बैटरी पुनर्चक्रण
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लीड एसिड बैटरी रीसाइक्लिंग

एक परिपत्र अर्थव्यवस्था में बैटरी रीसाइक्लिंग के लिए एक प्रतिमान

बैटरी रीसाइक्लिंग, विशेष रूप से लीड एसिड बैटरी ऊर्जा भंडारण उद्योग के लिए एक मॉडल है। हम सभी एक वृत्ताकार अर्थव्यवस्था की अवधारणा और लाभ से अवगत हैं। इसका सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा न केवल इस्तेमाल किए गए सामानों के लिए रीसाइक्लिंग प्रक्रिया है बल्कि स्क्रैप सामग्री के संग्रह और परिवहन के लिए एक स्थापित, सुरक्षित आधारभूत संरचना भी है। कई वाणिज्यिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों, विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए बैटरियों के बढ़ते उपयोग के साथ, बैटरी कच्चे माल की सोर्सिंग और उन बैटरियों की पुनर्चक्रण पर चिंता बढ़ रही है। यह स्पष्ट रूप से स्पष्ट है कि उनकी पुनर्चक्रण क्षमता और उनके निर्माण के लिए कच्चे माल की उपलब्धता का अटूट संबंध है।

लीड एसिड बैटरी ग्रह पर सबसे अधिक पुनर्नवीनीकरण वस्तु हैं!

कई विद्युत रासायनिक भंडारण प्रौद्योगिकियां हैं जो वर्तमान में दुनिया में अधिकांश बैटरी निर्माताओं और उपयोगकर्ताओं का प्रतिनिधित्व करती हैं।
आकृति 1। MWh के एक फ़ंक्शन के रूप में दुनिया भर में बेची जाने वाली विभिन्न बैटरी केमिस्ट्री का अनुपात
अंजीर। 1 सालाना उत्पादित विभिन्न प्रकार की बैटरियों की वैश्विक MWh बिक्री द्वारा अनुमानित विभाजन को दर्शाता है। स्पष्ट रूप से लीड एसिड और लिथियम-आयन बैटरी दो प्रौद्योगिकियां हैं जो वर्तमान बैटरी बाजारों पर हावी हैं। समान रूप से स्पष्ट, ली-आयन बैटरी की बहुत तीव्र वृद्धि दर है, और इस वृद्धि दर के बारे में चिंताएं हैं। एक लिथियम बैटरी के लिए एक वाणिज्यिक रीसाइक्लिंग प्रक्रिया की कमी है जिसके परिणामस्वरूप जीवन निपटान समस्याओं का अंत हो सकता है।

दूसरा यह है कि बढ़ती मांग के लिए बैटरी बनाने के लिए अपर्याप्त सामग्री हो सकती है। दोनों अटूट रूप से जुड़े हुए हैं और इस ब्लॉग में, हम यह देखेंगे कि सभी प्रकार के इलेक्ट्रोकेमिकल स्टोरेज सिस्टम के बैटरी रीसाइक्लिंग के लिए लीड एसिड केमिस्ट्री एक मॉडल कैसे हो सकता है।
लीड एसिड केमिस्ट्री को अलग करने वाले गुणों में से एक इसकी उम्र है। इस वजह से हमने सभी निर्माण सामग्री के पुनर्चक्रण और पुन: उपयोग के तरीके विकसित किए हैं, इस हद तक कि हम पूरी बैटरी की लगभग 100% वसूली दर का दावा कर सकते हैं।

बैटरी रीसाइक्लिंग कैसे काम करता है?

यह प्रभावशाली आँकड़ा न केवल सामग्री को तोड़ने, वर्गीकृत करने और परिष्कृत करने के लिए उपयोग की जाने वाली यांत्रिक और रासायनिक विधियों का एक कार्य है, बल्कि एक संग्रह और वितरण नेटवर्क होने के बारे में भी है। सीसा गलाने और शोधन की प्रक्रिया मनुष्यों को कई हज़ार वर्षों से ज्ञात है। हालाँकि, लेड के बहुत गुण, जो बैटरी पुनर्चक्रण का पक्ष लेते हैं, अर्थात कम गलनांक और प्रतिक्रियाशीलता की कमी, वे गुण हैं जो इसकी विद्युत रासायनिक गतिविधि को कम करते हैं और इसलिए इसकी ऊर्जा घनत्व। बैटरी के लिए एक निर्माण सामग्री के रूप में सीसा की स्वीकृति में यह पुनर्चक्रण एक प्रमुख कारक है; यह इसकी ज्ञात विषाक्तता के बावजूद है। यह विषाक्तता है जो वर्तमान में बैटरी निर्माताओं और बैटरी पुनर्चक्रणकर्ताओं दोनों के लिए चिंता का विषय है।

