إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية
نموذج لإعادة تدوير البطاريات في اقتصاد دائري
تعد إعادة تدوير البطاريات ، وخاصة بطاريات الرصاص الحمضية ، نموذجًا لصناعة تخزين الطاقة. نحن جميعًا على دراية بمفهوم الاقتصاد الدائري وفائدته. الجزء الأكثر أهمية في ذلك ليس فقط عمليات إعادة التدوير للسلع المستعملة ولكن أيضًا بنية تحتية ثابتة وآمنة لجمع ونقل المواد الخردة. مع الاستخدام المتزايد للبطاريات في العديد من التطبيقات التجارية والصناعية ، لا سيما السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة ، هناك قلق متزايد بشأن مصادر المواد الخام للبطاريات وإمكانية إعادة تدوير تلك البطاريات. من الواضح إلى حد ما أن قابليتها لإعادة التدوير وتوافر المواد الخام لتصنيعها مرتبطان ارتباطًا وثيقًا.
بطاريات الرصاص الحمضية هي أكثر السلع المعاد تدويرها على هذا الكوكب!
هناك العديد من تقنيات التخزين الكهروكيميائية التي تمثل حاليًا غالبية الشركات المصنعة للبطاريات والمستخدمين في العالم اليوم.
شكل 1. يتم بيع نسبة الكيماويات المختلفة للبطاريات في جميع أنحاء العالم كدالة للميجاوات في الساعة
تين. يوضح الشكل 1 التقسيم التقريبي للمبيعات العالمية للميجاوات في الساعة لأنواع مختلفة من البطاريات المنتجة سنويًا. من الواضح أن حمض الرصاص وبطارية ليثيوم أيون هما تقنيتان تهيمنان على أسواق البطاريات الحالية. من الواضح أيضًا معدل النمو السريع جدًا لبطاريات الليثيوم ، وهناك مخاوف بشأن معدل النمو هذا. أحدهما هو عدم وجود عملية إعادة تدوير تجارية لبطاريات الليثيوم مما قد يؤدي إلى مشاكل التخلص في نهاية عمرها الافتراضي.
والآخر هو أنه قد لا تكون هناك مواد كافية لتصنيع البطاريات للطلب المتزايد. يرتبط الاثنان ارتباطًا وثيقًا وفي هذه المدونة ، سننظر في كيف يمكن أن تكون كيمياء حمض الرصاص نموذجًا لإعادة تدوير البطاريات لجميع أنواع أنظمة التخزين الكهروكيميائية.
من الفضائل التي تميز كيمياء حمض الرصاص عمرها. لهذا السبب قمنا بتطوير طرق لإعادة التدوير وإعادة استخدام جميع المواد الإنشائية ، إلى الحد الذي يمكننا فيه المطالبة بمعدل استرداد كامل للبطارية بنسبة 100٪ تقريبًا.
كيف تعمل إعادة تدوير البطاريات؟
هذه الإحصائية الرائعة ليست مجرد وظيفة للطرق الميكانيكية والكيميائية المستخدمة في تكسير المواد وتصنيفها وتنقيتها ، بل تتعلق أيضًا بوجود شبكة تجميع وتوزيع. إن عملية صهر وتنقية الرصاص معروفة للبشر منذ عدة آلاف من السنين. ومع ذلك ، فإن سمات الرصاص التي تفضل إعادة تدوير البطاريات ، أي انخفاض نقطة الانصهار ونقص التفاعل ، هي تلك الصفات التي تقلل من نشاطه الكهروكيميائي وبالتالي كثافة طاقته. تعد قابلية إعادة التدوير هذه عاملاً رئيسياً في قبول الرصاص كمواد إنشائية للبطاريات ؛ هذا على الرغم من سميته المعروفة. إنها السمية التي تثير القلق حاليًا ، لكل من مصنعي البطاريات والقائمين بإعادة تدوير البطاريات.
لهذا السبب ، يتم تطوير طرق بديلة لتقنيات استخلاص المعادن من المعادن الحرارية الملوثة. تعتمد هذه الطرق على إذابة المادة النشطة للبطارية في المذيبات ، ثم استخلاص الرصاص في مجموعة متنوعة من الأشكال الكيميائية. سنناقش إيجابيات وسلبيات كلا النهجين في المدونة التالية ونلقي نظرة على مزاياها النسبية. ولكن في هذه الحالة ، نركز على تقنية حمض الرصاص والبنية التحتية لإعادة التدوير والأساليب المستخدمة حاليًا. في هذه المرحلة ، سيكون من المفيد تغطية المبادئ العامة لإعادة التدوير بإيجاز لتقدير العقبات التي يجب التغلب عليها لإعادة تدوير جميع أنواع البطاريات بشكل فعال وتجارى.
