جامعة تشالمرز السويدية تطرح طريقة أكثر أماناً لاستعادة المعادن من البطاريات المستهلكة

أخبار ar.wedoany.com، طرح باحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا (Chalmers University of Technology) في السويد طريقة جديدة لاستعادة المعادن من بطاريات الشحن المستهلكة، تحد من المخاطر التي تهدد صحة الإنسان والبيئة مع الحفاظ على نفس كفاءة الاستعادة. تستكشف هذه الدراسة استخدام بدائل مشتقة من الكتلة الحيوية المتجددة لتحل محل المواد الكيميائية ذات الأساس الأحفوري المستخدمة في عمليات استعادة المعادن.

يدفع النمو العالمي في استهلاك الطاقة والحاجة إلى أنظمة طاقة أكثر استدامة الطلب على أجهزة تخزين الطاقة مثل البطاريات. وفي الوقت نفسه، تتزايد الحاجة إلى استعادة وإعادة تدوير المعادن الموجودة في البطاريات، مثل النحاس والكوبالت والليثيوم والمنغنيز. هذه المواد ضرورية للتحول الأخضر، وقد أُدرج العديد منها في قانون المواد الخام الحيوية للاتحاد الأوروبي. على سبيل المثال، تورد الصين 100% من احتياجات الاتحاد الأوروبي من عناصر الأرض النادرة الثقيلة. ويعمل الاتحاد الأوروبي على تنويع وتأمين إمدادات المواد الخام الحيوية، ويؤدي إعادة التدوير دوراً محورياً في هذه العملية.

ولكي تكون عملية استعادة المعادن فعالة ومجدية اقتصادياً، يجب فصلها وتنقيتها قبل إعادة استخدامها. يتطلب إنتاج المنتجات عالية القيمة، مثل البطاريات، عادةً معادن عالية النقاء. ويوضح مارك فورمان (Mark Foreman)، الأستاذ المشارك في قسم الكيمياء والهندسة الكيميائية بجامعة تشالمرز، أنه إذا لم يتم فصل المواد وتنقيتها أثناء عملية الاستعادة، فإن جودتها ستتدهور تدريجياً، وقد تصبح في النهاية غير صالحة للتطبيقات المتقدمة، مما يفقد عملية الاستعادة جدواها.

يُعد الاستخلاص بالمذيبات (الاستخلاص السائل-السائل) طريقة واسعة الاستخدام لفصل وتنقية المعادن في مجالات مثل إعادة تدوير البطاريات والتعدين والصناعة النووية. حالياً، تُنتج المخففات المستخدمة في هذه العمليات عادةً من مواد خام أحفورية. ويوضح دانيال كيوان هوفمان (Daniel Keywan Hoffmann)، طالب الدكتوراه في جامعة تشالمرز والمؤلف الأول للدراسة، أن البحث يهدف إلى إثبات إمكانية استخدام الكتلة الحيوية المتجددة (مثل المنتجات الثانوية لقطاع الغابات) لإنتاج مخففات بديلة. وقد درسوا مركبين عطريين يمكن استخدامهما مباشرة في خطوط الإنتاج الصناعية الحالية.

أظهرت الدراسة أن أداء هذه المركبات العطرية في استخلاص العديد من المعادن الهامة مماثل لأداء البدائل التجارية التقليدية، ويمكن تطبيقها مباشرة في خطوط الإنتاج الصناعية القائمة. ويشير دانيال كيوان هوفمان (Daniel Keywan Hoffmann) إلى أن إعادة بناء المصانع أو الاستثمار في بنية تحتية جديدة بالكامل لتعزيز الاستدامة يكلف الصناعة الكثير. أما إذا أمكن الاستمرار في استخدام العمليات والمعدات الحالية مع استبدال المواد الكيميائية بأخرى أكثر أماناً، فإن حواجز التغيير وتكاليفه ستنخفض بشكل كبير.

تستخدم عمليات استعادة المعادن واسعة النطاق كميات كبيرة من المخففات التي غالباً ما يتعامل معها العاملون، لذا فإن اعتبارات السلامة بالغة الأهمية. وجد الباحثون أن المركبين العطريين المستخدمين في الدراسة يتمتعان بنقطة وميض أعلى وتطايرية أقل مقارنة بعدة بدائل تجارية، مما يقلل من مخاطر الحرائق في منشآت الاستعادة وفرص تعرض العاملين للمواد الضارة. بعض المواد الكيميائية التجارية المستخدمة حالياً تشكل عند تحللها مجموعة من السموم العصبية التي قد تؤثر سلباً على الدماغ والجهاز العصبي. أما المركبات العطرية الجديدة التي تم اختبارها في هذه الدراسة فلا تشكل هذه السموم العصبية عند تحللها. ويقول مارك فورمان (Mark Foreman): "إذا تمكنا من تحقيق نفس أداء العمليات الحالية مع تقليل المخاطر على الإنسان والبيئة، فهذه فائدة كبيرة للجميع."

يؤكد الباحثون على ضرورة تحسين عمليات التصنيع وزيادة توفر المواد الخام المتجددة لجعل هذه الطريقة مجدية من حيث التكلفة. ويأمل دانيال كيوان هوفمان (Daniel Keywan Hoffmann) أن يحفز عملهم الصناعة على التفكير بشكل مختلف، مشيراً إلى أن البدائل المستدامة لا تحتاج بالضرورة إلى البدء من الصفر، ففي كثير من الحالات، قد يكون استبدال بعض المواد الكيميائية كافياً.

نُشرت هذه الدراسة في دورية "RSC Sustainability" تحت عنوان "Safer aromatic process diluents for solvent extraction of critical metals from spent batteries".