Das Team demonstrierte das Konzept anhand von Orangenschalen. Damit hat er Edelmetalle aus Batterieabfällen effizient zurückgewonnen. Anschließend stellte er aus diesen wiedergewonnenen Metallen funktionsfähige Batterien her und erzeugte dabei nur minimalen Abfall.
Wissenschaftler sagen, dass dieser Abfall-zu-Ressourcen-Ansatz sowohl Lebensmittelabfälle als auch Elektronikabfälle betrifft, Batterien recycelt und die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft ohne Abfall unterstützt.
Eine Wirtschaft, in der die Ressourcen so lange wie möglich genutzt werden.
Schätzungen zufolge fallen weltweit jährlich 1,3 Milliarden Tonnen Lebensmittelabfälle und 50 Millionen Tonnen Elektronikschrott an.
Recyceln Sie Batterien, die herkömmliche Behandlung
Verbrauchte Batterien werden normalerweise mit extremer Hitze (über 500 ° C) behandelt, um Edelmetalle zu schmelzen, die gefährliche giftige Gase abgeben. Es werden alternative Ansätze untersucht, bei denen starke Säurelösungen oder schwächere Säurelösungen mit Wasserstoffperoxid zur Extraktion von Metallen verwendet werden. Diese Batterierecyclinglösungen produzieren jedoch immer noch sekundäre Schadstoffe, die ein Gesundheits- und Sicherheitsrisiko darstellen.
Professor Madhavi Srinivasan. Er ist Co-Direktor des NTU SCARCE-Labors (Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy).
Er sagte: „Aktuelle industrielle Recyclingprozesse für Elektroschrott sind energieintensiv und stoßen schädliche Schadstoffe und flüssige Abfälle aus. Dies weist auf einen dringenden Bedarf an umweltfreundlichen Methoden hin, da die Menge an Elektronikschrott zunimmt. Unser Team hat gezeigt, dass dies mit biologisch abbaubaren Substanzen möglich ist. Diese Ergebnisse basieren auf unserer Arbeit im SCARCE-Labor des NTU Energy Research Institute (ERI @N).
Das SCARCE-Labor wurde gegründet, um umweltfreundlichere Methoden für das Recycling von Batterien und anderen Elektronikschrott zu entwickeln. “
Professor Dalton Tay. der NTU School of Materials Science and Engineering und der School of Biological Sciences sagte: „In Singapur, einem Land mit knappen Ressourcen, wird dieser städtische Abbauprozess zur Gewinnung von Edelmetallen aus allen Arten von Abfallelektronik sehr wichtig. Mit dieser Methode begegnen wir nicht nur dem Problem der Ressourcenverknappung, indem wir diese Edelmetalle so weit wie möglich in Gebrauch halten, sondern auch dem Problem des Elektronikschrotts und der Anhäufung von Lebensmittelabfällen, die beide eine wachsende globale Krise darstellen. “
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Environmental Science & Technology veröffentlicht.
Ein nachhaltiger Low-Cost-Ansatz
Mit dem Recycling von Batterieabfällen, die schädliche Schadstoffe erzeugen, wird die Hydrometallurgie, bei der Wasser als Lösungsmittel für die Extraktion verwendet wird, zunehmend als mögliche Alternative untersucht.
Bei diesem Vorgang wird zunächst das zerkleinert und zerkleinert Batterie verwendet, um ein zerbrochenes Material zu bilden, das als schwarze Masse bezeichnet wird. Die Forscher extrahieren dann Edelmetalle aus der schwarzen Masse, indem sie sie in einer Mischung aus starken Säuren oder schwachen Säuren plus anderen Chemikalien wie Wasserstoffperoxid lösen, bevor sie die Metalle ausfällen.
Die Verwendung derart starker Chemikalien im industriellen Maßstab ist zwar umweltfreundlicher als herkömmliche Methoden, kann jedoch eine erhebliche Menge an Sekundärschadstoffen erzeugen und erhebliche Sicherheits- und Gesundheitsrisiken mit sich bringen.
Das NTU-Team stellte fest, dass die Kombination von ofengetrockneter Orangenschale zu Pulver und Zitronensäure, einer schwachen organischen Säure in Zitrusfrüchten, dasselbe Ziel erreichen kann.
Labortests
In Laborexperimenten stellte das Team fest, dass ihr Ansatz erfolgreich 90% Kobalt, Lithium, Nickel und Mangan aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien extrahiert, eine Wirksamkeit, die mit dem Ansatz unter Verwendung von Wasserstoffperoxid vergleichbar ist.
Batterie mit Fruchtschale recyceln: Wie funktioniert das?
Der Schlüssel liegt in der Cellulose in der Orangenschale, die während des Extraktionsprozesses in Zucker umgewandelt wird. Diese Zucker verbessern die Rückgewinnung von Metallen aus Batterieabfällen. Die in Orangenschalen enthaltenen natürlichen Antioxidantien wie Flavonoide und Phenolsäuren tragen weiter zur Effizienz bei. “
Es gibt mehr. Die durch dieses Verfahren erzeugten festen Rückstände erwiesen sich als nicht toxisch. Diese Methode ist umweltfreundlich.
Aus alt mach neu
Aus den zurückgewonnenen Materialien bauten die Forscher dann neue Lithium-Ionen-Batterien zusammen. Batterien, die eine ähnliche Ladekapazität wie kommerzielle Batterien aufweisen.
Weitere Forschungen sind im Gange. Ziel ist es, die Leistung des Lade- / Entladezyklus dieser Batterien aus wiedergewonnenen Materialien zu optimieren.
Dies deutet darauf hin, dass diese neue Technologie „für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien im industriellen Maßstab praktisch machbar ist“.
Das Team ist nun bestrebt, die Leistung von Batterien, die durch behandelten Batterieabfall erzeugt werden, weiter zu verbessern.
Zukünftige Entwicklungen
Dieser Abfall-zu-Ressourcen-Ansatz kann auch auf andere Arten von zellulosereichen Obst- und Gemüseabfällen ausgedehnt werden. Dieser Ansatz kann einen großen Beitrag zur neuen Kreislaufwirtschaft für Elektroschrott leisten.