التعريف العام لإعادة التدوير هو:
- “إجراء أو عملية تحويل النفايات إلى مواد قابلة للاستخدام”.
- يمكن تحسين هذا التعريف وتقسيمه إلى تيارين: إعادة التدوير المفتوحة والمغلقة.
إعادة التدوير ذات الحلقة المفتوحة وإعادة التدوير ذات الحلقة المغلقة
تين. 2 يعطي المبادئ العامة لكلا النوعين. تعني الحلقة المغلقة إعادة استخدام المواد المسترجعة في غرضها الأصلي ، مثل إعادة تدوير نفايات الزجاجات في المزيد من الزجاجات. إعادة التدوير ذات الحلقة المفتوحة هي إعادة استخدام المواد المسترجعة في أغراض مختلفة ، وربما لمرة واحدة قبل أن ينتهي بها الأمر في النهاية كنفايات غير صالحة للاستعمال. مثال على ذلك هو حرق النفايات المنزلية لتوفير التدفئة المحلية لمركز التسوق. تعتبر المنتجات الثانوية ، وهي غازات مثل أكاسيد النيتروجين وأكاسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون ، من الملوثات. أي منتجات ثانوية صلبة ستكون أيضًا نفايات غير صالحة للاستعمال ، وينتهي بها الأمر في مكب النفايات.
هل إعادة تدوير البطاريات مربحة؟
في حين أن تعريفات إعادة التدوير الواردة أعلاه جيدة لأغراض المناقشة ، فإننا نحتاج إلى إضافة كلمة واحدة: “اقتصاديًا” بين التحويل والنفايات ، من أجل الحصول على عملية قابلة للتطبيق ماليًا. هذا مهم. بدون هذا العامل الرئيسي ، لن تقوم أي شركة بالعمليات الشاقة والمكلفة اللازمة لجمع النفايات ونقلها ، فضلاً عن تكلفة وتكلفة استخراج واستعادة المواد المطلوبة. كمبدأ عام ، ليس هناك شك في أنه من الممكن تقنيًا استرداد وإعادة تدوير أي شيء تقريبًا من كل مكون مُصنَّع على الأرض. التكنولوجيا والمعرفة موجودة. المشكلة كم تكلف؟
مع وضع هذه المبادئ في الاعتبار ، يمكننا النظر بشكل خاص في إعادة تدوير البطاريات . تين. الشكل 3 هو رسم تخطيطي يوضح التدوير ، ممارسة إعادة التدوير الرسمية لبطاريات الرصاص الحمضية.
ماذا يحدث عند إعادة تدوير البطاريات؟
من هذا ، يتضح أن هناك طريقًا راسخًا ومستنيرًا من التصنيع إلى التخلص من البطاريات واستعادتها. توجد نقاط تجميع يستخدم فيها بائع التجزئة الأصلي أو نقاط إعادة تدوير البطاريات الخاصة والعامة البطاريات التي أعادها المستهلك لغرض محدد وهو إعادة تدوير البطاريات إلى بطاريات جديدة. شيء واحد يجب ملاحظته هو أن نقل البطاريات المستعملة يتطلب احتواء مناسبًا بسبب طبيعتها الخطرة. تشير هذه الإجراءات وممارسات العمل إلى المنظمات الرسمية لإعادة تدوير البطاريات التي تتكون من شركات التجميع والتوصيل ومؤسسات البيع بالتجزئة ومصاهر الرصاص ومصافي التكرير (غالبًا ما يطلق عليها إعادة التدوير) ، والتي يتم تجميعها معًا من خلال غراء التشريعات واللوائح الخاصة بالتجميع والتخزين و نقل المواد الخطرة.
كيف تعمل إعادة تدوير البطاريات؟
ومع ذلك ، كما هو معروف على نطاق واسع ، هناك أيضًا القطاع غير الرسمي الذي يقوم بإعادة تدوير البطاريات خارج القيود القانونية باهظة الثمن للطرق الرسمية.
بينما من المعروف أن هذا الوضع موجود في بلدان مثل إفريقيا والهند وأمريكا الجنوبية ، فمن المعتقد أن المزيد من الدول المتقدمة صناعيًا التي تميزها أوروبا لن تلجأ إلى العناصر غير الرسمية ضمن عملية الحلقة المغلقة هذه. إذا كان الأمر كذلك ، فيجب أن تكون لدينا كفاءة في إعادة تدوير البطاريات تقترب من 100٪ داخل الدول الأوروبية.
