إعادة تدوير البطارية

إعادة تدوير البطارية

This post is also available in: English हिन्दी

إعادة تدوير بطارية حمض الرصاص

نموذج لإعادة تدوير البطارية في اقتصاد دائري

في هذا بلوق ، وسوف ننظر في إعادة تدوير البطارية وخاصة بطاريات حمض الرصاص كنموذج لصناعة تخزين الطاقة. ونحن جميعا ندرك مفهوم وفائدة الاقتصاد الدائري. وأهم جزء من ذلك هو عدم الاقتصار على إعادة تدوير السلع المستعملة، بل أيضاً وجود بنية تحتية راسخة وآمنة لجمع ونقل المواد الخردة. ومع تزايد استخدام البطاريات في العديد من التطبيقات التجارية والصناعية، ولا سيما المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، هناك قلق متزايد بشأن مصادر المواد الخام للبطاريات وإمكانية إعادة تدوير تلك البطاريات. ومن الواضح إلى حد ما أن قابلية إعادة التدوير وتوافر المواد الخام لتصنيعها مرتبطان ارتباطا لا ينفصم.

هناك العديد من تقنيات التخزين الكهروكيميائية التي تمثل حاليا غالبية الشركات المصنعة للبطاريات والمستخدمين في العالم اليوم.
الشكل 1- الـ 1 نسبة كيمياء البطاريات المختلفة التي تباع في جميع أنحاء العالم كدالة من MWh
التين. 1 يظهر تقسيم تقريبي من قبل المبيعات MWh العالمية لأنواع مختلفة من البطاريات المنتجة سنويا. من الواضح أن حمض الرصاص وبطارية ليثيوم أيون هما من التقنيات التي تهيمن على أسواق البطاريات الحالية. ومن الواضح بنفس القدر، هو معدل النمو السريع جداً لبطاريات ليثيوني، وهناك مخاوف بشأن معدل النمو هذا. ويتمثل أحد هذه الصعوبات في عدم وجود عملية إعادة تدوير تجارية لبطاريات الليثيوم، مما قد يؤدي إلى مشاكل في نهاية العمر.

والآخر هو أنه قد لا تكون هناك مواد كافية لتصنيع البطاريات للطلب المتزايد. وهما ترتبط ارتباطا وثيقا ، وفي هذا بلوق ، وسوف ننظر في كيفية الرصاص حمض الكيمياء يمكن أن يكون نموذجا لإعادة تدوير البطارية من جميع أنواع أنظمة التخزين الكهروكيميائية.
واحدة من الفضائل التي تميز كيمياء حمض الرصاص، هو عصرها. وبسبب هذا قمنا بتطوير طرق لإعادة تدوير وإعادة استخدام جميع المواد الإنشائية، إلى الحد الذي يمكننا المطالبة بمعدل استعادة 100٪ تقريبا من البطارية كاملة.

هذه الإحصائية المثيرة للإعجاب ليست مجرد وظيفة من الطرق الميكانيكية والكيميائية المستخدمة لكسر وتصنيف وصقل المواد، بل هو أيضا عن وجود شبكة جمع والتوزيع. وقد عرفت عملية صهر وتكرير الرصاص للبشر لعدة آلاف من السنين. ومع ذلك، فإن سمات الرصاص ذاتها، التي تفضل إعادة تدوير البطاريات، أي انخفاض نقطة الذوبان وعدم التفاعل، هي تلك السمات التي تقلل من نشاطها الكهروكيميائي وبالتالي كثافة الطاقة. وهذه القابلية لإعادة التدوير هي عامل رئيسي في قبول الرصاص كمادة بناءة للبطاريات؛ هذا على الرغم من سميته المعروفة. والسمية هي التي تثير القلق حاليا، سواء بالنسبة لمصنعي البطاريات أو شركات إعادة تدوير البطاريات.

