Kitar Semula Bateri asid plumbum
Paradigma untuk kitar semula bateri dalam ekonomi bulat
Kitar semula bateri, terutamanya bateri asid plumbum adalah model untuk industri penyimpanan tenaga. Kita semua sedar tentang konsep dan faedah ekonomi pekeliling. Bahagian yang paling kritikal ialah mempunyai bukan sahaja proses kitar semula untuk barangan terpakai tetapi juga infrastruktur yang mantap dan selamat untuk pengumpulan dan pengangkutan bahan sekerap. Dengan penggunaan bateri yang semakin berkembang untuk banyak aplikasi komersil dan perindustrian, terutamanya kenderaan elektrik dan Sistem Penyimpanan Tenaga, terdapat peningkatan kebimbangan terhadap sumber bahan mentah bateri dan kebolehkitar semula bateri tersebut. Agak jelas bahawa kebolehkitar semula mereka dan ketersediaan bahan mentah untuk pembuatannya adalah berkait rapat.
Bateri asid plumbum adalah komoditi yang paling dikitar semula di planet ini!
Terdapat beberapa teknologi storan elektrokimia yang mewakili majoriti pengeluar dan pengguna bateri di dunia hari ini.
Rajah 1. Perkadaran bahan kimia bateri yang berbeza dijual di seluruh dunia sebagai fungsi MWh
Rajah. 1 menunjukkan anggaran pembahagian oleh jualan MWh global bagi pelbagai jenis bateri yang dihasilkan setiap tahun. Jelas asid plumbum dan bateri litium-ion adalah dua teknologi yang menguasai pasaran bateri semasa. Sama jelasnya, adalah kadar pertumbuhan bateri li-ion yang sangat pesat, dan terdapat kebimbangan mengenai kadar pertumbuhan ini. Salah satunya ialah kekurangan proses kitar semula komersil untuk bateri litium yang boleh mengakibatkan masalah pelupusan akhir hayat.
Yang lain ialah mungkin terdapat bahan yang tidak mencukupi untuk mengeluarkan bateri untuk permintaan yang semakin meningkat. Kedua-duanya berkait rapat dan dalam blog ini, kita akan melihat bagaimana kimia asid plumbum boleh menjadi model untuk kitar semula bateri semua jenis sistem penyimpanan elektrokimia.
Salah satu kebaikan yang membezakan kimia asid plumbum, adalah umurnya. Oleh sebab itu, kami telah membangunkan kaedah kitar semula dan menggunakan semula semua bahan binaan, sehingga kami boleh menuntut hampir 100% kadar pemulihan bateri lengkap.
Bagaimanakah kitar semula bateri berfungsi?
Statistik yang mengagumkan ini bukan sekadar fungsi kaedah mekanikal dan kimia yang digunakan untuk memecahkan, mengelas dan menapis bahan, ia juga mengenai mempunyai rangkaian pengumpulan dan pengedaran. Proses peleburan dan penapisan plumbum telah diketahui oleh manusia selama beberapa ribu tahun. Walau bagaimanapun, sifat plumbum, yang menyokong kitar semula bateri, iaitu takat lebur rendah dan kekurangan kereaktifan, adalah sifat-sifat yang mengurangkan aktiviti elektrokimianya dan oleh itu ketumpatan tenaganya. Kebolehkitar semula ini merupakan faktor utama dalam penerimaan plumbum sebagai bahan binaan untuk bateri; ini walaupun diketahui ketoksikannya. Ia adalah ketoksikan yang kini membimbangkan, baik untuk pengeluar bateri dan kitar semula bateri.
Atas sebab ini, kaedah alternatif kepada teknik pyrometallurgi tradisional yang mencemarkan sedang dibangunkan. Kaedah ini bergantung pada pembubaran bahan aktif bateri dalam pelarut, kemudian mengekstrak plumbum dalam pelbagai bentuk kimia. Kami akan membincangkan kebaikan dan keburukan kedua-dua pendekatan dalam blog seterusnya dan memberi pandangan tentang merit relatif mereka. Tetapi untuk contoh ini, kami menumpukan pada teknologi asid plumbum dan infrastruktur dan kaedah kitar semula yang sedang digunakan. Pada ketika ini, adalah berguna untuk membincangkan secara ringkas prinsip umum kitar semula untuk menghargai halangan yang perlu diatasi untuk mengitar semula semua jenis bateri secara berkesan dan komersial.
