‌کنندگان باتری‌های لیتیوم-یونی مواد اولیه رو از دو منبع اصلی تهیه می‌کنن: ضایعات کارخانه‌ها که باتری‌های نامرغوب تولید می‌کنن و باتری‌های «از کار افتاده» که عمدتاً از مراکز بازیافت جمع‌آوری میشن. در این فرآیند، لیتیوم، نیکل، کبالت، مس، منگنز و آلومینیوم از این منابع استخراج میشن. پژوهش‌ها نشون داده که این فرآیند بازیافت، ردپای زیست‌محیطی کمتری داره. یعنی، کمتر از نصف گازهای گلخانه‌ای (GHGs) رو تولید می‌کنه که در استخراج و تصفیه سنتی این فلزات تولید میشه و حدود یک‌چهارم آب و انرژی مورد نیاز برای استخراج فلزات نو رو مصرف می‌کنه.

مزایای زیست‌محیطی برای بازیافت باتری‌های دور ریخته شده، که حدود ۹۰٪ از مواد بازیافتی رو شامل میشه، حتی بیشتر دیده میشه. تأثیرات اون به این صورته: فقط ۱۹٪ از گازهای گلخانه‌ای تولید شده در استخراج و فرآوری فلزات، ۱۲٪ مصرف آب و ۱۱٪ مصرف انرژی. اگرچه این مقادیر به‌طور دقیق اندازه‌گیری نشدن، اما کاهش مصرف انرژی با کاهش آلاینده‌های هوا مثل دوده و گوگرد هم رابطه داره. ویلیام تارپه، استادیار مهندسی شیمی و نویسنده‌ی ارشد این مطالعه، گفت: «این مطالعه به ما نشون میده که می‌تونیم آینده‌ی بازیافت باتری‌ها رو طوری طراحی کنیم که بیشترین فایده رو برای محیط زیست داشته باشه. ما می‌تونیم این سناریو رو بسازیم.»

موقعیت مکانی و تأثیرات زیست‌محیطی

تأثیرات زیست‌محیطی بازیافت باتری‌ها، به شدت به مکان کارخانه‌های بازیافت و منبع تأمین برق اونها بستگی داره. سامانتا بونکه، دانشجوی دکترا و یکی از محققان اصلی این مطالعه، گفت: «کارخانه‌های بازیافت باتری در مناطقی که برقشون رو از زغال‌سنگ تأمین می‌کنن، مزیت کمتری از نظر اقلیمی دارن.» او همچنین اضافه کرد: «کمبود آب آشامیدنی در مناطقی که برق پاک‌تری دارن، یه نگرانی بزرگه.»

بیشتر داده‌های این مطالعه از شرکت Redwood Materials در نوادا به دست اومده. این شرکت بزرگ‌ترین تأسیسات بازیافت باتری لیتیوم-یونی در آمریکای شمالی رو داره و از انرژی پاک، مثل برق آبی، انرژی زمین‌گرمایی و خورشیدی استفاده می‌کنه.

نقش حمل و نقل

حمل و نقل هم یه عامل مهم دیگه هست. به عنوان مثال، در استخراج و فرآوری کبالت، ۸۰٪ از کبالت دنیا از جمهوری دموکراتیک کنگو استخراج میشه. بعد ۷۵٪ از کبالت برای تولید باترى‌ها، از طریق جاده، راه‌آهن و دریا به چین منتقل میشه تا تصفیه بشه. در همین حال، بیشتر لیتیوم دنیا در استرالیا و شیلی استخراج میشه و بیشترش هم به چین میره. در مورد بازیافت، باتری‌های استفاده شده و ضایعات باید جمع‌آوری و به کارخانه‌های بازیافت منتقل بشن.

