بررسی آخرین دستاوردهای محققان جهان برای بازیافت زباله‌های الکتریکی
بازیافت زباله‌های الکترونیکی در چرخه فناوری
زباله‌های الکترونیکی امروزه به یکی ازمهم‌ترین چالش‌های دنیا تبدیل شده‌اند و به‌نظر می‌رسد که سرعت صنعت بازیافت با سرعت تولید این نوع زباله‌ها هماهنگ نیست.
به‌طوری‌که،چهارمین پایش جهانی زباله‌های الکترونیکی ملل‌متحد (GEM) درسال2024 نشان می‌دهد که تولید زباله‌های الکترونیکی در جهان پنج برابر سریع‌تر ازبازیافت زباله‌های الکترونیکی درحال‌افزایش است.براساس این گزارش 62میلیون تن زباله الکترونیکی تولیدشده درسال2022 قادر است 1.55میلیون کامیون 40تنی را پرکند. این مقدارزباله برابربا وزن107هزار هواپیمای مسافربری بزرگ 575تنی با 853صندلی است.ازکل زباله‌های الکترونیکی تولیدشده درسال2022حدود31میلیون تن فلز، 17میلیون تن پلاستیک و 14میلیون تن مواد معدنی،شیشه، موادکامپوزیت‌و...بوده است.این درحالی است که فقط 14میلیون تن برابربا 22.3درصد از این 62میلیون تن جمع‌آوری و بازیافت شده‌اندکه درمجموع، 91میلیارد دلار ارزش فلزات بازیافت‌شده (مس، طلا و آهن) و 28میلیارد دلار ارزش مواد خام ثانویه از این زباله‌ها بوده است. اما این گزارش کاهش نرخ جمع‌آوری و بازیافت را از 22.3درصد در سال 2022 به 20درصد تا سال 2030 پیش‌بینی می‌کند که دلیل آن افزایش تفاوت در تلاش‌های بازیافت نسبت به رشد خیره‌کننده تولید زباله‌های الکترونیکی در سراسر جهان است. با وجود این، براساس این گزارش، اگر کشورها بتوانند نرخ جمع‌آوری و بازیافت زباله‌های الکترونیکی را تا سال 2030 به 60درصد برسانند، مزایای آن، بیش از 38میلیارد دلار خواهد بود. از این‌رو، امروزه دانشمندان بسیاری در تلاشند تا روش‌های کارآمدتری را برای بازیافت این مواد ارائه دهند.
باتری لیتیومی حالت جامد قابل شارژ، فناوری نوظهوری است که روزی قادر خواهد بود فقط با یک‌بار شارژ، انرژی لازم برای تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها را برای روزها تامین کند. اما درحال‌حاضر، بیشتر مواد به‌کار رفته در این باتری‌ها با محیط‌زیست سازگار نیستند و روش‌های کنونی بازیافت فقط بربازیابی فلزات موجوددرکاتدهامحدودمی‌شود و باقی بخش‌های این باتری‌ها به‌صورت زباله هدر می‌رود. گروهی از پژوهشگران کالج مهندسی ایالت پن آمریکا به سرپرستی انریکه گومز، در مطالعه‌ای موفق شده‌اند پیکربندی باتری‌های لیتیومی حالت جامد را به‌گونه‌ای از نوطراحی کنند که تمام اجزای آنها به‌راحتی قابل بازیافت باشد. این دانشوران که نتایج پژوهش‌شان را در شماره جولای 2024 نشریه تخصصی ACS Energy Letters منتشر کرده‌اند، برای جداسازی آسان‌تر اجزایی که امروزه امکان بازیافت آنها وجود ندارد پیش از شروع فرآیند بازیافت، دو لایه پلیمری را در قسمت مشترک بین الکترود و الکترولیت قرار دادند. بدون این لایه پلیمری، الکترود و الکترولیت باهم مخلوط می‌شوند و بازیافت‌شان سخت می‌شود. وقتی پژوهشگران با موفقیت این اجزا را از هم جدا کردند بااستفاده از تَف‌جوشی سرد ــ فرآیند ترکیب مواد پودر‌‌شده در دماهای پایین از طریق فشار اعمال‌شده و با کمک حلال‌ها ــ کامپوزیتی با فلزات و الکترودهای بازیابی‌شده ساختند و به‌این‌ترتیب، توانستند کل باتری را از مواد بازیافتی تولید کنند. پس از آزمایش عملکرد، آنها دریافتند که باتری بازسازی‌شده بین 92.5 تا 93.8درصد ظرفیت باتری‌های عادی را به‌دست می‌آورد.
