نگرانیها در مورد اتمام نفت، افزایش قیمت نفت، تغییرات سریع آب و هوا و انتشار گازهای گلخانهای و حتی افزایش ضایعات و ضایعات الکترونیکی ، کشورهای اقتصادی پیشرو را بر آن داشته است تا جستجوی خود را برای یافتن جایگزینهایی برای انرژیهای متعارف افزایش دهند. خودروهای برقی (EV) که با باتری کار میکنند، فناوری نویدبخشی هستند که در حال حاضر در حال استفاده تجاری هستند.
بازیافت باتری
باتریهایی که به پایان عمر مفید خود رسیدهاند باید بازیافت شوند. باتریها حاوی اجزای بسیار خطرناکی مانند جیوه، سرب، کادمیوم، نیکل، روی و کبالت هستند که همگی تأثیر منفی قابل توجهی بر محیط زیست دارند. دفع بیاحتیاط میتواند منجر به نشت این مواد خطرناک و فلزات سنگین شود که سلامت جمعیت را به خطر میاندازد و به آلودگی کمک میکند. محفظههای باتری دچار خوردگی میشوند که میتواند منجر به آلودگی شیمیایی خاک و آب شود و برخی از انواع باتریها میتوانند در شرایط خاص باعث آتشسوزی شوند.
افزایش استفاده از خودروهای برقی، نیاز به بازیافت صحیح باتری را تشدید کرده است. خوشبختانه، این مشکل شناسایی شده و تعداد فرآیندهای بازیافت باتری در جهان در حال افزایش است.
از آنجایی که مواد خاص مورد استفاده در باتریهای خودروهای برقی فقط در کشورهای منتخب موجود است، دسترسی به منابع برای تضمین تأمین پایدار زنجیره تأمین بسیار مهم است. در آینده، باتریهای خودروهای برقی ممکن است به عنوان یک منبع ثانویه ارزشمند برای مواد حیاتی عمل کنند. استدلال میشود که باتریهای مبتنی بر کبالت باید فوراً بازیافت شوند تا منابع کبالت بهبود یابد.
رایجترین نوع باتری مورد استفاده در خودروهای برقی، لیتیوم-یون (Li-ion) است. با این حال، به دلیل استفاده گسترده از باتریهای لیتیوم-یون، در آینده ممکن است کمبود مواد اولیه و همچنین پیامدهای جدی زیستمحیطی وجود داشته باشد، مگر اینکه باتریها به درستی بازیافت شوند. مزایای بازیافت باتری هم اقتصادی و هم زیستمحیطی است. بازیافت باتری، مواد اولیه محدود را حفظ کرده و با کاهش ضایعات دفن زباله، از محیط زیست محافظت میکند.
فرآیندهای پیش بازیافت
نگهداری باتریهای کهنه بالقوه ناامن (و ناپایدار) است، بنابراین اگر باتری قابل استفاده مجدد نیست، باید تعمیر یا بازیافت شود.
اکثر فرآیندهای بازیافت باتری نیاز به باتری جدا شده، حداقل تا سطح ماژول آن، دارند. با این حال، جداسازی باتری فرآیند سادهای نیست و خطرات مرتبط متعددی وجود دارد. برای جلوگیری از شوک الکتریکی به پرسنل یا اتصال کوتاه هنگام جداسازی باتریها از وسایل نقلیه الکتریکی، آموزش ولتاژ بالا و ابزارهای عایقبندی شده مورد نیاز است. اتصال کوتاه منجر به تخلیه سریع میشود که میتواند به اصطلاح “فرار حرارتی” باتری منجر شود. در نهایت، این امر میتواند محصولات جانبی خطرناکی از جمله گاز هیدروژن فلوراید (HF) را آزاد کند که همراه با سایر گازها میتواند تجمع یابد و در نهایت منجر به انفجار سلول شود. سلولهای باتری حاوی الکترولیتهای قابل اشتعال، افزودنیهای الکترولیت سمی و سرطانزا و الکترودهای بالقوه سمی یا سرطانزا هستند که همگی خطر شیمیایی دارند.
