تصميم بطاريات قابلة لإعادة التدوير لتفادي أزمة النفايات الإلكترونية

تصميم بطاريات قابلة لإعادة التدوير لتفادي أزمة النفايات الإلكترونية
تصميم بطاريات قابلة لإعادة التدوير لتفادي أزمة النفايات الإلكترونية

تصميم بطاريات قابلة لإعادة التدوير لتفادي أزمة النفايات الإلكترونية

تكنولوجيا البطاريات

مع تزايد القلق بشأن تأثيرات تغير المناخ ، يدعو العديد من الخبراء إلى زيادة استخدام الكهرباء كبديل للوقود الأحفوري. مدعومًا بالتطورات في تكنولوجيا البطاريات، يتزايد عدد السيارات الهجينة والكهربائية الموصولة بالكهرباء على طرق الولايات المتحدة. وتقوم المرافق بتوليد حصة متزايدة من طاقتها من الوقود المتجدد ، بدعم من أنظمة تخزين البطاريات واسعة النطاق.

هذه الاتجاهات ، إلى جانب الحجم المتزايد من الهواتف التي تعمل بالبطاريات والساعات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة القابلة للارتداء وغيرها من التقنيات الاستهلاكية. تجعلنا نتسائل: ماذا سيحدث لجميع هذه البطاريات بمجرد أن تبلى؟

على الرغم من الحماس الشديد للبطاريات الأرخص والأكثر قوة والأكثر كثافة للطاقة، لم يول المصنعون اهتمامًا نسبيًا لجعل هذه الأجهزة الأساسية أكثر استدامة. في الولايات المتحدة، يتم إعادة تدوير حوالي 5٪ فقط من بطاريات أيونات الليثيوم – وهي التقنية المفضلة للسيارات الكهربائية والعديد من المنتجات عالية التقنية في الواقع. مع استمرار نمو مبيعات السيارات الكهربائية والأدوات التقنية. ليس من الواضح من الذي يجب أن يتعامل مع النفايات الخطرة للبطاريات أو كيفية القيام بذلك.

كمهندسين يعملون على تصميم مواد متقدمة، بما في ذلك البطاريات ، نعتقد أنه من المهم التفكير في هذه القضايا الآن. يمكن أن يؤدي إنشاء مسارات لمصنعي البطاريات لبناء عمليات تصنيع مستدامة من الإنتاج إلى إعادة التدوير والتي تلبي المعايير الاستهلاكية والبيئية إلى تقليل احتمالية حدوث أزمة نفايات البطاريات في العقد القادم.

محتويات خطرة

تشكل البطاريات تحديات إعادة التدوير والتخلص أكثر تعقيدًا من المعادن والبلاستيك والمنتجات الورقية لأنها تحتوي على العديد من المكونات الكيميائية السامة ويصعب فصلها.

تحتوي بعض أنواع البطاريات المستخدمة على نطاق واسع – لا سيما بطاريات الرصاص الحمضية في السيارات التي تعمل بالبنزين – على مواد كيميائية وتصميمات بسيطة نسبيًا تجعلها سهلة لإعادة التدوير. يمكن التخلص من البطاريات القلوية أو المائية الشائعة غير القابلة لإعادة الشحن والتي تعمل على تشغيل الأجهزة مثل المصابيح الكهربائية وأجهزة إنذار الدخان مباشرة في مدافن النفايات.

ومع ذلك ، فإن بطاريات الليثيوم أيون اليوم متطورة للغاية وليست مصممة لإعادة التدوير. تحتوي على مواد كيميائية خطرة ، مثل أملاح الليثيوم السامة والمعادن الانتقالية ، التي يمكن أن تلحق الضرر بالبيئة وتتسرب إلى مصادر المياه. تحتوي بطاريات الليثيوم المستعملة أيضًا على طاقة كهروكيميائية مضمنة. كمية صغيرة من الشحنة متبقية بعد أن لم تعد قادرة على تشغيل الأجهزة. والتي يمكن أن تسبب حرائق أو انفجارات ، أو تضر الأشخاص الذين يتعاملون معها.

