Bilim İnsanları Meyve Kabuklarını Kullanarak Eski Lityum İyon Pillerinden Yenilerini Üretti
Fotoğraf : Nanyang Teknoloji Üniversitesi (NTU Singapur) liderliğindeki bilim insanları, meyve kabuğu artıkları ile bitmiş lityum iyon pillerinden değerli metalleri ayrıştırıp tekrar kullanarak yeni piller üretecek yeni bir yöntem geliştirdiler.
Ekip, portakal kabuğu kullanılarak pil atığından değerli metallerin verimli bir şekilde geri kazanıldığı yöntemlerini sergiledi. Daha sonra bu geri kazanılan metallerden en az düzeyde atık oluşturarak işlevsel piller yaptılar.
Bilim insanları, atıktan kaynağa yaklaşımlarının hem gıda atığını hem de elektronik atıkları ele aldığını ve kaynakların mümkün olduğu kadar uzun süre kullanımda tutulduğu sıfır atıkla döngüsel bir ekonominin gelişimini desteklediğini söylüyorlar. Her yıl tahmini küresel çapta 1,3 milyar ton gıda atığı ve 50 milyon ton e-atık üretiliyor.
Kullanılmış piller değerli metalleri eritmek amacıyla yüksek sıcaklıkta (500C’nin üzerinde) ısıtılarak toksik gazlar yayan geleneksel işleme maruz bırakılıyor. Alternatif bir yaklaşım olarak kuvvetli veya zayıf asit çözeltileri ile hidrojen peroksit kullanılarak metalleri ekstrakte etme yöntemleri araştırılsa da, bu yöntemler ya sağlık ve güvenlik riskleri oluşturan ikincil kirleticiler üretiyor ya da tehlikeli ve kararsız hidrojen peroksit kullanımına dayanıyor.
NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy (NTU SCARCE) laboratuvarının eş yöneticisi Profesör Madhavi Srinivasan “E-atığın mevcut endüstriyel geri dönüşüm süreçleri yoğun enerji gerektiriyor ve zararlı kirleticiler ve sıvı atıklar oluşturuyor. Bu durum e-atık miktarının artmasıyla çevre dostu yöntemlere acil bir ihtiyaca işaret ediyor. Ekibimiz doğada çözünebilir maddelerle bunun mümkün olduğunu göstermiştir”.
“Bu bulgular, NTU’nun Enerji Araştırma Enstitüsü (ERI @ N) bünyesindeki SCARCE’deki mevcut çalışmalarımıza dayanmaktadır. SCARCE laboratuvarı e-atıkların dönüştürülmesinde daha çevreci yollar bulmak için kurulmuştur. Ayrıca, sürdürülebilir bir gelecek için teknolojik olarak gelişmiş çözümler geliştirmeyi amaçlayan NTU Akıllı Kampüs girişiminin bir parçasıdır” diyor.
NTU Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu ve Biyolojik Bilimler Fakültesi’nden Yardımcı Doçent Dalton Tay, “Kaynak sıkıntısı çeken bir ülke olan Singapur’da kentsel madenciliğin bir yöntemi olan her türlü atık elektroniklerden değerli metallerin elde edilmesi oldukça önemli hale geliyor. Bu yöntemle, bu değerli metalleri olabildiğince kullanımda tutarak yalnızca kaynak tükenmesi sorununu değil, aynı zamanda e-atık ve gıda atığı birikimi sorununu da ele alıyoruz ki her ikisi de büyüyen küresel bir kriz. “diyor.
Bulgular, Temmuz ayında Environmental Science & Technology bilimsel dergisinde yayınlandı.
Düşük Maliyet, Sürdürülebilir Yaklaşım
Zararlı kirleticiler üreten pil atığının geri dönüştürülmesine yönelik endüstriyel yaklaşımlar ile ekstraksiyon çözücüsü olarak suyun kullanıldığı hidrometalurji olası bir alternatif olarak giderek daha fazla araştırılıyor.
Bu işlem, siyah kütle adı verilen ezilmiş bir malzeme oluşturmak için ilk önce kullanılmış pillerin parçalanmasını ve ezilmesini içeriyor. Daha sonra araştırmacılar değerli metalleri, metaller çökmeden, güçlü ya da zayıf asitler ile hidrojen peroksit gibi diğer kimyasalların bir karışımı içinde ısıtarak çözüyor ve siyah kütleden ayırıyorlar.
Yrd. Prof Tay, geleneksel yöntemlerden nispeten daha çevre dostu olmakla birlikte, endüstriyel ölçekte bu kadar güçlü kimyasalların kullanılmasının önemli miktarda ikincil kirletici oluşturabileceğini ve önemli güvenlik ve ciddi sağlık riskleri oluşturabileceğini söylüyor.
NTU ekibi, fırında kurutulan ve toz haline getirilen portakal kabuğu ile turunçgillerde bulunan zayıf bir organik asit olan sitrik asit kombinasyonunun aynı amaca ulaşabileceğini buldu.
Ekip laboratuvar deneylerinde bitmiş lityum iyon pillerden yaklaşık olarak yüzde 90 oranında kobalt, lityum, nikel ve manganı başarılı bir şekilde elde ettiklerini açıkladı. Bu yaklaşım hidrojen peroksit kullanan yöntemlerle karşılaştırılabilir bir etkinlikte.
Yrd. Prof Tay “Çözüm, portakal kabuğunda bulunan ve ekstraksiyon işlemi sırasında ısı altında şekere dönüştürülen selülozda yatıyor.” olarak açıklıyor. “Bu şekerler metallerin pil atıklardan geri kazanımını arttırıyor. Portakal kabuğunda bulunan flavonoidler ve fenolik asitler gibi doğal antioksidanlar da bu artışa katkıda bulunmuş olabilir. Daha da önemlisi, bu işlemler sırasında üretilen katı kalıntıların toksik olmadığının anlaşılması, bu yöntemin çevreye duyarlı olduğunu da düşündürüyor.” diye ekliyor.
Ekip geri kazanılan malzemelerden, ticari olanlara benzer bir şarj kapasitesi gösteren yeni lityum iyon piller oluşturdular. Geri kazanılan malzemelerden yapılan bu yeni pillerin şarj-deşarj döngü performansını optimize etmek için çalışmalar devam ediyor.
Araştırmacılar, bu yeni teknolojinin endüstriyel anlamda kullanılmış lityum iyon pilleri geri dönüştürmek için pratik olarak uygun olduğunu öne sürüyorlar.
Ekip şimdi, işlenmiş pil atığından üretilen pillerinin performansını daha da iyileştirmek istiyor. Ayrıca, üretimi büyütmek için koşulları optimize ediyorlar ve işlem esnasında asit kullanımını ortadan kaldırma olasılığını araştırıyorlar.
Aynı zamanda NTU Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu ve ERI @ N’de Profesör olan Madhavi şunları söylüyor: “Bu atıktan kaynağa yaklaşım, lityum demir fosfat ve lityum nikel manganez kobalt oksit gibi lityum iyon pil türlerinin yanı sıra diğer selüloz açısından zengin meyve, sebze atıkları için de genişletilebilir. Bu, e-atıkların yeni döngüsel ekonomisine doğru büyük adımlar atmamızı sağlayacak ve hayatımızı daha yeşil ve daha sürdürülebilir şekilde güçlendirecektir.”
Kaynak : scitechdaily.com
