تُعد بطاريات أيونات الليثيوم جزءاً أساسياً من الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها في حياتنا اليومية مثل الهواتف الذكية، والحواسيب المحمولة، وألعاب الأطفال.
بطاريات الليثيوم ستلعب دوراً أكبر في التخلص من الكربون في قطاع النقل، مع تخطيط العديد من دول العالم للاعتماد على المركبات الكهربائية "BEVS" بهدف تقليل الانبعاثات التي تسببها السيارات التي تعتمد على الوقود الأحفوري.
بحسب إحصائيات مختبر "أرجون" الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، فإن بطارية السيارة الكهربائية الواحدة تحتوي على 8 كيلو جرامات من الليثيوم.
ومن المتوقع أن يزيد الطلب العالمي على الليثيوم المستخدم في الصناعات إلى 2.5 مليون طن متري بحلول 2030، مقابل 292 ألف طن متري جرى استهلاكها في 2020.
يتطلب إنتاج بطاريات أيونات الليثيوم المتزايد استخدامها، اللجوء إلى تقنيات تضمن إعادة تدويرها بشكل مربح وصديق للبيئة، إذ تؤدي كافة التقنيات القديمة إلى استهلاك كميات كبيرة من الطاقة، علاوة على مواد مسببة للتآكل، وفقا لموقع "interesting Engineering".
طريقة جديدة
في دراسة جديدة نشرتها Nature Communication Chemistry، تمكن العلماء من التوصل إلى طريقة تخلو من استخدام الأحماض لتدوير الليثيوم من المواد الكاثودية وهي أحد أنواع الأقطاب الكهربائية التي توجد في البطاريات.
باحثو قسم نظم تخزين الطاقة بمعهد "كارلسروه" نجحوا بالتعاون مع معهد "هلمهولتز" الألماني في استخدام نهج ميكانو كيميائي غير مكلف، وصديق للبيئة، وهو ما قد يمهد الطريق إلى الاستفادة من إعادة استخدام عنصر هام من عناصر ثورة النقل الكهربائي القادمة.
تؤدي الطرق التقليدية لإعادة تدوير الليثيوم إلى استهلاك كميات أكبر من الطاقة، ولتقليلها لابد من إضافة مواد كيميائية أخرى، لينتهي الأمر بإنتاج مواد ثانوية خطرة
ما صعوبة إعادة تدوير الليثيوم؟
على عكس العناصر الأخرى الموجودة في البطارية مثل الألومنيوم والنحاس والكوبلت التي يمكن إعادة تدويرها بسهولة، فإن الأمر لا ينطبق على الليثيوم من الناحية الاقتصادية، ما يدفع شركات تصنيع البطاريات إلى استخدام كميات أكبر من الليثيوم المستخرج من المناجم مقارنة بالمعاد تدويره.
تؤدي الطرق التقليدية المستخدمة إلى استهلاك كميات أكبر من الطاقة، ولتقليلها لابد من إضافة مواد كيميائية أخرى، لينتهي الأمر بإنتاج مواد ثانوية خطرة.
في المقابل تؤدي العمليات الميكانيكية إلى إحداث تفاعلات كيميائية ينتج عنها كميات كبيرة من المواد المطلوبة بطريقة أكثر استدامة، وأقل استهلاكا للطاقة.
المحاولات السابقة للتعامل مع الليثيوم تشمل عمليات فرز مسبق للمواد الموجودة، لكن التقنية التي يطرحها الباحثون يمكن خلالها تخطي تلك الخطوة والتعامل مع البطاريات مباشرة، ما يجعلها أكثر كفاءة.
اللجوء إلى الألومنيوم
الألومنيوم هو كلمة السر التي اعتمد عليها الباحثون مستغلين وجوده داخل البطارية، وعدم الحاجة إلى إضافته مجدداً، ليقوم في التجربة بدور العامل المختزل والذي يعرف كيميائياً بالمادة التي تنتقل منها الإلكترونات إلى مادة أخرى.
عملية استعادة الليثيوم التي اتبعها العلماء بسيطة للغاية، تبدأ بسحق البطارية أولاً لتتفاعل مواد الكاثود مع الألومنيوم وتنتج خليطاً جديداً من المركبات، قبل أن تأتي الخطوة التالية بفصل الليثيوم القابل للذوبان من خلال إضافة المياه إلى الخليط الناتج عن التفاعل، ثم تسخينه لتبخير المياه.
في بداية الأمر لاحظ العلماء اقتصار نسبة الليثيوم الذي جرى استعادته على ما يتراوح بين 29.8% إلى 39.6%، وهو ما أرجعوه إلى عدم الذوبان الكامل في المياه، ليقرروا إدخال خطوة جديد وهي عملية "الكربنة" التي أدت إلى زيادة النسبة الناتجة واختصار خطوات التجربة.
وانتهت النتائج التي نشرتها الدراسة إلى إمكانية استخراج ما يصل إلى 70% من الليثيوم، دون الحاجة إلى مواد مسببة للتآكل أو درجات حرارة مرتفعة لأن أغلب خطوات التجربة تجري في درجة حرارة الغرفة، ومعدل الضغط الموجود بها، ما يثبت شدة كفائتها، كما يمكن تطبيق الطريقة على نطاق واسع في قطاع الصناعة على عدد كبير من البطاريات.