इस कारण से, पारंपरिक प्रदूषणकारी पाइरोमेटालर्जिकल तकनीकों के वैकल्पिक तरीके विकसित किए जा रहे हैं। ये विधियां सॉल्वैंट्स में बैटरी सक्रिय सामग्री के विघटन पर निर्भर करती हैं, फिर विभिन्न प्रकार के रासायनिक रूपों में सीसा निकालती हैं। हम अगले ब्लॉग में दोनों दृष्टिकोणों के पेशेवरों और विपक्षों पर चर्चा करेंगे और उनके सापेक्ष गुणों पर एक नज़र डालेंगे। लेकिन इस उदाहरण के लिए, हम लेड-एसिड तकनीक और रीसाइक्लिंग के बुनियादी ढांचे और वर्तमान में उपयोग की जाने वाली विधियों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। इस बिंदु पर, रीसाइक्लिंग के सामान्य सिद्धांतों को संक्षेप में कवर करना उपयोगी होगा ताकि सभी प्रकार की बैटरी को प्रभावी ढंग से और व्यावसायिक रूप से रीसायकल करने के लिए बाधाओं को दूर करने की आवश्यकता हो।

रीसाइक्लिंग की एक सामान्य परिभाषा होगी:

  • “कचरे को प्रयोग करने योग्य सामग्री में बदलने की क्रिया या प्रक्रिया।”
  • इस परिभाषा को और अधिक परिष्कृत किया जा सकता है और दो धाराओं में विभाजित किया जा सकता है: खुली और बंद-लूप रीसाइक्लिंग।
Fig 1 Worldwide battery market
आकृति 1। दुनिया भर में बैटरी बाजार का आकार
Fig 3. Circular economy recycling credentials of lead acid batteries
चित्र 2। लेड-एसिड बैटरियों की सर्कुलर इकोनॉमी रीसाइक्लिंग क्रेडेंशियल

ओपन लूप रीसाइक्लिंग और क्लोज्ड लूप रीसाइक्लिंग

अंजीर। 2 दोनों प्रकार के सामान्य सिद्धांत देता है। क्लोज्ड-लूप का मतलब है कि बरामद की गई सामग्री को उनके मूल उद्देश्य में पुन: उपयोग किया जाता है, जैसे कि बेकार कांच की बोतलों को अधिक कांच की बोतलों में पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। ओपन-लूप रीसाइक्लिंग पुनर्प्राप्त सामग्री का एक अलग, और शायद एकल उपयोग में पुन: उपयोग करने से पहले अंततः अनुपयोगी कचरे के रूप में समाप्त होता है। इसका एक उदाहरण एक शॉपिंग मॉल को स्थानीय ताप प्रदान करने के लिए घरेलू कचरे का भस्मीकरण होगा। उप-उत्पादों, मोटे तौर पर NOx, SOx और CO2 जैसी गैसों को प्रदूषक माना जाएगा। कोई भी ठोस उपोत्पाद भी एक अनुपयोगी अपशिष्ट होगा, जो एक लैंडफिल में समाप्त होगा।

क्या बैटरी रीसाइक्लिंग लाभदायक है?