بهبود عملکرد باتری‌های یون‌لیتیوم به‌کمک بازیافت
مطالعه دیگری که به‌تازگی انجام شده ومی‌تواند کارایی بازیافت زباله‌های الکترونیکی رابهبود بخشد پژوهشی است که محققان موسسه زیست‌انرژی و فناوری فرآیندهای زیستی چینگدائو در آکادمی علوم چین نتایج آن را در شماره 16جولای نشریه Nature Sustainability منتشر کرده‌اند. آنها دراین مطالعه، با استفاده از زباله‌های فتوولتائیک بازیافتی و طراحی جدید الکترولیت موفق شدند آندهای سیلیکونی کم‌هزینه‌ای را در اندازه میکرو توسعه دهند. این تلاش پیشرو، مسیری را برای باتری‌های پایدارتر، کم‌هزینه‌تر و با چگالی انرژی بالاتر ارائه می دهد که می‌تواند سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی را به‌خصوص برای وسایل نقلیه الکتریکی متحول کند.آندهای سیلیکونی به‌دلیل توانایی‌شان در افزایش قابل ملاحظه چگالی انرژی باتری‌های یون‌لیتیومی در مقایسه با آندهای گرافیت سنتی مورد توجه‌اند، اما انبساط حجم زیادشان درطول چرخه‌های شارژ ــ دشارژ مانع استفاده از آنها می‌شود و این انبساط می‌تواند به کاهش عملکرد باتری بینجامد. این دانشوران با هدف غلبه بر این موانع، از زباله‌های فتوولتائیک ذرات سیلیکونی با اندازه میکرویی تولید کردند و از این ذرات، به‌عنوان جایگزینی مناسب برای آندهای سیلیکونی کنونی بهره گرفتند.وقتی در ساخت الکترولیت از این آندهای میکرومتری سیلیکونی استفاده شد، پژوهشگران پایداری الکتروشیمیایی قابل‌توجهی را مشاهده کردندکه متوسط بازده کلمبیک 99.94درصد را نشان می‌داد و 83.13درصد از ظرفیت اولیه خودراپس از200چرخه حفظ می‌کرد.به نسبت ظرفیت دشارژ به شارژ در یک چرخه واحد، بازده کلمبیک گفته می‌شود. این دانشمندان، با استفاده از مواد بازیافتی و مهندسی شیمی پیشرفته نشان دادند که توسعه باتری‌های یون‌لیتیوم با کارایی بالا و سازگار با محیط‌زیست امکان‌پذیر است و این باتری‌های نسل آینده قادر خواهند بود انرژی همه‌چیز از دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی تا خودروهای برقی را تامین کنند.