لماذا من المهم إعادة تدوير البطاريات؟
لسوء الحظ ، هذا ليس هو الحال ، والشكل. يوضح الشكل 4 حالة إعادة تدوير البطاريات في غالبية دول أوروبا. هنا يمكننا أن نرى أن 8 دول فقط من أصل 30 دولة حققت كفاءة أفضل من 90٪ في إعادة تدوير البطاريات في 2018 ، مع 4 دول فقط وصلت أو اقتربت من الوصول إلى معدل استرداد وإعادة تدوير للبطاريات بنسبة 100٪. ومع ذلك ، هناك العديد من العوامل الكامنة وراء هذه الإحصائيات ، بما في ذلك معايير الإبلاغ والهدف المتحرك لمطابقة مستويات المبيعات السنوية الحالية ، مع عمر البطارية وكمية الخردة المتاحة من مبيعات السنوات السابقة. يمكن في بعض الأحيان أن يتم نقل البطاريات الخردة وتوزيعها في أوروبا ، على الرغم من التشريعات ، من خلال وسائل غير رسمية ويؤسفني القول غير القانوني.
لماذا نعيد تدوير البطاريات؟
هذا صحيح بشكل خاص عندما يكون الطلب مرتفعًا والعرض قليل.
هذا يثير النقطة التالية ، وهي الارتباك حول الإحصاء الذي يتم اقتباسه غالبًا ، وهو أن بطاريات الرصاص الحمضية يتم إعادة تدويرها بنسبة 100٪ تقريبًا. هذا صحيح عندما نتحدث عن كمية استعادة مواد البطارية من العملية ، وليس الكمية الإجمالية للبطاريات المعاد تدويرها. هذا يعني أن كل البلاستيك والرصاص والأحماض الموجودة في البطارية ينتهي بها الأمر كمواد وسيطة لمزيد من البطاريات. في بعض الحالات ، يمكن أن تشمل المواد الأولية لمواد أخرى ، مثل حامض الكبريتيك المستخدم في صناعة الأسمدة.
على أي حال ، ليس من الممكن تقنيًا استرداد 100٪ من أي شيء ، حيث ستحدث بعض الخسائر حتمًا ، وإن كانت خسائر صغيرة أقل من 1٪. إن تحويل حمض الكبريتيك إلى استخدامات أخرى كما هو مذكور يعني أيضًا أن إجراءات الاسترداد لا تتوافق تمامًا مع النموذج الدائري الذي يتم تصويره بسعادة في مواقع الويب الخاصة بالمؤسسات الرائدة وشركات إعادة تدوير البطاريات. نحتاج أيضًا إلى إضافة إلى ذلك الانبعاثات السامة الحتمية والنفايات (الخبث) التي يمكن أن تتولد عن طريق طرق المعالجة المعدنية الحرارية لإعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية.
لفهم معدلات إعادة تدوير البطاريات ، وأي خسائر في العمليات وأي نفايات متولدة ، نحتاج إلى فحص كل من المواد الموجودة في بطارية الرصاص الحمضية وأيضًا مبدأ الكيمياء والهندسة لعمليات الاسترداد. تين. الشكل 5 عبارة عن رسم تخطيطي لعملية الاسترداد المستخدمة في إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية.
ما هو مصنع إعادة تدوير البطاريات؟
عملية إعادة تدوير البطارية
في هذه الحالة ، فإن طرق استخراج المعادن الحرارية الحالية هي العمليات الوحيدة المتاحة تجاريًا حتى الآن. يوضح الرسم التخطيطي 4 مراحل أساسية بعد التجميع والتسليم إلى موقع إعادة تدوير البطاريات. هؤلاء هم:
- كسر البطارية والفصل. يتم وضع خردة البطارية في مطحنة المطرقة ليتم تكسيرها ، ثم فصلها إلى معجون أساسي محمل للرصاص ، وحبيبات شبكية معدنية ، وقطع بلاستيكية ومكونات حمضية ، الشكل. 6.
- نزع الكبريت. يتم معالجة المعجون أو المادة الفعالة المحتوية على الرصاص برماد الصودا لإزالة الكبريت.
- فرن الصهر. يتم بعد ذلك صهر العجينة المنزوعة الكبريت في فرن الانفجار أو الانعكاسي لتقليل مركبات الرصاص إلى سبائك الرصاص اللينة أو الصلبة ، اعتمادًا على تكوين الخردة والمنتج النهائي المقصود ، الشكل. 7.
إعادة تدوير نفايات البطاريات
- تنقية سبائك الرصاص. الطريقة الأكثر شيوعًا هي التكليس لإنتاج رصاص ناعم (نقي) أو رصاص صلب (سبيكة).
يوضح هذا الرسم البياني بعض النقاط المثيرة للاهتمام. إلى جانب المكونات المعاد تدويرها كمنتجات ، هناك أيضًا مشكلة الانبعاثات في مراحل العملية المختلفة.