Takrifan umum kitar semula ialah:
- “Tindakan atau proses menukar bahan buangan kepada bahan yang boleh digunakan.”
- Takrifan ini boleh diperhalusi lagi dan dibahagikan kepada dua aliran: kitar semula gelung terbuka dan tertutup.
Kitar semula gelung terbuka & kitar semula gelung tertutup
Rajah. 2 memberikan prinsip umum kedua-dua jenis. Gelung tertutup bermaksud bahan yang dipulihkan digunakan semula dalam tujuan asalnya, seperti botol kaca sisa yang dikitar semula menjadi lebih banyak botol kaca. Kitar semula gelung terbuka ialah penggunaan semula bahan yang dipulihkan kepada penggunaan yang berbeza dan mungkin sekali sebelum akhirnya menjadi sisa yang tidak boleh digunakan. Contohnya ialah pembakaran sisa domestik untuk menyediakan pemanasan tempatan ke pusat beli-belah. Hasil sampingan, sebahagian besarnya gas seperti NOx, SOx dan CO2, akan dianggap sebagai bahan pencemar. Mana-mana hasil sampingan pepejal juga akan menjadi sisa yang tidak boleh digunakan, berakhir di tapak pelupusan.
Adakah kitar semula bateri menguntungkan?
Walaupun takrifan kitar semula yang diberikan di atas adalah baik untuk tujuan perbincangan, kita perlu menambah satu perkataan: “secara ekonomi” antara menukar dan sisa, untuk mempunyai proses yang berdaya maju dari segi kewangan. Ini sangat penting. Tanpa faktor utama ini, tiada perniagaan akan mengambil proses yang sukar dan mahal yang diperlukan untuk mengumpul dan mengangkut sisa, serta kos dan perbelanjaan untuk mengekstrak dan mendapatkan semula bahan yang diperlukan. Sebagai prinsip umum, terdapat sedikit keraguan bahawa secara teknikal adalah mungkin untuk memulihkan dan mengitar semula hampir apa sahaja daripada setiap komponen perkilangan di Bumi. Teknologi dan pengetahuan wujud. Masalahnya, berapa kosnya?
Dengan mengambil kira prinsip ini, kita boleh melihat secara khusus kepada kitar semula bateri . Rajah. 3, ialah gambar rajah skema, yang menggambarkan pekeliling, amalan kitar semula rasmi untuk bateri asid plumbum.
Apa yang berlaku apabila anda mengitar semula bateri?
Daripada ini, adalah jelas bahawa terdapat laluan yang mantap dan bermaklumat daripada pembuatan kepada pelupusan dan pemulihan bateri. Terdapat tempat pengumpulan di mana peruncit asal atau tempat kitar semula bateri persendirian dan awam telah menggunakan bateri yang dikembalikan oleh pengguna untuk tujuan khusus kitar semula bateri kepada bateri baharu. Satu perkara yang perlu diberi perhatian ialah pengangkutan bateri terpakai memerlukan pembendungan yang betul kerana sifatnya yang berbahaya. Prosedur dan amalan kerja ini merujuk kepada organisasi kitar semula bateri rasmi yang terdiri daripada syarikat pengumpulan dan penghantaran, organisasi runcit, peleburan plumbum dan penapisan (selalunya dipanggil kitar semula), yang disatukan oleh gam perundangan dan peraturan untuk pengumpulan, penyimpanan dan pengangkutan bahan berbahaya.
Bagaimanakah kitar semula bateri berfungsi?
Walau bagaimanapun, seperti yang diakui secara meluas terdapat juga sektor tidak formal yang melakukan kitar semula bateri di luar kekangan undang-undang yang mahal di laluan rasmi.
Walaupun keadaan ini diketahui wujud di negara-negara seperti Afrika, India dan Amerika Selatan, adalah dipercayai bahawa lebih banyak negara maju industri yang dicirikan oleh Eropah tidak akan menggunakan unsur tidak formal dalam proses gelung tertutup ini. Jika ya, kita sepatutnya mempunyai hampir 100% kecekapan kitar semula bateri dalam negara Eropah.
Mengapa penting untuk mengitar semula bateri?
