سونامی باتری های فرسوده در راه است

به گزارش پدال نیوز، با گسترش خیره کننده استفاده از باتری در انواع مختلفی از ابزارهای الکترونیکی از گوشی تلفن همراه گرفته تا لپ تاپ و تبلت و غیره، زباله های باتری هم به جمع دغدغه های آلایندگی محیط زیست اضافه شده است. سالانه مردم دنیا بیش از 500 هزار تن باتری لیتیومی را دور می ریزند. برقی شدن خودروها هم روندی است که در آینده نزدیک تصاعدی خواهد شد و در نتیجه باید فکری به حال باتری های آن کرد.

دو استارت آپ ردوود Redwood Materials و لی-سایکل Li-Cycle دهها میلیون دلار جلب سرمایه کرده اند تا کارخانه های بازیافت بسازند و در آن باتری های مرده را به عناصر سازنده آن تجزیه کنند و آن چه دور انداختنی شده دوباره به چرخه حیات بازگردانند.

لیتیومی که امروزه در باتری های ابزار برقی و الکترونیکی به کار رفته،‌ روزگاری نمک بوده و احتمالاً از دریاچه های نمک در آمریکای جنوبی استحصال شده. برای شکل گرفتن این دریاچه ها، میلیون ها تن آب تبخیر شده است. همچنین کوبالتی که نقش بافر در باتری ها را ایفا می کند به احتمال زیاد از جمهوری دموکراتیک کنگو به دست آمده گفته می شود برای استخراج آن کودکان زیادی جان خود را از دست می دهند. تازه بعد از این که این عناصر از طبیعت استخراج می شوند،‌ هزاران نفر باید دست به دست هم بدهند و در کارخانه ها با فرآیندهای خاص از این عناصر باتری بسازند. وقتی عمر این باتری ها به سر می آید، سر از مراتع یا زباله سوزها در می آورند.

تا دیروز این باتری ها، انرژی ابزارهای دست بشر مثل تلفن و لپ تاپ و تبلت را تأمین می کرد،‌ حالا راه به خودرو، وانت پیدا کرده است، لوازم خانگی که یک قرن است از این باتری ها استفاده می کنند.

کارآفرینان و دانشگاهیان سخت در حال تحقیق و پژوهش هستند که راهی برای استفاده دوباره از مواد تشکیل دهنده این باتری پیدا کنند که تأمین آن از زمین بسیار دشوار و پرهزینه است و مهمترین هزینه آن لطمه به طبیعت و محیط زیست است.

سرمایه گذاران هم میلیون ها دلار را در اختیار کمپانی ردوود متریالز در نوادا قرار دهند تا به جای استخراج از زمین، به استخراج از زباله های باتری بپردازند. رقیب ردوود متریالز، شرکتی است به نام لی-سایکل است که به جنبه مهمتر دیگری پرداخته و آن لجستیک و انتقال باتری های فرسوده و بازیافتی است. بخشی از پژوهش ها هم به این اختصاص یافته است که باتری های مرده را جان دوباره ببخشد، بدون آن که لازم باشد آن را به عناصر و قطعات اولیه تخریب کند. به هر حال هدف همه این رقبا یک هدف نهایی است: دگردیسی و تغییر باتری های فرسوده و مرده به منابع ارزشمند.

تیم جانستن که از بنیانگذاران لی-سایکل و رئیس هیئت مدیره آن است می گوید: «ما پول خیلی زیادی را صرف تولید باتری میکنیم، مواد شیمیایی می سازیم و هنوز به پایان چرخه عمرش نرسیده آن را در زباله سوزها می سوزانیم. این کار اصلاً درست نیست.»

آجای کوچهار Ajay Kochhar‌ بنیانگذار دیگر و مدیر عامل  لی-سایکل می گوید متخصصان این رشته با هیجان از سونامی در حال شک گیری صحبت می کنند و میزان دورریز باتری های لیتیومی به 500 هزار تن در سال رسیده است. اما حالا که اقتصاد دنیا به سمت الکتریکی شدن است، تا سال 2030، اشتهای این اقتصاد به باتری های لیتیوم-آیون ده برابر خواهد شد. بخش مهم و بزرگ این انفجار به خاطر گسترش خودروهای برقی خواهد بود چون نیم تن از وزن یک خودرو را باتری های برقی تشکیل خواهند داد. کوچهار می گوید ما الان در نوک یک کوه یخی هستیم.