هذه بشكل عام هي انبعاثات الغلاف الجوي والنفايات السائلة للغازات (COx ، SOx ، NOx) ، الغبار الحامل للرصاص والمياه المتدفقة التي تحتوي على ملوثات مثل الكبريت والرصاص. تخضع هذه الانبعاثات للمعايير الوطنية والمحلية في كل دولة تتم فيها إعادة تدوير الرصاص. المستويات الحديثة صغيرة جدًا وتلوث الهواء والأرض والمياه بشكل عام يمثل مشكلة من الماضي في القطاع الرسمي المنظم. ومع ذلك ، فإن هذا لا ينطبق على القطاع غير الرسمي الذي ، وفقًا لمنظمة الصحة العالمية ، كان ولا يزال مسؤولاً عن تلوث كبير للأراضي ورفع مستويات الرصاص في الدم في بعض المدن والقرى.
تطور آخر في عملية استخلاص المعادن الحرارية هو استعادة الملوثات المعدنية من نفايات الخبث التي يمكن أن تجعل جزء النفايات هذا مناسبًا لمشاريع ردم الأرض أو الطرق.
مثالان على عمليات الذوبان هذه هما التقنيات الحاصلة على براءة اختراع من Aurelius و Citrecycle. لدى كلتا الشركتين عملية تستخدم حامض الستريك كمذيب لإذابة عجينة الرصاص قبل استعادتها مجموعة متنوعة من مركبات الرصاص لمزيد من المعالجة.
مخطط التدفق الشكل 8 الذي يقارن بين هاتين العمليتين. من المخطط ، يمكن ملاحظة أن خردة البطارية لا تزال مكسورة ومعزولة كما هو الحال مع الطريقة التقليدية ، لكن عملية الصهر وإزالة الكبريت مفقودة. يوجد منتج قابل للبيع ، وهو سترات الرصاص المجففة التي يمكن بيعها إلى القطاع الرسمي لمزيد من المعالجة في ظل ظروف خاضعة للرقابة والتنظيم. وقد تم اقتراح أن هذا النوع من العملية يمكن اعتماده في شكل معياري ، تحت سيطرة السلطة المحلية ، من قبل قطاع إعادة التدوير غير الرسمي الحالي. سيكون له فائدة مزدوجة ليس فقط في منع تلوث الرصاص وتسمم الدم ولكن أيضًا جذب القائمين بإعادة التدوير غير الرسميين إلى سيطرة قطاع إعادة التدوير الرسمي.
بطاريات الرصاص الحمضية هي أكثر السلع المعاد تدويرها على هذا الكوكب! - الشكل 9
يعد قطاع إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية في الواقع نموذجًا لاقتصاد دائري ويمكن اعتباره مخططًا للمرحلة الأولى يمكن من خلاله اشتقاق تكرارات مختلفة مناسبة لأنظمة كيميائية مختلفة للبطاريات. ومع ذلك ، هناك تحديات تتمحور حول سمية الرصاص والتحكم في الانبعاثات ونواتج النفايات من الأساليب الحالية لإعادة تدوير البطاريات المعدنية الحرارية. يجب تحسين إدارة القطاع غير الرسمي الذي لا يفي بالمتطلبات القانونية التي وضعتها الحكومات الوطنية والمحلية عند جمع البطاريات الخردة وتخزينها ومعالجتها. ومع ذلك ، فإن عمليات جديدة أرخص وأكثر ملاءمة للبيئة ، مصممة لمعالجة قضايا التلوث والسلامة ، تقترب من التوافر التجاري.
من خلال هذه الطرق ، التي تعد أكثر أمانًا وأقل تلويثًا ، سيكون هدف إنتاج الرصاص الناعم ذو الأربع تسعات من خردة البطارية قابلاً للتحقيق. تؤثر السياسات والاقتصاد العالمي على توريد المواد والرصاص المستخدم في تصنيع البطاريات. إن إعادة التدوير الكامل للبطاريات لجميع خردة البطاريات المتولدة داخليًا ، باستخدام طرق تنتج كميات أقل من ثاني أكسيد الكربون ، وإزالة الخبث وتقليل التلوث ، هو الطريق إلى الأمام. في حين أن الوضع الحالي لإعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية قد يكون هو النموذج الحالي ، لا تزال الصناعة تسعى جاهدة لتحسين جميع عملياتها لجعلها أكثر نظافة وأمانًا وصديقة للبيئة.
يمكن أن تكون التقنيات الجديدة التي تأمل في تحقيق هذا الهدف خطوة مهمة إلى الأمام ، وستكون ميكروتكس كما هو الحال دائمًا في طليعة إعلام عملائها وشركائها بدقة بأحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات التي تؤثر علينا جميعًا بشكل مباشر.
