Innowacje na rynku pojazdów elektrycznych są dla branży motoryzacyjnej na wagę złota. Szwedzcy naukowy dokładają swoją cegiełkę, publikując dane na temat rewolucyjnego sposobu odzyskiwania metali, w szczególności litu, z baterii litowo-jonowych. W przeprowadzonym przez nich eksperymencie udało się odzyskać z baterii 98% litu i 100% aluminium.
Przełomowe odkrycie w branży elektryków – Spis treści
Ekologiczny transport coraz bliżej
Zakaz sprzedaży samochodów spalinowych, podatki od pojazdów związane normą Euro czy strefy czystego transportu – wszystko wskazuje na to, że niebawem przejdziemy na bardziej ekologiczne rozwiązania w transporcie. Dlatego im bardziej wydajne i tańsze będą elementy składowe aut elektrycznych, tym chętniej kierowcy będą wybierali pojazdy podczas zakupu.
Do 2050 roku konieczne jest osiągnięcie globalnej emisji zerowej netto, co wymaga znacznego wzrostu wdrażania technologii czystej energii. Transport, jako główny emitent gazów cieplarnianych, przechodzi transformację w kierunku elektryfikacji, z planami UE dotyczącymi sprzedaży wyłącznie pojazdów zeroemisyjnych do 2035 roku.
Na horyzoncie mamy już kilka obiecujących projektów związanych z bardziej efektywnym wykorzystaniem materiałów. Niedługo na rynku dostępna będzie bateria High Performance Battery, która według twórców ma być pierwszym na świecie akumulatorem półprzewodnikowego gotowym do masowej produkcji. Oprócz tego nad podobnym pomysłem pracuje Toyota, która podpisała umowę z japońską firmą Idemitsu Kosan na wytwarzanie elektrycznych pojazdów (EV) wyposażonych w baterie stanu stałego. Według projektantów nowa technologia umożliwi w przyszłości przejechanie do 1200 km na pojedynczym ładowaniu (a docelowo nawet do 1500 km) oraz szybkie ładowanie baterii w ciągu zaledwie 10 minut.
Eksperyment szwedzkich naukowców
Chociaż wiele nowoczesnych pomysłów już jest wdrażanych, nadal istnieje rosnące zapotrzebowanie na lit, kobalt i nikiel, niezbędne w produkcji akumulatorów litowo-jonowych. Prowadzi to do pytań o zrównoważone wydobycie litu. Wskazuje się na niski wskaźnik recyklingu litu i potrzebę opracowania skuteczniejszych metod recyklingu, aby zabezpieczyć łańcuch dostaw baterii.
Na pomysł wpadli naukowcy z Wydziału Chemii i Inżynierii Chemicznej Politechniki Chalmers w Szwecji, którzy swój projekt na recykling baterii litowo-jonowych opisali w artykule naukowym na łamach Science Direct. Przeprowadzili oni eksperyment na zużytych akumulatorach samochodów elektrycznych firmy Volvo Cars.
Do tej pory do odzyskiwania metali z baterii stosowana jest pirometalurgia, która jest dobrym procesem, ale powoduje emisję gazów i wysokie zużycie energii, a lit nie zostaje pozyskany do końca. Proces pirometalurgiczny zazwyczaj obejmuje topienie zużytych baterii w piecach, co prowadzi do oddzielenia metali od innych materiałów, takich jak elektrolity i inne chemiczne składniki baterii. Metale mogą być następnie odzyskane z mieszanki stopionej, co zmniejsza efektywność ich odzysku.
Znana jest też metoda hydrometalurgii, która pozwala wykorzystać rozpuszczanie chemiczne metali w roztworach wodnych. Jest to bardziej efektywne dla odzysku niektórych metali, w tym litu, ale wymaga kilku etapów oczyszczania, co także powoduje mniejsze końcowe odzyskanie metalu.
Nowa metoda odzyskiwania litu
Naukowcy ze Szwecji wykorzystali inną metodę, a do tego działania nie są wymagane drogie ani szkodliwe chemikalia – w eksperymencie użyto bowiem kwasu szczawiowego, który jest kwasem organicznym. Odwrócono także metodę – najpierw odzyskano lit i aluminium, a potem oddzielono je od kwasu.
Kwas szczawiowy, najsilniejszy z kwasów organicznych, reaguje z litem, niklem, manganem i tlenkiem kobaltu, tworząc odpowiednie szczawiany. Biorąc pod uwagę fakt, że szczawiany proste litu i szczawiany kompleksowe glinu są substancjami rozpuszczalnymi, można je selektywnie rozpuścić w odcieku za pomocą kwasu szczawiowego w optymalnych warunkach, podczas gdy inne metale przejściowe pozostają w pozostałości po ługowaniu.
fragment wniosków z pracy szwedzkich naukowców
Jak dotąd nikomu nie udało się znaleźć dokładnie odpowiednich warunków do oddzielenia tak dużej ilości litu za pomocą kwasu szczawiowego, przy jednoczesnym usunięciu całego aluminium. Ponieważ wszystkie baterie zawierają aluminium, musimy móc go usunąć bez utraty pozostałych metali
– tłumaczy Léa Rouquette, doktorantka na Wydziale Chemii i Inżynierii Chemicznej w Chalmers.
Metoda pozwoliła na odzyskanie 100% aluminium i aż 98% litu z akumulatorów, minimalizując straty cennych surowców, takich jak nikiel, kobalt i mangan.
Źródło: Science Direct, oprac. własne