ولهذا السبب، يجري تطوير أساليب بديلة لتقنيات التلوث الحراري التقليدية. تعتمد هذه الطرق على ذوبان المواد النشطة للبطارية في المذيبات ، ثم استخراج الرصاص في مجموعة متنوعة من الأشكال الكيميائية. سوف نناقش إيجابيات وسلبيات كلا النهجين في بلوق المقبل وإعطاء وجهة نظر حول مزاياها النسبية. ولكن في هذه الحالة، نحن نركز على تكنولوجيا حمض الرصاص والبنية التحتية لإعادة التدوير والأساليب المستخدمة حاليا. وعند هذه النقطة، سيكون من المفيد أن تغطي بإيجاز المبادئ العامة لإعادة التدوير من أجل تقدير العقبات التي ينبغي التغلب عليها لإعادة تدوير جميع أنواع البطاريات بشكل فعال وتجاري.

10- ومن شأن التعريف العام لإعادة التدوير أن يكون:

  • “عمل أو عملية تحويل النفايات إلى مواد صالحة للاستعمال.
  • ويمكن زيادة صقل هذا التعريف وتقسيمه إلى تيارين: إعادة التدوير المفتوحة والمغلقة.
الشكل 2. نماذج إعادة تدوير البطارية التي تعرض نماذج إعادة التدوير المغلقة والمفتوحة
الشكل 1- الـ 1 نماذج إعادة التدوير القياسية التي تعرض نماذج إعادة التدوير المغلقة والمفتوحة
الشكل 3. الاقتصاد الدائري إعادة تدوير وثائق التفويض من بطاريات الرصاص الحمضية
الشكل 2- الانبعاثات 2 من 100 الاقتصاد الدائري إعادة تدوير وثائق التفويض من بطاريات الرصاص الحمضية

التين. 2 يعطي المبادئ العامة لكلا النوعين. حلقة مغلقة يعني أن المواد المستردة يتم إعادة استخدامها في الغرض الأصلي، مثل نفايات الزجاجات التي يعاد تدويرها في المزيد من الزجاجات. إعادة التدوير المفتوحة هي إعادة تحديد المواد المستردة في استخدام مختلف ، وربما استخدام واحد قبل أن ينتهي في النهاية كنفايات غير صالحة للاستعمال. ومن الأمثلة على ذلك حرق النفايات المنزلية لتوفير التدفئة المحلية لمركز تجاري. وستعتبر المنتجات الثانوية، التي تُعتبر إلى حد كبير غازات مثل أكاسيد النيتروجين وأكاسيد الكثانات وCOCO2، ملوثات. وأي منتجات ثانوية صلبة ستكون أيضا نفايات غير صالحة للاستعمال، وينتهي بها المطاف في مكب للنفايات.

وفي حين أن تعاريف إعادة التدوير الواردة أعلاه جيدة لأغراض المناقشة، فإننا نحتاج إلى إضافة كلمة واحدة: “اقتصاديا” بين التحويل والنفايات، من أجل أن تكون هناك عملية مجدية ماليا. هذا مهم وبدون هذا العامل الرئيسي، لن تقوم أي أعمال تجارية بالعمل الشاق والمكلف المطلوب لجمع النفايات ونقلها، فضلا عن تكلفة ونفقات استخراج المواد المطلوبة واستردادها. كمبدأ عام ليس هناك شك في أنه من الممكن من الناحية الفنية لاستعادة وإعادة تدوير أي شيء تقريبا من كل عنصر المصنعة على الأرض. التكنولوجيا والدراية موجودة. المشكلة هي، كم يكلف؟

مع هذه المبادئ في الاعتبار، يمكننا أن ننظر على وجه التحديد في إعادة تدوير البطارية. التين. 3، هو مخطط تخطيطي، مما يوضح التعميم، وممارسة إعادة التدوير الرسمية للبطاريات الرصاص الحمضية.

