Команда продемонстрировала концепцию с использованием апельсиновой корки. Благодаря этому он эффективно извлекал драгоценные металлы из отходов аккумуляторов. Затем он сделал функциональные батареи из этих восстановленных металлов, создав при этом минимальные отходы.
Ученые говорят, что этот подход «отходы к ресурсам» направлен как на пищевые отходы, так и на электронные отходы, переработку батарей и поддержку развития безотходной экономики замкнутого цикла.
Экономика, в которой ресурсы используются как можно дольше.
По оценкам, ежегодно во всем мире образуется 1,3 миллиарда тонн пищевых отходов и 50 миллионов тонн электронных отходов.
Утилизация батарей, традиционная обработка
Разряженные батареи обычно подвергаются воздействию высоких температур (более 500 ° C) для плавления драгоценных металлов, выделяющих опасные токсичные газы. Изучаются альтернативные подходы, в которых для извлечения металлов используются сильные кислотные растворы или более слабые кислотные растворы с перекисью водорода. Тем не менее, эти решения по переработке аккумуляторов по-прежнему образуют вторичные загрязнители, которые представляют опасность для здоровья и безопасности.
Профессор Мадхави Шринивасан он является содиректором лаборатории NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy (NTU SCARCE).
Он сказал: «Современные процессы переработки промышленных электронных отходов являются энергоемкими и выделяют вредные загрязняющие вещества и жидкие отходы. Это указывает на острую необходимость в экологически чистых методах, поскольку количество электронных отходов увеличивается. Наша команда показала, что это возможно сделать с помощью биоразлагаемых веществ. Эти выводы основаны на нашей работе в лаборатории SCARCE Института энергетических исследований НТУ (ERI @N).
Лаборатория SCARCE была создана для разработки более экологичных способов переработки батарей и других электронных отходов».
Профессор Далтон Тэй из Школы материаловедения и инженерии НТУ и Школы биологических наук сказали: «В Сингапуре, стране с бедными ресурсами, этот городской процесс добычи драгоценных металлов из всех видов отходов электроники становится очень важным. С помощью этого метода мы не только решаем проблему истощения ресурсов, сохраняя использование этих драгоценных металлов в максимально возможной степени, но и проблему накопления электронных и пищевых отходов, которые являются растущим глобальным кризисом».
Результаты были опубликованы в научном журнале Environmental Science & Technology.
Устойчивый и недорогой подход
Поскольку переработка отходов аккумуляторов приводит к образованию вредных загрязняющих веществ, гидрометаллургия, которая использует воду в качестве растворителя для экстракции, все чаще рассматривается как возможная альтернатива.
Этот процесс сначала включает измельчение и измельчение аккумулятор используется для образования раздробленного материала, называемого черной массой. Затем исследователи извлекают драгоценные металлы из черной массы, растворяя их в смеси сильных кислот или слабых кислот плюс другие химические вещества, такие как перекись водорода, перед осаждением металлов.
Хотя использование таких сильных химикатов в промышленных масштабах более экологично, чем традиционные методы, оно может привести к образованию значительного количества вторичных загрязнителей, что создает значительные риски для безопасности и здоровья.
Команда NTU обнаружила, что объединение измельченной апельсиновой цедры в порошок и лимонной кислоты — слабой органической кислоты, содержащейся в цитрусовых, — позволяет достичь той же цели.
Лабораторные тесты
В лабораторных экспериментах команда обнаружила, что их подход успешно извлекли около 90% кобальта, лития, никеля и марганца из отработанных литий-ионных батарей, эффективность сравнима с подходом с использованием перекиси водорода.
Утилизация батареи с кожурой фруктов: как это работает?
Ключ кроется в целлюлозе, содержащейся в апельсиновой кожуре, которая в процессе экстракции превращается в сахара. Эти сахара улучшают извлечение металлов из отходов аккумуляторов. Природные антиоксиданты, присутствующие в апельсиновой кожуре, такие как флавоноиды и фенольные кислоты, еще больше способствуют эффективности».
Есть еще. Было обнаружено, что твердые остатки, образующиеся в результате этого процесса, нетоксичны. Этот метод экологически безопасен.
От старого к новому
Затем из извлеченных материалов исследователи собрали новые литий-ионные батареи. Аккумуляторы, которые показали такую же зарядную емкость, что и коммерческие.
Дальнейшие исследования продолжаются. Цель состоит в том, чтобы оптимизировать характеристики цикла заряда-разряда этих батарей, изготовленных из восстановленных материалов.
Это говорит о том, что эта новая технология «практически осуществима для переработки литий-ионных батарей в промышленных масштабах».
В настоящее время команда стремится к дальнейшему повышению эффективности аккумуляторов, образующихся при переработке аккумуляторных отходов.
Будущие разработки
Такой подход «отходы к ресурсам» можно также распространить на другие типы фруктовых и овощных отходов, богатых целлюлозой. Такой подход может иметь большое значение для новой циркулярной экономики электронных отходов.