जबकि ऊपर दी गई रीसाइक्लिंग की परिभाषाएं चर्चा के उद्देश्यों के लिए ठीक हैं, हमें एक शब्द जोड़ने की आवश्यकता होगी: आर्थिक रूप से व्यवहार्य प्रक्रिया के लिए, रूपांतरण और अपशिष्ट के बीच “आर्थिक रूप से”। यह महत्वपूर्ण है। इस प्रमुख कारक के बिना, कोई भी व्यवसाय कचरे को इकट्ठा करने और परिवहन करने के लिए आवश्यक श्रमसाध्य, महंगी प्रक्रियाओं के साथ-साथ आवश्यक सामग्री को निकालने और पुनर्प्राप्त करने की लागत और व्यय पर नहीं ले जाएगा। एक सामान्य सिद्धांत के रूप में इसमें कोई संदेह नहीं है कि पृथ्वी पर प्रत्येक निर्मित घटक से लगभग किसी भी चीज़ को पुनर्प्राप्त करना और रीसायकल करना तकनीकी रूप से संभव है। तकनीक और जानकारी मौजूद है। समस्या यह है कि इसकी लागत कितनी है?

इन सिद्धांतों को ध्यान में रखते हुए, हम विशेष रूप से बैटरी रीसाइक्लिंग में देख सकते हैं। अंजीर। 3, एक योजनाबद्ध आरेख है, जो सीसा-एसिड बैटरी के लिए परिपत्र, आधिकारिक रीसाइक्लिंग अभ्यास को दर्शाता है।

Fig 3a. Circular economy recycling credentials of lead acid batteries
चित्र तीन। लेड एसिड बैटरियों की सर्कुलर इकोनॉमी रीसाइक्लिंग क्रेडेंशियल
Fig 4. Recycling efficiency for lead acid batteries in European Nations
चित्रा 4. यूरोपीय देशों में लीड एसिड बैटरी के लिए पुनर्चक्रण दक्षता

जब आप बैटरी को रीसायकल करते हैं तो क्या होता है?

इससे यह स्पष्ट है कि बैटरी के निर्माण से लेकर निपटान और पुनर्प्राप्ति तक एक सुस्थापित और सूचित मार्ग है। ऐसे संग्रह बिंदु हैं जहां मूल खुदरा विक्रेता या निजी और सार्वजनिक बैटरी रीसाइक्लिंग बिंदुओं ने नई बैटरी में बैटरी रीसाइक्लिंग के विशिष्ट उद्देश्य के लिए उपभोक्ता द्वारा लौटाई गई बैटरी का उपयोग किया है। एक बात ध्यान देने योग्य है कि प्रयुक्त बैटरियों के परिवहन के लिए उनके खतरनाक स्वभाव के कारण उचित नियंत्रण की आवश्यकता होती है। ये प्रक्रियाएं और कार्य पद्धतियां आधिकारिक बैटरी रीसाइक्लिंग संगठनों को संदर्भित करती हैं, जिसमें संग्रह और वितरण कंपनियां, खुदरा संगठन, लीड स्मेल्टर और रिफाइनर (अक्सर रिसाइकलर कहा जाता है) शामिल होते हैं, जो संग्रह, भंडारण के लिए कानून और विनियमन के गोंद द्वारा एक साथ रखे जाते हैं। खतरनाक सामग्री का परिवहन।

बैटरी रीसाइक्लिंग कैसे काम करता है?

हालांकि, जैसा कि व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त है, अनौपचारिक क्षेत्र भी है जो आधिकारिक मार्गों की महंगी कानूनी बाधाओं के बाहर बैटरी रीसाइक्लिंग करता है।

जबकि यह स्थिति अफ्रीका, भारत और दक्षिण अमेरिका जैसे देशों में मौजूद है, यह माना जाता है कि यूरोप द्वारा टाइप किए गए अधिक औद्योगिक रूप से विकसित देशों को इस बंद-लूप प्रक्रिया के भीतर अनौपचारिक तत्वों का सहारा नहीं मिलेगा। यदि ऐसा है तो हमारे पास यूरोपीय देशों में लगभग 100% बैटरी रीसाइक्लिंग दक्षता होनी चाहिए।

बैटरियों को रीसायकल करना क्यों महत्वपूर्ण है?