الشكل 3. الاقتصاد الدائري إعادة تدوير وثائق التفويض من بطاريات حمض الرصاص
الشكل 3- الانبعاثات 100-11 الاقتصاد الدائري إعادة تدوير وثائق التفويض من بطاريات حمض الرصاص
الشكل 4. كفاءة إعادة التدوير لبطاريات حمض الرصاص في الدول الأوروبية
الشكل 4- الانبعاثات 100 كفاءة إعادة التدوير لبطاريات حمض الرصاص في الدول الأوروبية

ومن هذا، يتضح أن هناك طريقاً جيداً ونا مستنيراً من التصنيع إلى التخلص من البطاريات واستعادتها. هناك نقاط تجميع حيث استخدمت نقاط إعادة تدوير البطاريات الخاصة والعامة أو الخاصة ببطاريات البطاريات التي أعادها المستهلك لغرض محدد هو إعادة تدوير البطارية إلى بطاريات جديدة. شيء واحد هو أن نلاحظ أن نقل البطاريات المستعملة يتطلب الاحتواء السليم نظرا لطبيعتها الخطرة. وتشير هذه الإجراءات وممارسات العمل إلى المنظمات الرسمية لإعادة تدوير البطاريات التي تتألف من شركات التجميع والتسليم، ومنظمات البيع بالتجزئة، ومصاهر الرصاص، والمصافي (التي تسمى في كثير من الأحيان شركات إعادة التدوير)، والتي يُجمعون معاً من خلال الغراء التشريعي واللوائح المتعلقة بجمع المواد الخطرة وتخزينها ونقلها.

ومع ذلك، وكما هو معترف به على نطاق واسع، هناك أيضا القطاع غير الرسمي الذي يقوم بإعادة تدوير البطاريات خارج نطاق القيود القانونية الباهظة التي تفرضها الطرق الرسمية.

ومع أن هذه الحالة معروفة في بلدان مثل أفريقيا والهند وأمريكا الجنوبية، فإنه يعتقد أن المزيد من الدول المتقدمة صناعياً التي تطبعها أوروبا لن تلجأ إلى عناصر غير رسمية في إطار هذه العملية المغلقة. إذا كان الأمر كذلك ينبغي أن يكون لدينا ما يقرب من 100٪ كفاءة إعادة تدوير البطارية داخل البلدان الأوروبية.

لسوء الحظ ، ليس هذا هو الحال ، و Fig. 4 يظهر حالة إعادة تدوير البطارية لغالبية أوروبا. وهنا يمكننا أن نرى أن 8 بلدان فقط من أصل 30 بلدا حققت أفضل من 90% من كفاءة إعادة تدوير البطاريات في عام 2018، مع وصول 4 بلدان فقط أو قريبة من الوصول إلى معدل استعادة وإعادة تدوير البطاريات بنسبة 100٪. ومع ذلك، هناك العديد من العوامل وراء هذه الإحصاءات، بما في ذلك معايير الإبلاغ والهدف المتحرك للمطابقة مع مستويات المبيعات السنوية الحالية، مع عمر البطارية وكمية الخردة المتاحة من مبيعات السنوات السابقة. يمكن أن حركة وتوزيع البطاريات الخردة في أوروبا في بعض الأحيان ، على الرغم من التشريعات ، لا تزال تحدث من خلال وسائل غير رسمية وآسفة لقول وسائل غير قانونية.

وهذا صحيح بصفة خاصة عندما يكون الطلب مرتفعا والعرض قصيرا.
وهذا يطرح النقطة التالية، وهي الارتباك بشأن الإحصائية التي كثيرا ما يستشهد بها، وهي أن البطاريات الحمضية بالرصاص يعاد تدويرها بنسبة 100 في المائة تقريبا. هذا صحيح عندما نتحدث عن كمية من استرداد مواد البطارية من هذه العملية، وليس المبلغ الإجمالي للبطاريات المعاد تدويرها. وهذا يعني أن ما يقرب من جميع البلاستيك والرصاص والحامض في البطارية ينتهي كمادة خام لمزيد من البطاريات. وفي بعض الحالات، يمكن أن يشمل المواد الوسيطة لمواد أخرى، مثل حمض الكبريتيك المستخدم في صنع الأسمدة.

وعلى أية حال، ليس من الممكن من الناحية الفنية استرداد 100% من أي شيء، لأن بعض الخسائر سوف تحدث حتماً، وإن كانت خسائر صغيرة تقل عن 1%. ويعني تحويل حمض الكبريتيك إلى استخدامات أخرى كما ذكرنا أيضا أن إجراءات الاسترداد لا تفي تماما بالنموذج الدائري الذي يصور بسعادة في المواقع الشبكية للمنظمات الرائدة وشركات إعادة تدوير البطاريات. نحن بحاجة أيضا إلى إضافة إلى هذا لا مفر منه الانبعاثات السامة والنفايات (الخبث) التي يمكن أن تولد عن طريق أساليب pyrometallurgical من الرصاص الحمضية البطارية إعادة التدوير.