هدی عربشاهی - خبرنگارپیشران
باتری لیتیومی حالت جامد قابل شارژ، فناوری نوظهوری است که روزی قادر خواهد بود فقط با یک‌بار شارژ، انرژی لازم برای تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها را برای روزها تامین کند. اما درحال‌حاضر، بیشتر مواد به‌کار رفته در این باتری‌ها با محیط‌زیست سازگار نیستند و روش‌های کنونی بازیافت فقط بربازیابی فلزات موجوددرکاتدهامحدودمی‌شود و باقی بخش‌های این باتری‌ها به‌صورت زباله هدر می‌رود. گروهی از پژوهشگران کالج مهندسی ایالت پن آمریکا به سرپرستی انریکه گومز، در مطالعه‌ای موفق شده‌اند پیکربندی باتری‌های لیتیومی حالت جامد را به‌گونه‌ای از نوطراحی کنند که تمام اجزای آنها به‌راحتی قابل بازیافت باشد. این دانشوران که نتایج پژوهش‌شان را در شماره جولای 2024 نشریه تخصصی ACS Energy Letters منتشر کرده‌اند، برای جداسازی آسان‌تر اجزایی که امروزه امکان بازیافت آنها وجود ندارد پیش از شروع فرآیند بازیافت، دو لایه پلیمری را در قسمت مشترک بین الکترود و الکترولیت قرار دادند. بدون این لایه پلیمری، الکترود و الکترولیت باهم مخلوط می‌شوند و بازیافت‌شان سخت می‌شود. وقتی پژوهشگران با موفقیت این اجزا را از هم جدا کردند بااستفاده از تَف‌جوشی سرد ــ فرآیند ترکیب مواد پودر‌‌شده در دماهای پایین از طریق فشار اعمال‌شده و با کمک حلال‌ها ــ کامپوزیتی با فلزات و الکترودهای بازیابی‌شده ساختند و به‌این‌ترتیب، توانستند کل باتری را از مواد بازیافتی تولید کنند. پس از آزمایش عملکرد، آنها دریافتند که باتری بازسازی‌شده بین 92.5 تا 93.8درصد ظرفیت باتری‌های عادی را به‌دست می‌آورد.
بهبود عملکرد باتری‌های یون‌لیتیوم به‌کمک بازیافت
مطالعه دیگری که به‌تازگی انجام شده ومی‌تواند کارایی بازیافت زباله‌های الکترونیکی رابهبود بخشد پژوهشی است که محققان موسسه زیست‌انرژی و فناوری فرآیندهای زیستی چینگدائو در آکادمی علوم چین نتایج آن را در شماره 16جولای نشریه Nature Sustainability منتشر کرده‌اند. آنها دراین مطالعه، با استفاده از زباله‌های فتوولتائیک بازیافتی و طراحی جدید الکترولیت موفق شدند آندهای سیلیکونی کم‌هزینه‌ای را در اندازه میکرو توسعه دهند. این تلاش پیشرو، مسیری را برای باتری‌های پایدارتر، کم‌هزینه‌تر و با چگالی انرژی بالاتر ارائه می دهد که می‌تواند سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی را به‌خصوص برای وسایل نقلیه الکتریکی متحول کند.آندهای سیلیکونی به‌دلیل توانایی‌شان در افزایش قابل ملاحظه چگالی انرژی باتری‌های یون‌لیتیومی در مقایسه با آندهای گرافیت سنتی مورد توجه‌اند، اما انبساط حجم زیادشان درطول چرخه‌های شارژ ــ دشارژ مانع استفاده از آنها می‌شود و این انبساط می‌تواند به کاهش عملکرد باتری بینجامد. این دانشوران با هدف غلبه بر این موانع، از زباله‌های فتوولتائیک ذرات سیلیکونی با اندازه میکرویی تولید کردند و از این ذرات، به‌عنوان جایگزینی مناسب برای آندهای سیلیکونی کنونی بهره گرفتند.وقتی در ساخت الکترولیت از این آندهای میکرومتری سیلیکونی استفاده شد، پژوهشگران پایداری الکتروشیمیایی قابل‌توجهی را مشاهده کردندکه متوسط بازده کلمبیک 99.94درصد را نشان می‌داد و 83.13درصد از ظرفیت اولیه خودراپس از200چرخه حفظ می‌کرد.به نسبت ظرفیت دشارژ به شارژ در یک چرخه واحد، بازده کلمبیک گفته می‌شود. این دانشمندان، با استفاده از مواد بازیافتی و مهندسی شیمی پیشرفته نشان دادند که توسعه باتری‌های یون‌لیتیوم با کارایی بالا و سازگار با محیط‌زیست امکان‌پذیر است و این باتری‌های نسل آینده قادر خواهند بود انرژی همه‌چیز از دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی تا خودروهای برقی را تامین کنند.
هدی عربشاهی - خبرنگارپیشران