दुर्भाग्य से, यह मामला नहीं है, और अंजीर। 4 अधिकांश यूरोप के लिए बैटरी रीसाइक्लिंग की स्थिति को दर्शाता है। यहां हम देख सकते हैं कि 30 में से केवल 8 देशों ने 2018 में 90% बैटरी रीसाइक्लिंग दक्षता से बेहतर हासिल किया, केवल 4 देश 100% रिकवरी और बैटरी रीसाइक्लिंग दर तक पहुंचने या पहुंचने के करीब हैं। हालाँकि, इन आँकड़ों के पीछे कई कारक हैं, जिनमें रिपोर्टिंग मानदंड और वर्तमान वार्षिक बिक्री स्तरों के मिलान के चलते लक्ष्य, बैटरी जीवन के साथ और पिछले वर्षों की बिक्री से उपलब्ध स्क्रैप की मात्रा शामिल है। यूरोप में स्क्रैप बैटरियों की आवाजाही और वितरण कभी-कभी, कानून के बावजूद, अभी भी अनौपचारिक और अवैध साधनों के लिए खेद है।

हम बैटरी को रीसायकल क्यों करते हैं?

यह विशेष रूप से सच है जब मांग अधिक होती है और आपूर्ति कम होती है।
यह अगला बिंदु लाता है, जो अक्सर उद्धृत आंकड़ों पर भ्रम है, कि लीड-एसिड बैटरी लगभग 100% पुनर्नवीनीकरण होती है। यह सच है जब हम प्रक्रिया से बैटरी सामग्री की वसूली की मात्रा के बारे में बात कर रहे हैं, न कि पुनर्नवीनीकरण बैटरियों की कुल मात्रा के बारे में। इसका मतलब है कि बैटरी में लगभग सभी प्लास्टिक, लेड और एसिड अधिक बैटरी के लिए फीडस्टॉक के रूप में समाप्त हो जाते हैं। कुछ मामलों में, इसमें अन्य सामग्रियों के लिए फीडस्टॉक शामिल हो सकता है, जैसे कि सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग उर्वरक बनाने के लिए किया जा रहा है।

किसी भी घटना में, किसी भी चीज़ का 100% पुनर्प्राप्त करना तकनीकी रूप से संभव नहीं है, क्योंकि कुछ नुकसान अनिवार्य रूप से होंगे, भले ही 1% से कम का छोटा नुकसान हो। जैसा कि उल्लेख किया गया है, सल्फ्यूरिक एसिड के अन्य उपयोगों के लिए डायवर्जन का मतलब यह भी है कि पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया पूरी तरह से सर्कुलर मॉडल को पूरा नहीं करती है जिसे प्रमुख संगठनों और बैटरी रीसाइक्लिंग कंपनियों की वेबसाइटों में खुशी से चित्रित किया गया है। हमें इसमें अपरिहार्य विषाक्त उत्सर्जन और अपशिष्ट (स्लैग) को भी जोड़ने की आवश्यकता है जो कि लेड-एसिड बैटरी रीसाइक्लिंग के पाइरोमेटालर्जिकल तरीकों से उत्पन्न हो सकता है।

बैटरी रीसाइक्लिंग दरों को समझने के लिए, प्रक्रियाओं में किसी भी तरह के नुकसान और उत्पन्न होने वाले किसी भी कचरे को समझने के लिए, हमें लीड एसिड बैटरी में दोनों सामग्रियों और पुनर्प्राप्ति प्रक्रियाओं के रसायन शास्त्र और इंजीनियरिंग सिद्धांत की जांच करने की आवश्यकता है। अंजीर। 5 लीड एसिड बैटरी रीसाइक्लिंग में उपयोग की जाने वाली पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया का एक योजनाबद्ध आरेख है।

बैटरी रीसाइक्लिंग प्लांट क्या है?

Fig 5. Processing route for collected lead acid battery scrap
चित्रा 5. एकत्रित लीड एसिड बैटरी स्क्रैप के लिए प्रसंस्करण मार्ग
Fig 6. Lead acid battery scrap starting to be processed at a battery recycling plant
चित्र 6. लीड एसिड बैटरी स्क्रैप को बैटरी रीसाइक्लिंग प्लांट में संसाधित किया जाना शुरू हो रहा है

बैटरी रीसाइक्लिंग प्रक्रिया

इस मामले में, यह वर्तमान पायरोमेटेलर्जिकल विधियां हैं, जो अब तक केवल व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रक्रियाएं हैं। आरेख बैटरी रीसाइक्लिंग साइट पर संग्रह और वितरण के बाद 4 बुनियादी चरणों को दिखाता है। ये:

  • बैटरी तोड़ना और अलगाव। बैटरी स्क्रैप को तोड़ने के लिए एक हैमर मिल में डाला जाता है, फिर मूल लेड-बेयरिंग पेस्ट, धातु ग्रिड ग्रेन्यूल्स, प्लास्टिक बिट्स और एसिड घटकों, अंजीर में अलग किया जाता है। 6.
  • डिसल्फराइजेशन। सल्फर को हटाने के लिए पेस्ट या लेड सक्रिय सामग्री को सोडा ऐश से उपचारित किया जाता है।
  • गलाने (विस्फोट या प्रतिध्वनि) भट्टी। स्क्रैप की संरचना और इच्छित अंतिम उत्पाद, अंजीर के आधार पर, नरम या कठोर सीसा बुलियन में लेड यौगिकों को कम करने के लिए डिसल्फेटेड पेस्ट को एक ब्लास्ट या रिवरबेरेटरी भट्टी में पिघलाया जाता है। 7.
Fig 7. Reverberatory furnace used for lead acid battery active material recycling
चित्र 7. लीड एसिड बैटरी सक्रिय सामग्री रीसाइक्लिंग के लिए उपयोग की जाने वाली रिवरबेरेटरी फर्नेस
Fig 8. Schematic comparing two dissolution routes to lead acid battery active material recycling
आंकड़ा 8। एसिड बैटरी सक्रिय सामग्री रीसाइक्लिंग का नेतृत्व करने के लिए दो विघटन मार्गों की योजनाबद्ध तुलना

बैटरी अपशिष्ट रीसाइक्लिंग

  • सीसा बुलियन को परिष्कृत करना। नरम (शुद्ध) सीसा या कठोर (मिश्र धातु) लेड का उत्पादन करने के लिए सबसे आम तरीका कैल्सीनिंग है।
    यह आरेख कुछ दिलचस्प बिंदुओं को सामने लाता है। उत्पादों के रूप में पुनर्नवीनीकरण घटकों के साथ-साथ विभिन्न प्रक्रिया चरणों में उत्सर्जन की समस्या भी होती है।

ये आम तौर पर वायुमंडलीय और गैसों (सीओएक्स, एसओएक्स, एनओएक्स), सीसा-असर वाली धूल और सल्फर और सीसा जैसे दूषित पदार्थों से युक्त बहिःस्राव उत्सर्जन हैं। ये उत्सर्जन हर देश में राष्ट्रीय और स्थानीय मानकों द्वारा नियंत्रित होते हैं जहां सीसा पुनर्चक्रण का अभ्यास किया जाता है। आधुनिक स्तर बहुत छोटे हैं और विनियमित औपचारिक क्षेत्र में हवा, जमीन और पानी का प्रदूषण आम तौर पर अतीत की समस्या है। हालांकि, यह अनौपचारिक क्षेत्र के बारे में सच नहीं है, जो डब्ल्यूएचओ के अनुसार, महत्वपूर्ण भूमि संदूषण के लिए जिम्मेदार रहा है, और कुछ शहरों और गांवों में रक्त के स्तर में वृद्धि हुई है।

पाइरोमेटेलर्जिकल प्रक्रिया में एक और विकास अपशिष्ट स्लैग से धातु के दूषित पदार्थों की वसूली है जो इस अपशिष्ट अंश को भूमि या सड़क भरने की परियोजनाओं के लिए उपयुक्त बना सकता है।
इन विघटन प्रक्रियाओं के दो उदाहरण ऑरेलियस और साइट्रसायकल की पेटेंट प्रौद्योगिकियां हैं। इन दोनों कंपनियों के पास एक प्रक्रिया है जो आगे के उपचार के लिए विभिन्न प्रकार के लीड यौगिकों को पुनर्प्राप्त करने से पहले लेड पेस्ट को भंग करने के लिए साइट्रिक एसिड को विलायक के रूप में उपयोग करती है।