تقنيات إعادة التدوير

علاوة على ذلك ، فإن الشركات المصنعة لديها حوافز اقتصادية قليلة لتعديل البروتوكولات الحالية لتضمين تصميمات صديقة لإعادة التدوير. اليوم ، تكلف إعادة تدوير بطارية ليثيوم أيون أكثر مما تستحقه المواد القابلة للاسترداد بداخلها.

ونتيجة لذلك ، تقع مسؤولية التعامل مع نفايات البطاريات في كثير من الأحيان على عاتق جهات إعادة التدوير التابعة لجهات خارجية . وهي الشركات التي تجني الأموال من جمع المواد القابلة لإعادة التدوير ومعالجتها. غالبًا ما يكون تخزين البطاريات أرخص من معالجتها وإعادة تدويرها.

أصبحت تقنيات إعادة التدوير التي يمكنها تحطيم البطاريات. مثل استخلاص المعادن بالحرارة ، أو الحرق ، واستخراج المعادن بالماء ، أو ترشيح الأحماض ، أكثر كفاءة واقتصادية. لكن الافتقار إلى البنية التحتية المناسبة لإعادة تدوير البطاريات يخلق حواجز على طول سلسلة التوريد بأكملها.

على سبيل المثال ، عادةً ما يتم نقل البطاريات المستعملة لمسافات طويلة إلى مراكز إعادة التدوير بواسطة الشاحنات. يجب تعبئة بطاريات الليثيوم وشحنها وفقًا للوائح المواد الخطرة من الفئة 9 التابعة لوزارة النقل الأمريكية. باستخدام نموذج تم تطويره بواسطة مختبر أرجون الوطني ، نقدر أن هذا المطلب يزيد من تكاليف النقل إلى أكثر من 50 ضعف تكلفة البضائع العادية.

أكثر أمانًا وبساطة

في حين أنه سيكون من الصعب تحويل قابلية إعادة التدوير إلى التصنيع الحالي لبطاريات الليثيوم أيون التقليدية ، فمن الأهمية بمكان تطوير ممارسات مستدامة لبطاريات الحالة الصلبة. وهي تقنية من الجيل التالي من المتوقع أن تدخل السوق خلال هذا العقد.

تحل بطارية الحالة الصلبة محل الإلكتروليت السائل العضوي القابل للاشتعال في بطاريات أيونات الليثيوم بمحلول إلكتروليت صلب غير عضوي غير قابل للاشتعال. هذا يسمح للبطارية بالعمل في نطاق درجة حرارة أوسع بكثير ويقلل بشكل كبير من مخاطر الحرائق أو الانفجارات. يعمل فريق مهندسي النانو لدينا على دمج سهولة إعادة التدوير في تطوير بطاريات الحالة الصلبة من الجيل التالي قبل دخول هذه البطاريات إلى السوق.

من الناحية المفاهيمية ، يجب أن تكون البطاريات الصديقة لإعادة التدوير آمنة في التعامل معها ونقلها ، وسهلة الفك ، وفعالة من حيث التكلفة للتصنيع ، وأقل ضررًا بالبيئة. بعد تحليل الخيارات ، اخترنا مجموعة من المواد الكيميائية المحددة في الجيل التالي من بطاريات الحالة الصلبة بالكامل التي تلبي هذه المتطلبات.

تقلل إستراتيجية التصميم الخاصة بنا من عدد الخطوات المطلوبة لتفكيك البطارية ، وتجنب استخدام الاحتراق أو المواد الكيميائية الضارة مثل الأحماض أو المذيبات العضوية السامة. بدلاً من ذلك ، تستخدم فقط مواد آمنة ومنخفضة التكلفة مثل تقنيات إعادة التدوير المعتمدة على الكحول والمياه. هذا النهج قابل للتطوير وصديق للبيئة. إنه يبسط بشكل كبير عمليات إعادة تدوير البطاريات التقليدية ويجعلها آمنة لتفكيك المواد والتعامل معها.