کوچهار و خیلی از متخصصان این حوزه این معضل را فرصت می بینند و عقیده دارند که باید این زنجیره تأمین شکننده و پرمعضل را به یک سامانه و سیستم «چرخشی» تبدیل شود که در آن نسل بعدی باتری ها از بازیافت باتری های فرسوده نسل قبل ساخته شوند. بازار بازیافت باتری های لیتیوم-آیون تا سال 2030 به یک بازار 18 میلیارد دلاری تبدیل خواهد شد. این بازار در سال 2019 فقط 1.5 میلیارد دلار بود.

جی بی اشترابل  JB Straubel از بنیانگذاران تسلا در میانه راه متوجه این حقیقت شد که هیچ برنامه ای برای خودروهای برقی در پایان چرخه حیاتشان وجود ندارد. برخلاف گوشی تلفن همراه باتری های خودرو را نمی توان به سادگی در انبار منازل یا سطل زباله انداخت. اشتروبل که خود قدیمی ترین تسلای کره زمین را در اختیار دارد می داند که هنوز خودروهای برقی دوران جوانی خود را می گذرانند و اولین موج سونامی باتری های فرسوده خودروهای برقی ظرف 5 سال آینده از راه می رسد. از این رو به فکر بنیان گذاشتن شرکت «ردوود متریالز» افتاد. از سال 2017 زمان تأسیس ردوود متریالز، این کمپانی خود را برای اولین موج سونامی آماده می کند. این شرکت که در شهر کارسون Carson City‌ شکل گرفته و بخشی از سهام آن متعلق به پاناسونیک ژاپن است،‌ زباله ها و ضایعات گیگافکتوری تسلا را تبدیل به 20 هزار تن مواد اولیه قابل استفاده در کارخانه های باتری سازی می کند. به تازگی آمازون هم با این شرکت به شراکت پرداخته تا مواد حاصل از زباله های باتری را دوباره به چرخه حیات برگرداند.

در این کارخانه، ابتدا در بدو ورود، زباله های رسیده، تفکیک می شوند، بعد با ذوب این مواد و تبدیل آن به مایع، شرایط تجزیه به عناصر دلخواه را فراهم می آورند و چون قصدشان استخراج مواد مورد نیاز باتری است، فرایندهای آن هم برای تولید مجدد باتری تعریف شده است. در این کارخانه بازیافت، تقریباً 95 تا 98 درصد نیکل، کوبالت، آلومینیم، گرافیت و 80 درصد لیتیوم آن دوباره به مواد اولیه قابل استفاده تبدیل می شوند. اکثر این مواد را دوباره پاناسونیک خریداری می کند تا دوباره باتری برای تسلا بسازد.

سلینا میکولایچاک Celina Mikolajczak‌ قائم مقام فناوری باتری پاناسونیک آمریکای شمالی می گوید: «ردوود متریالز تیمی بسیار ممتاز را گرد هم آورده و با ما در تعامل هستند تا بتوانیم دامنه وسیعی از ضایعات باتری ها را به مواد خام مورد نیاز برای فرایندهای تولید پیل ها تبدیل کنیم.»

شرکت ردوود متریالز در حال توسعه ظرفیت های کارخانه شهر کارسون است و به تازگی هم سرمایه گذاری جدید از گروه سرمایه گذاری کاپریکورن و یک شرکت سرمایه گذاری فعال در محیط زیست به نام Breakthrough Energy Ventures  به مبلغ 40 میلیون دلار داشته است.