لفهم معدلات إعادة تدوير البطارية ، أي خسائر في العمليات وأي نفايات المتولدة ، نحن بحاجة إلى فحص كل من المواد في بطارية حمض الرصاص وكذلك مبدأ الكيمياء والهندسة لعمليات الاسترداد. التين. 5 هو مخطط تخطيطي لعملية الاسترداد المستخدمة في إعادة تدوير حمض الرصاص البطارية.

الشكل 5. معالجة الطريق لخردة بطارية حمض الرصاص التي تم جمعها
الشكل 5- الانبعاثات 100-10 معالجة الطريق لخردة بطارية حمض الرصاص التي تم جمعها
الشكل 6. خردة بطارية حمض الرصاص التي تبدأ في المعالجة في مصنع لإعادة تدوير البطارية
الشكل 6- الانبعاثات 100-11 خردة بطارية حمض الرصاص التي تبدأ في المعالجة في مصنع لإعادة تدوير البطارية

في هذه الحالة، هو أساليب البيروميتورجية الحالية، التي هي حتى الآن العمليات الوحيدة المتاحة تجاريا. الرسم البياني يظهر 4 مراحل أساسية بعد جمع وتسليمها إلى موقع إعادة تدوير البطارية. وهذه الـمـُـرَيـ

  • كسر البطارية والفصل العنصري. يتم وضع خردة البطارية في طاحونة مطرقة ليتم كسرها ، ثم فصلها إلى عجينة أساسية تحمل الرصاص ، حبيبات الشبكة المعدنية ، بتات بلاستيكية ومكونات حمضية ، Fig. 6.
  • 10 – إزالة الكبريت. يتم التعامل مع عجينة أو مادة نشطة leady مع رماد الصودا لإزالة الكبريت.
  • صهر (انفجار أو صدى) الفرن. ثم صهر عجينة desulfated في انفجار أو الفرن صدى للحد من مركبات الرصاص إلى سبائك الرصاص لينة أو الصلب، اعتمادا على تكوين الخردة والمنتج النهائي المقصود، التين. 7.
الشكل 7. فرن ترددي تستخدم لبطارية حمض الرصاص إعادة تدوير المواد النشطة
الشكل 7- الانبعاثات 100-10 فرن ترددي تستخدم لبطارية حمض الرصاص إعادة تدوير المواد النشطة
الشكل 8. التخطيطي مقارنة اثنين من طرق حل لقيادة بطارية حمض إعادة تدوير المواد النشطة
الشكل 8- الانبعاثات التخطيطي مقارنة اثنين من طرق حل لقيادة بطارية حمض إعادة تدوير المواد النشطة
  • صقل سبائك الرصاص. الطريقة الأكثر شيوعا هي التكلس لإنتاج إما لينة (نقية) الرصاص أو الثابت (سبيكة) الرصاص.
    هذا الرسم البياني يطرح بعض النقاط المثيرة للاهتمام. وإلى جانب المكونات المعاد تدويرها كمنتجات، هناك أيضاً مشكلة الانبعاثات في مراحل عملية مختلفة.

وهذه الانبعاثات هي عموماً انبعاثات غازات في الغلاف الجوي والنفايات السائلة (أكاسيد التكاد، وOx، وأكاسيد النيتروجين)، والغبار الحامل للرصاص والمياه السائلة التي تحتوي على ملوثات مثل الكبريت والرصاص. وهذه الانبعاثات تحكمها المعايير الوطنية والمحلية في كل بلد تمارس فيه عملية إعادة تدوير الرصاص. فالمستويات الحديثة صغيرة جداً وتلوث الهواء والأرض والمياه هو عموماً مشكلة في الماضي في القطاع الرسمي المنظم. غير أن هذا لا ينطبق على القطاع غير الرسمي الذي كان ولا يزال، وفقاً لمنظمة الصحة العالمية، مسؤولاً عن تلوث كبير للأراضي ورفع مستويات الرصاص في الدم في بعض المدن والقرى.