تحقیقات جدید در مورد بازیافت باتری‌ها

مایکل ماچالا، یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، گفت: «ما محاسبه کردیم که فاصله‌ی کل حمل و نقل برای استخراج و تصفیه فلزات فعال در یک باتری، به طور متوسط ​​حدود ۳۵۰۰۰ مایل (۵۷۰۰۰ کیلومتر) میشه. این تقریباً یک و نیم دور گردش به دور دنیاست.» ماچالا، که در زمان تحقیق، پژوهشگر پسادکتری در مؤسسه پری‌کورت انرژی استنفورد بود و الان دانشمند ارشد در مؤسسه تحقیقاتی تویوتاست، اضافه کرد: «برآورد ما برای حمل باتری‌های استفاده شده از تلفن همراه یا خودروهای برقی به یک مرکز تصفیه فرضی در کالیفرنیا حدود ۱۴۰ مایل (۲۲۵ کیلومتر) بود.» این مسافت بر اساس مکان‌های ایده‌آل برای تأسیسات تصفیه آینده در آمریکا، با توجه به باتری‌های قابل بازیافت، محاسبه شده.

مزیت انحصاری

نتایج حاصل از شرکت ردودود، عملکرد کلی صنعت نوپای بازیافت باتریها را به خوبی نشان می‌دهد. فرآیند معمول پیرومتالورژی که یک مرحله کلیدی در تصفیه فلزات است، انرژی‌بر است و معمولاً به دماهای بالای ۲۵۵۰ درجه فارنهایت (۱۴۰۰ درجه سانتی‌گراد) نیاز دارد. اما ردودود یک فرآیند به نام «کلسیناسیون کاهشی» را ثبت کرده که به دماهای بسیار پایین‌تری نیاز داره، از سوخت‌های فسیلی استفاده نمی‌کنه و مقدار بیشتری لیتیوم نسبت به روش‌های معمول تولید می‌کنه.

شی چن، یکی از نویسندگان این مطالعه، که در زمان تحقیق دانشجوی دکتری در استنفورد بود و الان استادیار دانشگاه شهر هنگ‌کنگ هست، گفت: «فرآیندهای مشابه با روش ردودود در حال ظهور هستن که در آزمایشگاه‌ها، با دماهای متوسط ​​کار میکنن و از سوخت‌های فسیلی استفاده نمی‌کنن.» او اضافه کرد: «هر بار که درباره‌ی تحقیقاتمون صحبت می‌کردیم، شرکت‌ها از ما سؤال می‌کردن و یافته‌های ما رو در روش‌های کارآمدترشون به کار می‌بردن.» چن ادامه داد: «این مطالعه می‌تونه به شرکت‌های بازیافت باتری کمک کنه که مقیاس کارشون رو بزرگتر کنن، مثل اهمیت انتخاب مکان مناسب برای تأسیسات جدید. کالیفرنیا تنها نیست که بتونه باتری‌های لیتیوم-یونی قدیمی از تلفن‌های همراه و خودروهای برقی رو بازیافت کنه.»

نگاهی به آینده

بازیافت باتری‌ها در مقیاس صنعتی در حال گسترش است، اما به اندازه‌ی کافی سریع پیش نمیره. به گفته‌ی تارپه، نویسنده‌ی ارشد: «پیش‌بینی میشه که در دهه‌ی آینده با کمبود کبالت، نیکل و لیتیوم مواجه بشیم. احتمالاً برای مدتی فقط به استخراج مواد معدنی با کیفیت پایین‌تر خواهیم پرداخت، اما سال ۲۰۵۰ و اهدافی که برای اون سال داریم، خیلی دور نیست.» در حالی که آمریکا در حال حاضر حدود ۵۰٪ از باتری‌های لیتیوم-یونی موجود رو بازیافت می‌کنه، سالهاست که ۹۹٪ از باتری‌های سرب اسیدی رو با موفقیت بازیافت می‌کنه. تارپه گفت: «با توجه به اینکه باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده شده حاوی موادی هستن که تا ۱۰ برابر ارزش اقتصادی بیشتری دارن، این یه فرصت عالیه.» او اضافه کرد: «برای آینده‌ای که در اون باتری‌های استفاده شده‌ی بیشتری داریم، نیاز داریم که از همین امروز، یه سیستم بازیافت از جمع‌آوری تا پردازش و تولید باتری‌های جدید با کمترین آسیب به محیط زیست ایجاد کنیم.» او امیدوار است که تولیدکنندگان باتری در طراحی‌های آینده‌شون، به قابلیت بازیافت بیشتر توجه کنن.