رقیب آنها لی-سایکل هم روش مشابهی دارد و از سال 2016 تأسیس شده است. این شرکت نیز همکاران وسرمایه گذاران متعددی دارد. لی-سایکل با شرکت متخصص در مواد شیمیایی باتری به نام هچ hatch همکاری می کند. ساختار این شرکت در اصطلاح «مدل پره به کانون» یا ‘hub and spoke’ model است. این ساختار معمولاً یکی از مدل های لجستیکی نوین است که مخصوص حمل ایمنی مواد گران قیمت است. برای آن که فاصله ها و نیاز به حمل و نقل به حداقل ممکن برسد، شرکت لی-سایکل ابتدا باتری های فرسوده را در کارخانه های محلی خریداری می کند که هر یک از این کارخانه ها «پره یا Spoke‌»این مدل را تشکیل می دهند. در همین شروع مواد به سه دسته پلاستیکی، فلزات مخلوط و مواد فعال مثل کوبالت و نیکل تجزیه می شوند. این بخش سوم را توده سیاه یا black mass‌ می نامند. بعد این توده سیاه یا به طور مستقیم فروخته می شود یا به کانون یا hub‌ ارسال می گردد. در کانون هم این توده سیاه به مایع تبدیل شده و با بازدهی بین 90 تا 95 درصد فلزات آن از هم جدا شده که از همه دشوارتر عنصر لیتیوم است که جداسازی آن با بازدهی کمتری اتفاق می افتد.

شرکت لی-سایکل فعلاً دو پره دارد،‌ یکی در اونتاریو کانادا و دیگری روچستر نیویورک. در این دو پره سالانه 10 هزار تن باتری لیتیوم-آیون به اجزای تشکیل دهنده تجزیه می شوند. اولین کانون یا هاب این شرکت هم در روچستر نیویورک ایجاد میشود. این هاب می تواند سالانه 25 هزار تن توده سیاه را (که از 65 هزار تن باتری به دست آمده) به مواد اولیه سازنده باتری یعنی لیتیوم کوبالت، نیکل، و سایر موارد تبدیل کند. اولین محصولات این کارخانه از سال 2022 قابل استفاده خواهند بود. این کمپانی هم تاکنون 50 میلیون دلار سرمایه گذاری جذب کرده است.

ذکر این نکته هم مهم است که فناوری های تولید باتری هم در حال دگردیسی است و در نسل های جدید ممکن است برخی عناصر حذف و برخی عناصر اضافه شوند. برای مثل پاناسونیک بین سال های 2012 تا 2018، حدود 60 درصد استفاده از کوبالت در باتری را کاهش داده است. همین دگردیسی ها باعث می شود که فرایندهای بازیافت هم دچار تغییرات بنیادی شوند و گاهی این تغییرات از حاشیه سود بازیافت مواد کم می کند. همان طور که می دانید گران ترین و ارزشمندترین بخش یک باتری را عنصر کوبالت تشکیل می دهد.

معمولاً زمانی باتری ها می میرند که جریان آزاد لیتیوم در باتری متوقف می شود. اگر محققان راهی برای جلوگیری از این فرانید پیدا کنند، صنعت بازیافت هم باید خودش را با این تغییر وفق دهد.

شرکتی با عنوان فناوری آنتو OnTo Technology هم اهتمام خود را روی راهبرد «بازیافت مستقیم» قرار داده که هدف اصلی آن احیای جریان لیتیوم در باتری های مرده است.

وزرات انرژی در آمریکا هم کنسرسیومی به نام ReCell Center  راه اندازی کرده است که از تحقیقات مشابه فناوری آنتو حمایت می کند.

در حال حاضر روش های مختلف احیا یا بازیافت بسیار آسان و با بازده بالا امکان پذیر است،‌ مهمترین بخش که دشوارترین آن هم هست لجستیک جمع آوری، حمل و نقل،‌ تفکیک و فرایندهای جداسازی و توزیع مجدد این مواد خام استخراج شده است.

در بریتانیا هم دانشگاه بیرمنگام با همکاری آزمایشگاه ReLib روی بازیافت باتری در بریتانیا کار می کند. گاوین هارپر از دانشمندان مواد این دانشگاه می گوید: «این فناوری جدیدی است که به بازار می آید. ما هنوز معضلات و چالش های آن را ندیده ایم و فرصت های که می تواند خلق کند.»