ومن التطورات الأخرى في عملية المعالجة بالانتعاش الحراري استعادة الملوثات الفلزية من الخبث النفاياتيمكن أن تجعل هذه المخلفات مناسبة لمشاريع التعبئة البرية أو البرية.
ومن الأمثلة على عمليات الانحلال هذه تكنولوجيات أوريليوس وسيتريسيككل الحاصلة على براءة اختراع. كل من هذه الشركات لديها عملية التي تستخدم حمض الستريك كمذيب لحل عجينة الرصاص قبل استرداده مجموعة متنوعة من مركبات الرصاص لمزيد من العلاج.

الرسم التخطيطي للتدفق Fig8 الذي يقارن بين هاتين العمليتين. من الرسم البياني، يمكن ملاحظة أن خردة البطارية لا تزال مكسورة وفصلت كما هو الحال مع الطريقة التقليدية، ولكن عملية الصهر و desulfurization مفقودة. هناك منتج بيع قادرة، وسيترات الرصاص المجففة التي يمكن بيعها إلى القطاع الرسمي لمزيد من المعالجة في ظل ظروف خاضعة للرقابة وتنظيم. وقد اقترح أن يعتمد هذا النوع من العمليات في شكل وحدات، تحت سيطرة السلطة المحلية، من جانب قطاع إعادة التدوير غير الرسمي الحالي. وسيكون له فائدة مزدوجة لا من مجرد منع التلوث بالرصاص وتسمم الدم ولكن أيضا جذب المعاد تدوير غير رسمية إلى السيطرة على قطاع إعادة التدوير الرسمي.

بطاريات حمض الرصاص هي السلعة الأكثر إعادة تدويرها على هذا الكوكب! - Fig.9

الشكل 9. حالة المعدلات العالمية لإعادة تدوير المواد

إن قطاع إعادة تدوير البطاريات الحمضية الرصاصية هو في الواقع نموذج لاقتصاد دائري ويمكن أن يؤخذ كمخطط للمرحلة الأولى يمكن أن تستمد منه التكرارات المختلفة التي تناسب كيمياء البطاريات المختلفة. ومع ذلك، هناك تحديات تتمحور حول سمية الرصاص والتحكم في الانبعاثات ومنتجات النفايات من الطرق الحالية لإعادة تدوير البطاريات البيرووميتالرجية. وينبغي تحسين إدارة القطاع غير الرسمي الذي لا يفي بالمتطلبات القانونية التي وضعتها الحكومات الوطنية والمحلية عند جمع البطاريات الخردة وتخزينها وتجهيزها. ومع ذلك، فإن العمليات الجديدة الأرخص والأكثر ملاءمة للبيئة، المصممة لمعالجة قضايا التلوث والسلامة، تقترب من التوافر التجاري.

مع هذه الأساليب، التي هي أكثر أمانا وأقل تلويثا، فإن الهدف لإنتاج الرصاص الناعمة من أربع وتسعات من خردة البطارية يكون قابلا للتحقيق. تؤثر الاقتصادات والسياسات العالمية على توريد المواد والرصاص المستخدم في تصنيع البطاريات. إعادة تدوير البطارية كاملة من جميع الخردة البطارية ولدت داخليا، وذلك باستخدام الطرق التي تنتج أقل CO2، وإزالة الخبث وتقليل التلوث، هو الطريق إلى الأمام. في حين أن الوضع الحالي لإعادة تدوير البطاريات الحمضية الرصاص قد يكون النموذج الحالي، والصناعة لا تزال تسعى جاهدة لتحسين لجعل جميع عملياتها أنظف وأكثر أمانا وأكثر ملاءمة للبيئة.

التكنولوجيات الجديدة التي تأمل في تحقيق هذا الهدف يمكن أن تكون خطوة كبيرة إلى الأمام، وMicrotex كما هو الحال دائما، ستكون في طليعة لإعلام عملائها وشركائها بدقة من أحدث التطورات تكنولوجيا البطارية التي تؤثر بشكل مباشر علينا جميعا.

انتقل إلى أعلى