Wraz z rosnącą popularnością pojazdów elektrycznych na rynku światowym rośnie również zaniepokojenie wpływem ich komponentów na środowisko. Akumulatory samochodów elektrycznych, zwłaszcza te wykonane z fosforanu żelaza i litu (LFP), stanowią znaczną część kosztów i problemu. Ich żywotność wynosi około dziesięciu lat, ale ich recykling nadal jest procesem kosztownym.
Główną wadą jest ich skład: w przeciwieństwie do innych akumulatorów zawierających cenne materiały, takie jak kobalt lub nikiel, akumulatory LFP zawierają jedynie lit jako element nadający się do odzysku. Dlatego po wyczerpaniu się są one zazwyczaj składowane bez wykorzystania ich potencjału chemicznego. W tej sytuacji rozpoczęła się debata na temat tego, jak nadać im drugie życie.
Przekształcenie akumulatorów z samochodów elektrycznych w nawozy: genialny pomysł
Profesor Deyang Qu i jego zespół z Uniwersytetu Wisconsin-Milwaukee zaproponowali nieoczekiwane rozwiązanie: przekształcenie akumulatorów z samochodów elektrycznych w nawozy rolnicze.
Badania, opublikowane w The Journal of Physical Chemistry i przeprowadzone wspólnie z doktorantką Soad Shajid, opierają się na procesie wymiany jonowej, w którym lit z akumulatorów zastępuje się potasem.
Proces ten przekształca fosforan litu z katody w fosforan potasu, substancję o wartości agronomicznej.
Fosfor pochodzi bezpośrednio z materiału baterii, natomiast potas jest dodawany podczas recyklingu. Po dodaniu azotu otrzymujemy nawóz NPK (formuła łącząca trzy elementy niezbędne do wzrostu upraw: azot, fosfor i potas).
Podejście to ma znaczącą zaletę: nie wymaga intensywnych procesów termicznych ani agresywnych zabiegów chemicznych. W ten sposób zużycie energii spada, a ślad środowiskowy ulega znacznemu zmniejszeniu w porównaniu z tradycyjnym recyklingiem baterii.
Recykling i rolnictwo: strategiczny sojusz
Przekształcanie baterii z samochodów elektrycznych w nawóz nie tylko rozwiązuje problem środowiskowy. Przyczynia się również do zmniejszenia zależności od importu surowców niezbędnych w rolnictwie.
W Stanach Zjednoczonych znaczna część fosforu i potasu pochodzi z krajów takich jak Rosja, Chiny czy Maroko, co powoduje podatność na kryzysy geopolityczne i wahania na rynku globalnym.
Nowa metoda oferuje alternatywę w postaci lokalnej produkcji z wykorzystaniem materiałów już dostępnych w kraju. Skraca to łańcuch dostaw, eliminuje transport minerałów z dużych odległości i zmniejsza narażenie na wahania międzynarodowe. Ponadto wspiera gospodarkę o obiegu zamkniętym, wykorzystując zasoby, które w przeciwnym razie byłyby traktowane jako odpady.
Według zespołu badawczego technologia ta mogłaby być stosowana w sposób zdecentralizowany, poprzez instalowanie zakładów przetwarzania w pobliżu obszarów rolniczych lub przemysłowych, gdzie gromadzą się zużyte baterie. Zmniejszyłoby to koszty logistyczne i sprzyjało tworzeniu miejsc pracy w sektorach związanych z energią i środowiskiem.
W jaki sposób naukowcy będą pracować z akumulatorami z samochodów elektrycznych?
Projekt, wspierany przez Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) oraz fundusze wewnętrzne Uniwersytetu Wisconsin-Milwaukee, wykazał już swoją wykonalność w skali eksperymentalnej. Kolejnym celem jest przeniesienie procesu do praktyki: wyprodukowanie wystarczającej ilości materiału, aby przetestować nawóz na prawdziwych uprawach.
Zespół planuje eksperyment na hektarze upraw pomidorów, które są uprawą intensywną, co pozwoli porównać wydajność nawozu pochodzącego z akumulatorów samochodów elektrycznych z konwencjonalnymi produktami komercyjnymi.
Jeśli wyniki będą równoważne lub lepsze, inicjatywa ta może przyciągnąć uwagę przedsiębiorstw z sektora rolnego i ugruntować swoją pozycję jako realna alternatywa.
Należy pamiętać, że Wisconsin, ze swoją silną bazą przemysłową i rolniczą, oferuje idealne warunki do rozwoju tego modelu recyklingu. Połączenie obu sektorów pozwala na przejście w kierunku zrównoważonego modelu produkcji, który dodatkowo może generować miejsca pracy związane z technologią i transformacją energetyczną.
Konsekwencje i perspektywy na przyszłość związane z tym odkryciem
Postępy zespołu Qu mają konsekwencje wykraczające poza sferę naukową. Wśród korzyści wskazanych przez naukowców można wymienić:
- Zmniejszenie wpływu na środowisko poprzez uniknięcie składowania i utylizacji zużytych baterii.
- Zmniejszenie śladu węglowego, zarówno w recyklingu, jak i w produkcji nawozów.
- Wzmocnienie gospodarki o obiegu zamkniętym dzięki kompleksowemu wykorzystaniu materiałów.
- Wspieranie zielonego zatrudnienia poprzez tworzenie nowych profili zawodowych związanych ze zrównoważonym rozwojem.
- Niezależność w produkcji rolnej poprzez zmniejszenie zależności od importu.
Chociaż projekt znajduje się w fazie początkowej, jego koncepcja stanowi potencjalną odpowiedź na globalne wyzwanie związane z recyklingiem akumulatorów samochodów elektrycznych. Jeśli uda się go rozszerzyć i zastosować na dużą skalę, może to stanowić punkt zwrotny w sposobie zarządzania odpadami technologicznymi.