چالشهای جداسازی قطعات باتری
ساختار باتری، فرآیند بازیافت را پیچیدهتر میکند. باتریهای لیتیوم-یونی دستگاههای جمعوجور و پیچیدهای هستند که در اندازهها و شکلهای مختلف عرضه میشوند و برای جداسازی قطعات طراحی نشدهاند. به عبارت ساده، هر سلول شامل یک کاتد، آند، جداکننده و الکترولیت است. اجزا محکم پیچیده یا تا شدهاند و با خیال راحت در یک جعبه پلاستیکی یا آلومینیومی بستهبندی شدهاند. تولیدکنندگان مختلف خودروهای برقی از رویکردهای متفاوتی برای عرضه خودروهای برقی استفاده میکنند.
فرآیندهای آمادهسازی برای بازیافت باتری
هنگامی که یک باتری برای بازیافت تعیین میشود، چندین فرآیند را طی میکند: غیرفعالسازی باتری، باز کردن و از بین بردن سلولها (جداسازی مواد) و خرد کردن و شکستن سلولها.
باتریها عمدتاً به دلیل چرخههای شارژ/دشارژ که باعث تشکیل مواد جامد در سلولهای باتری میشوند، عملکرد خود را از دست میدهند. این اجزای ناپایدار در دماهای بالاتر از 194 درجه فارنهایت (90 درجه سانتیگراد) مستعد تجزیه هستند که باعث آزاد شدن گازهای قابل اشتعال و اکسیژن میشود. این اجزا یک لایه غیرفعال کننده روی سطح آند ایجاد میکنند که واکنش الکتروشیمیایی را محدود کرده و مقاومت داخلی باتری را افزایش میدهد. غیرفعال کردن – حذف لایه غیرفعال کننده – برای ایمنسازی مواد شیمیایی قابل اشتعال در برابر خطرات آتشسوزی مهم است.
غیرفعالسازی میتواند زمانی انجام شود که باتری به بار متصل باشد. مقاومت بالای لایه غیرفعالکننده باعث افت سریع ولتاژ میشود. فرآیند تخلیه باتری به آرامی لایه غیرفعالکننده را از بین میبرد و مقاومت داخلی را کاهش میدهد. اگر بار ثابت بماند، ولتاژ به مقدار پایدار و تثبیتشده خود بازمیگردد. با افزایش بار خارجی، ولتاژ دوباره کاهش مییابد و این فرآیند تا زمانی که لایه غیرفعالکننده به طور کامل برداشته شود، ادامه مییابد.
پس از غیرفعالسازی و جداسازی قطعات، اجزای باتری با دستگاه خردکن یا چکش پرسرعت خرد میشوند. این ماده در آب سوزاننده هیدروکسید سدیم، NaOH غوطهور میشود که الکترولیتها را خنثی میکند و در نتیجه فلزات آهنی و غیرآهنی بازیابی میشوند.
از بازیافت باتری چه انتظاری میتوان داشت ؟
با بازیافت باتری، میتوانید انتظار دو چیز را داشته باشید. یکی از مواد شیمیایی خطرناک به درستی مورد توجه قرار میگیرد. و دوم، برای تولید باتریهای جدید نیازی به استخراج منابع بکر ندارید. در عوض، برای انجام این کار به مواد بازیافتی متکی خواهید بود. مزایای بیشماری در بازیافت وجود دارد. قانون جدید سرمایهگذاری در زیرساختها و مشاغل، زمینه را برای اهمیت بازیافت باتری فراهم کرده است . از طریق این قانون، بودجه زیادی برای ترویج بازیافت باتری اختصاص داده شده است.
مزایای بازیافت باتری
ما باید مزایای بازیافت باتریها را درک و برجسته کنیم تا بازیافت را تسهیل کنیم. در ادامه به برخی از مزایای اصلی بازیافت اشاره میکنیم:
کاهش دفن زباله و آلودگی
با بازیافت باتریهای استفاده شده، میزان زبالههای دفن شده در محلهای دفن زباله به میزان قابل توجهی کاهش مییابد. از آنجا که لیتیوم-یون به یک کالای عادی جدید تبدیل شده است، بازیافت آن بسیار مهم است زیرا این باتریها زیست تخریبپذیر نیستند. از این رو، بازیافت باتریها به میزان قابل توجهی آلایندهها را کاهش میدهد.
حفاظت از منابع
با بازیافت باتری ، منابع بیشتری برای تولید باتریهای جدید در اختیار خواهیم داشت. میتوانیم تقریباً تمام اجزای برخی از انواع باتریها را بازیافت کنیم و سیستم را ۱۰۰٪ چرخهای کنیم.