Malangnya, ini tidak berlaku, dan Rajah. 4 menunjukkan status kitar semula bateri untuk majoriti Eropah. Di sini kita dapat melihat bahawa hanya 8 daripada 30 negara mencapai kecekapan kitar semula bateri yang lebih baik daripada 90% pada tahun 2018, dengan hanya 4 negara yang mencapai atau hampir mencapai kadar pemulihan dan kitar semula bateri 100%. Walau bagaimanapun, terdapat banyak faktor di sebalik statistik ini, termasuk kriteria pelaporan dan sasaran bergerak untuk memadankan tahap jualan tahunan semasa, dengan hayat bateri dan jumlah sisa yang tersedia daripada jualan tahun-tahun sebelumnya. Pergerakan dan pengedaran bateri sekerap di Eropah kadangkala, walaupun undang-undang, masih berlaku melalui cara tidak rasmi dan maaf untuk mengatakan yang menyalahi undang-undang.
Mengapa kita mengitar semula bateri?
Ini benar terutamanya apabila permintaan tinggi dan penawaran pendek.
Ini membawa kepada perkara seterusnya, iaitu kekeliruan mengenai statistik yang sering disebut, bahawa bateri asid plumbum hampir 100% dikitar semula. Ini benar apabila kita bercakap tentang jumlah pemulihan bahan bateri daripada proses, bukan jumlah bateri yang dikitar semula. Ini bermakna bahawa hampir semua plastik, plumbum dan asid dalam bateri berakhir sebagai bahan mentah untuk lebih banyak bateri. Dalam sesetengah kes, ia boleh termasuk bahan suapan untuk bahan lain, seperti asid sulfurik yang digunakan untuk membuat baja.
Walau apa pun, secara teknikal tidak mungkin untuk memulihkan 100% daripada apa-apa, kerana beberapa kerugian pasti akan berlaku, walaupun kerugian kecil kurang daripada 1%. Pengalihan asid sulfurik kepada kegunaan lain seperti yang dinyatakan juga bermakna prosedur pemulihan tidak sepenuhnya memenuhi model pekeliling yang digambarkan dengan gembira dalam laman web organisasi utama dan syarikat kitar semula bateri. Kita juga perlu menambah kepada ini pelepasan toksik dan sisa (slag) yang tidak dapat dielakkan yang boleh dijana oleh kaedah pyrometallurgical kitar semula bateri asid plumbum.
Untuk memahami kadar kitar semula bateri, sebarang kerugian dalam proses dan sebarang sisa yang dijana, kita perlu meneliti kedua-dua bahan dalam bateri asid plumbum dan juga kimia dan prinsip kejuruteraan proses pemulihan. Rajah. 5 ialah gambarajah skematik proses pemulihan yang digunakan dalam kitar semula bateri asid plumbum.
Apakah loji kitar semula bateri?
Proses kitar semula bateri
Dalam kes ini, ia adalah kaedah pyrometallurgical semasa, yang setakat ini merupakan satu-satunya proses yang tersedia secara komersial. Rajah menunjukkan 4 peringkat asas selepas pengumpulan dan penghantaran ke tapak kitar semula bateri. Ini adalah:
- Pecah dan pengasingan bateri. Sekerap bateri dimasukkan ke dalam kilang tukul untuk dipecahkan, kemudian diasingkan kepada pes galas plumbum asas, butiran grid logam, bit plastik dan komponen asid, Rajah. 6.
- Desulfurisasi. Pes atau bahan aktif plumbum dirawat dengan abu soda untuk mengeluarkan sulfur.
- Relau peleburan (letupan atau bergema). Pes nyahsulfat kemudiannya dileburkan dalam relau letupan atau reverberatory untuk mengurangkan sebatian plumbum kepada bulion plumbum lembut atau keras, bergantung kepada komposisi sekerap dan produk akhir yang dimaksudkan, Rajah. 7.
Kitar semula sisa bateri
- Menapis jongkong plumbum. Kaedah yang paling biasa ialah pengkalsinan untuk menghasilkan plumbum lembut (tulen) atau plumbum keras (aloi).
Gambar rajah ini memaparkan beberapa perkara yang menarik. Bersama dengan komponen kitar semula sebagai produk, terdapat juga masalah pelepasan pada pelbagai peringkat proses.