प्रवाह आरेख Fig8 जो इन दोनों प्रक्रियाओं की तुलना करता है। आरेख से, यह देखा जा सकता है कि बैटरी स्क्रैप अभी भी टूटा हुआ है और पारंपरिक विधि की तरह अलग है, लेकिन गलाने और desulfurization प्रक्रिया गायब है। एक बिक्री योग्य उत्पाद है, सूखा सीसा साइट्रेट जिसे नियंत्रित और विनियमित परिस्थितियों में आगे की प्रक्रिया के लिए औपचारिक क्षेत्र में बेचा जा सकता है। यह प्रस्तावित किया गया है कि इस प्रकार की प्रक्रिया को वर्तमान अनौपचारिक पुनर्चक्रण क्षेत्र द्वारा स्थानीय प्राधिकरण नियंत्रण के तहत मॉड्यूलर रूप में अपनाया जा सकता है। इसका न केवल सीसा संदूषण और रक्त विषाक्तता को रोकने का दोहरा लाभ होगा, बल्कि अनौपचारिक पुनर्चक्रणकर्ताओं को औपचारिक पुनर्चक्रण क्षेत्र के नियंत्रण में लाना होगा।

लीड एसिड बैटरी ग्रह पर सबसे अधिक पुनर्नवीनीकरण वस्तु हैं! - चित्र 9

Fig 9. Status of global material recycling rates
Fig 9. Status of global material recycling rates

लेड एसिड बैटरी रीसाइक्लिंग क्षेत्र वास्तव में एक परिपत्र अर्थव्यवस्था के लिए एक मॉडल है और इसे पहले चरण के ब्लूप्रिंट के रूप में लिया जा सकता है जिससे विभिन्न पुनरावृत्तियों को प्राप्त किया जा सकता है जो विभिन्न बैटरी केमिस्ट्री के लिए उपयुक्त हैं। हालांकि, मौजूदा पाइरोमेटालर्जिकल बैटरी रीसाइक्लिंग विधियों से सीसा की विषाक्तता और उत्सर्जन और अपशिष्ट उत्पादों के नियंत्रण के आसपास केंद्रित चुनौतियां हैं। अनौपचारिक क्षेत्र का प्रबंधन करना, जो स्क्रैप बैटरियों का संग्रहण, भंडारण और प्रसंस्करण करते समय राष्ट्रीय और स्थानीय सरकारों द्वारा निर्धारित कानूनी आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है, में सुधार की आवश्यकता है। हालांकि, प्रदूषण और सुरक्षा मुद्दों को संबोधित करने के लिए डिज़ाइन की गई नई सस्ती और अधिक पर्यावरण के अनुकूल प्रक्रियाएं, व्यावसायिक उपलब्धता के करीब हैं।

इन विधियों के साथ, जो सुरक्षित और कम प्रदूषणकारी हैं, बैटरी स्क्रैप से चार-नौ सॉफ्ट लेड का उत्पादन करने का लक्ष्य प्राप्त किया जा सकता है। वैश्विक अर्थशास्त्र और राजनीति बैटरी निर्माण में प्रयुक्त सामग्री और सीसा की आपूर्ति को प्रभावित करते हैं। सभी आंतरिक रूप से उत्पन्न बैटरी स्क्रैप की पूर्ण बैटरी रीसाइक्लिंग, कम CO2 उत्पन्न करने वाली विधियों का उपयोग करके, स्लैग को हटा दें और प्रदूषण को कम करें, आगे का रास्ता है। हालांकि लीड एसिड बैटरी रीसाइक्लिंग की वर्तमान स्थिति वर्तमान उदाहरण हो सकती है, उद्योग अभी भी अपनी सभी प्रक्रियाओं को स्वच्छ, सुरक्षित और अधिक पर्यावरण के अनुकूल बनाने के लिए सुधार करने का प्रयास करता है।

नई प्रौद्योगिकियां जो इस लक्ष्य को प्राप्त करने की आशा करती हैं, एक महत्वपूर्ण कदम हो सकती हैं, और माइक्रोटेक्स हमेशा की तरह, अपने ग्राहकों और नवीनतम बैटरी प्रौद्योगिकी विकास के भागीदारों को सटीक रूप से सूचित करने में सबसे आगे होगा जो सीधे हम सभी को प्रभावित करता है।

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