فرصتهای شغلی
کسب و کار بازیافت فرصتهای شغلی بیشماری ایجاد میکند. فرصتهای شغلی بیشماری از جمعآوری باتریها از محلهای دفن زباله، شرکتهای بازیافت و مراکز جمعآوری گرفته تا توزیع محصول نهایی به بازار، ایجاد میشود.
روشهای بازیافت باتریها (لیتیوم-یون)
باتریهای لیتیوم-یون
از آنجایی که تلفنها و سایر ابزارهای تکنولوژیکی تعداد زیادی باتری لیتیوم-یونی و ضایعات موبایل دارند، ابتدا بازیافت باتریهای لیتیوم-یونی را مورد بحث قرار خواهیم داد. در زیر دو روش برای بازیافت باتریهای لیتیوم-یونی آمده است:
پردازش مکانیکی
در هر محفظه بازیافت، باتریهای لیتیوم-یونی ابتدا از هم جدا شده و از طریق یک فرآیند مکانیکی به نام ذوب، پردازش میشوند. پلاستیک، آلومینیوم، مس و جرم سیاه همگی میتوانند از طریق پردازش خودکار بازیابی شوند. گروه سیاه باتری که سرشار از فلزات استراتژیک است، جمعآوری و برای پردازش هیدرومتالورژی منتقل میشود.
پردازش هیدرومتالورژی
مرحله اول استخراج سنگ معدن و سپس خرد کردن آن به صورت پودر ریز قبل از حل شدن در آب است. مرحله بعدی قرار دادن محفظه اتوکلاو تحت فشار و پمپ کردن آن در دوغاب آب و ذرات ریز است. دما و فشار درون اتوکلاو به طور قابل توجهی بالاتر از دمای بیرون است.
پس از آن، اسیدهای مختلفی برای جداسازی فلز به دوغاب اضافه میشوند. در پایان فرآیند، فلزات از طریق فرآیندهای لیچینگ به دست میآیند، به همین دلیل است که روش هیدرومتالورژی، روش لیچینگ نیز نامیده میشود.
باتریهای نیکل-کادمیوم
قبل از اینکه باتریهای لیتیوم-یون به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند، باتریهای نیکل-کادمیوم رایج بودند. اتحادیه اروپا در سال ۲۰۰۹ باتریهای نیکل-کادمیوم را ممنوع کرد زیرا کادمیوم بسیار سمیتر از سایر عناصر موجود در باتریهای التقاطی است.
اگر میخواهید تا ۹۰٪ کادمیوم را به شکل خام داشته باشید، باید این باتریها را در یک سلول فتوولتائیک بازیافت کنید.
نقل قول از سایت صبا پروفیل:
“برخی از باتریهای لیتیوم یونی شامل فلزاتی میشوند که حتی در مقادیر کم، در صورت شکسته شدن میتوانند باعث آسیب زیست محیطی قابل توجهی شوند.
در محلهای دفن زباله، این باتریها میتوانند آلایندههای خطرناکی از جمله کبالت، منگنز، و نیکل را نشت دهند. علاوه بر این، باتری های لیتیوم یونی خطر آتش سوزی زیرزمینی را به همراه دارند که برای مدت طولانی دود می کنند. این آتش سوزی ها می توانند مواد شیمیایی سمی را در زباله های اطراف آزاد کنند و حفره های قابل توجهی در محل دفن زباله ایجاد کنند که به طور بالقوه منجر به ریزش سطح و دفن بیشتر مواد قابل اشتعال می شود.”
باتریهای اسید سرب
اسید سرب آسانترین ماده برای بازیافت است و ۱۰۰٪ فلز سرب را از تمام باتریهای ما به دست میآورد. سایر مواد، مانند پلاستیک، در مراحل اولیه فرآیند دستهبندی میشوند. از الک کردن برای جدا کردن سایر اجزا: فلزات و اسید باتری استفاده میشود . سپس اسید با استفاده از عملیات شیمیایی خنثی میشود.
باتریهای مرکوری
اگرچه اکنون استفاده نمیشوند، باتریهای جیوهای زمانی جزء مهمی از باتریهای صنعتی بودند. باتریهای مبتنی بر جیوه خطرناک هستند، که باعث میشود متصدیان همیشه آنها را در محیطی با دمای کنترلشده نگهداری کنند.