مقارنةً بإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون ، تعد إعادة تدوير بطاريات الحالة الصلبة أكثر أمانًا في جوهرها لأنها مصنوعة بالكامل من مكونات غير قابلة للاشتعال. علاوة على ذلك ، في تصميمنا المقترح ، يمكن إعادة تدوير البطارية بالكامل مباشرةً دون فصلها إلى مكونات فردية. هذه الميزة تقلل بشكل كبير من تعقيد وتكلفة إعادة تدويرها.

تصميمنا هو تقنية إثبات صحة تم تطويرها على نطاق المختبر. يعود الأمر في النهاية إلى الشركات الخاصة والمؤسسات العامة ، مثل المختبرات الوطنية أو مرافق النفايات التي تديرها الدولة ، لتطبيق مبادئ إعادة التدوير هذه على نطاق صناعي.

قواعد إعادة تدوير البطاريات

يعد تطوير بطارية سهلة إعادة التدوير خطوة واحدة فقط. تنبع العديد من التحديات المرتبطة بإعادة تدوير البطاريات من الخدمات اللوجستية المعقدة للتعامل معها. إن إنشاء مرافق ولوائح وممارسات لجمع البطاريات لا يقل أهمية عن تطوير تقنيات إعادة تدوير أفضل. تعمل الصين وكوريا الجنوبية والاتحاد الأوروبي بالفعل على تطوير أنظمة وتفويضات لإعادة تدوير البطاريات.

تتمثل إحدى الخطوات المفيدة في أن تطلب الحكومات أن تحمل البطاريات علامات عالمية ، على غرار الملصقات القياسية المعترف بها دوليًا والمستخدمة لإعادة تدوير البلاستيك والمعادن. يمكن أن تساعد هذه في تثقيف المستهلكين وجامعي النفايات حول كيفية التعامل مع أنواع مختلفة من البطاريات المستعملة.

يمكن أن تتخذ العلامات شكل علامة إلكترونية مطبوعة على ملصقات البطارية مع معلومات مضمنة ، مثل نوع الكيمياء والعمر والشركة المصنعة. إن إتاحة هذه البيانات بسهولة من شأنه أن يسهل الفرز الآلي لكميات كبيرة من البطاريات في مرافق النفايات.

من الضروري أيضًا تحسين الإنفاذ الدولي لسياسات إعادة التدوير. لا يتم إنتاج معظم نفايات البطاريات في مكان إنتاج البطاريات في الأصل ، مما يجعل من الصعب تحميل الشركات المصنعة المسؤولية عن التعامل معها.

يتطلب مثل هذا التعهد من المصنعين والوكالات التنظيمية العمل معًا على تصميمات أحدث صديقة لإعادة التدوير وبنية تحتية أفضل للتجميع. من خلال مواجهة هذه التحديات الآن ، نعتقد أنه من الممكن تجنب أو تقليل الآثار الضارة لنفايات البطاريات في المستقبل.

يمكن قراءة المزيد من الابتكارات والاختراعات المختلفة من خلال الضغط هنا

للاطلاع على المزيد من المواضيع وأبرز المقالات عبر موقع سجلات الأردن اضغط هنا

زر الذهاب إلى الأعلى
Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Ads Blocker Detected!!!

يبدو أنك تستخدم أداة لحظر الإعلانات. نحن نعتمد على الإعلانات كمصدر تمويل لموقعنا الإلكتروني.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO

أنت تستخدم أداة مانع الإعلانات

نحن نحاول تقديم المحتوى الأفضل لك ، وحجب الإعلانات من قبلك لا يساعدنا على الإستمرار ، شكراً لتفهمك ، وعذراً على الإزعاج