Ini secara amnya adalah pelepasan gas atmosfera dan efluen (COx, SOx, NOx), habuk pembawa plumbum dan air efluen yang mengandungi bahan cemar seperti sulfur dan plumbum. Pelepasan ini dikawal oleh piawaian kebangsaan dan tempatan di setiap negara di mana kitar semula plumbum diamalkan. Tahap moden adalah sangat kecil dan pencemaran udara, tanah dan air secara amnya merupakan masalah masa lalu dalam sektor formal terkawal. Walau bagaimanapun, ini tidak benar bagi sektor tidak formal yang, menurut WHO, telah, dan masih, bertanggungjawab untuk pencemaran tanah yang ketara dan meningkatkan paras plumbum darah di beberapa bandar dan kampung.
Satu lagi perkembangan dalam proses pyrometallurgical ialah pemulihan bahan cemar logam daripada sisa sanga yang boleh menjadikan pecahan sisa ini sesuai untuk projek tanah atau pengisian jalan.
Dua contoh proses pembubaran ini ialah teknologi Aurelius dan Citrecycle yang dipatenkan. Kedua-dua syarikat ini mempunyai proses yang menggunakan asid sitrik sebagai pelarut untuk melarutkan pes plumbum sebelum mendapatkan semula pelbagai sebatian plumbum untuk rawatan lanjut.
Rajah alir Rajah8 yang membandingkan kedua-dua proses ini. Dari gambar rajah, dapat dilihat bahawa sisa bateri masih pecah dan diasingkan seperti kaedah konvensional, tetapi proses peleburan dan penyahsulfuran tidak ada. Terdapat produk yang boleh dijual, sitrat plumbum kering yang boleh dijual kepada sektor formal untuk diproses selanjutnya di bawah keadaan terkawal dan terkawal. Telah dicadangkan bahawa proses jenis ini boleh diterima pakai dalam bentuk modular, di bawah kawalan pihak berkuasa tempatan, oleh sektor kitar semula tidak formal semasa. Ia akan mempunyai dua faedah bukan sahaja mencegah pencemaran plumbum dan keracunan darah tetapi juga menarik kitar semula tidak formal ke dalam kawalan sektor kitar semula formal.
Bateri asid plumbum adalah komoditi yang paling dikitar semula di planet ini! - Rajah.9
Sektor kitar semula bateri asid plumbum sememangnya model untuk ekonomi bulat dan boleh diambil sebagai pelan tindakan peringkat pertama yang daripadanya pelbagai lelaran boleh diperoleh yang sesuai untuk kimia bateri yang berbeza. Walau bagaimanapun, terdapat cabaran yang tertumpu pada ketoksikan plumbum dan kawalan pelepasan dan bahan buangan daripada kaedah kitar semula bateri pyrometallurgical semasa. Menguruskan sektor tidak formal yang tidak memenuhi keperluan undang-undang yang ditetapkan oleh kerajaan negara dan tempatan semasa mengumpul, menyimpan dan memproses bateri sekerap, perlu diperbaiki. Walau bagaimanapun, proses baharu yang lebih murah dan mesra alam, yang direka untuk menangani isu pencemaran dan keselamatan, semakin hampir tersedia secara komersial.
Dengan kaedah ini, yang lebih selamat dan kurang mencemarkan, matlamat untuk menghasilkan empat-sembilan plumbum lembut daripada sekerap bateri akan dapat dicapai. Ekonomi dan politik global menjejaskan bekalan bahan dan plumbum yang digunakan dalam pembuatan bateri. Kitar semula bateri lengkap semua sisa bateri yang dijana secara dalaman, menggunakan kaedah yang menghasilkan kurang CO2, menghilangkan sanga dan meminimumkan pencemaran, adalah cara ke hadapan. Walaupun situasi semasa kitar semula bateri asid plumbum mungkin contoh semasa, industri masih berusaha untuk menambah baik untuk menjadikan semua prosesnya lebih bersih, selamat dan lebih mesra alam.
Teknologi baharu yang berharap untuk mencapai matlamat ini boleh menjadi satu langkah ke hadapan yang penting, dan Microtex seperti biasa, akan berada di barisan hadapan dalam memaklumkan dengan tepat kepada pelanggan dan rakan kongsinya tentang perkembangan teknologi bateri terkini yang memberi kesan secara langsung kepada kita semua.
