من بين الخرافات والمفاهيم الخاطئة الشائعة حول المركبات الكهربائية أن بطارياتها لا يمكن إعادة تدويرها، وستنتهي في مكبات النفايات. هذا ببساطة غير صحيح. إعادة تدوير بطاريات المركبات الكهربائية أمرٌ أساسي للاستدامة البيئية، أي بعد انتهاء عمرها الافتراضي في المركبات، والذي يُقدر حاليًا بما بين 15 و20 عامًا.
من المؤكد أن العملية تتضمن أساليب وتحديات وتقنيات متنوعة لاستعادة المواد بكفاءة داخل بطاريات السيارات الكهربائية. وينبع هذا التعقيد من تنوع التصاميم والتركيبات الكيميائية المستخدمة. بطاريات السيارات الكهربائية غير موحدة، مما يجعل تفكيكها وإعادة تدويرها مهمة شاقة ومكلفة. إضافةً إلى ذلك، تحتوي البطاريات على مواد خطرة، مما يشكل مخاطر بيئية وسلامة إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح.
ومع ذلك، فإن الإحصائية التي يُستشهد بها كثيرًا، والتي تُشير إلى أن 5% فقط من مكونات البطاريات يُعاد تدويرها، إحصائية قديمة وغير صحيحة. فبينما كانت البنية التحتية لإعادة التدوير أقل بكثير في عام 2010 عندما ذُكرت هذه الإحصائية (في تقرير صادر عن جمعية أصدقاء الأرض)، فقد شهدت صناعة إعادة التدوير تطورات هائلة منذ ذلك الحين.
أشار تقرير صادر عن شركة تخزين الطاقة الدائرية عام ٢٠١٩ إلى أن النسبة كانت ٥٠٪، ومن المرجح جدًا أن تتحسن خلال السنوات الخمس التالية. في الواقع، حددت أوروبا مستويات دنيا للمواد المُستعادة من نفايات البطاريات لإعادة استخدامها، حيث حددت نسبة ٥٠٪ لليثيوم بحلول عام ٢٠٢٧ و٨٠٪ بحلول عام ٢٠٣١، أما بالنسبة للكوبالت والنحاس والرصاص والنيكل، فإن الأهداف أعلى من ذلك، حيث تصل إلى ٩٠٪ بحلول عام ٢٠٢٧ و٩٥٪ بحلول عام ٢٠٣١.
قد يكون تفكيك بطاريات السيارات الكهربائية معقدًا ومكلفًا. لكن وضع علامات على المكونات قد يُسهّل العملية في المستقبل.
ماذا يوجد في مجموعات البطاريات؟
تتكون بطارية الليثيوم-أيون للسيارات الكهربائية عادةً من خلايا أيون الليثيوم، والتي تتضمن مكونات ومواد كيميائية متنوعة. يوجد الليثيوم بالطبع، ولكن قد تجد أيضًا الكوبالت والنيكل والمنغنيز والجرافيت. تُجمع هذه العناصر عادةً في خلايا منفصلة تُدمج في وحدات تُشكل حزمة البطارية.
من بين هذه المواد، يُعدّ الكوبالت والنيكل أسهلها استخلاصًا وإعادة تدويرًا. كما يُمكن إعادة تدوير الليثيوم والجرافيت. إلا أن إعادة تدوير مكونات أخرى، مثل الإلكتروليتات، أصعب نظرًا لتركيبها الكيميائي المُعقّد وسميّتها المُحتملة.
عند التخلص من السيارة الكهربائية، فإن الخطوة الأولى هي تفريغها بالكامل بأمان. بعد ذلك، تُزال البطارية من السيارة وتُقيّم لإعادة استخدامها أو تدويرها. في بعض الحالات، يمكن إعادة استخدام هذه البطاريات لتخزين الطاقة المنزلية أو التجارية. كما تستخدمها بعض الشركات المتخصصة لتحويل السيارات القديمة أو الكلاسيكية إلى سيارات كهربائية.
إذا كان من المقرر إعادة تدوير البطارية، يتم تفكيك العبوة لفصل الخلايا والوحدات، والتي تتم معالجتها بعد ذلك من خلال طرق مثل المعالجة الحرارية المعدنية أو المعالجة المائية المعدنية.
ما هو إعادة تدوير المعادن الحرارية والهيدروميتالورجية؟
إعادة التدوير الحراري المعدني هي عملية تُستخدم لاستعادة المعادن الثمينة من بطاريات السيارات الكهربائية بتعريضها لدرجات حرارة عالية. تتضمن هذه الطريقة صهر البطاريات في فرن لفصل معادن مثل الكوبالت والنيكل والنحاس عن مواد أخرى.
خلال هذه العملية، تُحرق المواد العضوية والبلاستيكية الموجودة في البطارية، تاركةً سبيكة معدنية قابلة للتكرير. تستهلك هذه الطريقة طاقةً كبيرةً وقد تُنتج انبعاثاتٍ ضارة، لكنها فعّالة في استخلاص المعادن التي يُمكن إعادة استخدامها في بطاريات جديدة أو تطبيقات أخرى.
تعمل إعادة التدوير الهيدروميتالورجي في درجات حرارة منخفضة، ويمكنها تحقيق معدلات استرداد عالية للمعادن الثمينة من بطاريات السيارات الكهربائية باستخدام الكيمياء المائية. ومع ذلك، تتطلب هذه العملية معالجة دقيقة ومسؤولة للمواد الكيميائية والنفايات السائلة.
أولاً، تُفكك البطارية، وتُسحق الخلايا الفردية لتُصبح مادة مسحوقة تُعرف باسم "الكتلة السوداء". ثم تُعالج هذه المادة بمحاليل كيميائية (أحماض أو قواعد) لإذابة المعادن وتحويلها إلى محلول سائل. يُتيح هذا فصل المواد باستخدام مذيبات ترتبط انتقائيًا بمعادن محددة. ثم تُستخرج هذه المواد من المحلول كمركبات صلبة.
وأخيرا، تخضع هذه المركبات لمزيد من التنقية لإزالة الشوائب وإنتاج أملاح معدنية عالية النقاء، والتي يمكن إعادة استخدامها في بطاريات جديدة أو تطبيقات أخرى.
منجم الليثيوم جرينبوشز هو عملية تعدين مفتوحة في غرب أستراليا وهو أكبر منجم لليثيوم في العالم.
إعادة التدوير المباشر
من التقنيات الناشئة لإعادة التدوير "إعادة التدوير المباشر"، التي تهدف إلى الحفاظ على وظائف مواد الكاثود والأنود في البطاريات بدلاً من تفكيكها بالكامل. تتضمن هذه العملية فصل هذه المواد عن المكونات الأخرى، ثم تنظيفها وتجديدها، ثم إعادة توزيعها في خلايا بطاريات جديدة.
تُقلل هذه الطريقة من استهلاك الطاقة وتكاليف إعادة التدوير، بالإضافة إلى تقليل النفايات. إلا أن هناك خطر تلوث المواد وتدهورها، مما قد يؤثر على كفاءة البطاريات الجديدة. في الوقت نفسه، لا يزال يتعين فصل بعض المكونات الأخرى، مثل الإلكتروليت، ومواد الفصل، ومواد الغلاف، وإعادة تدويرها باستخدام طرق أخرى.
إعادة التدوير القهري
تُعدّ الجدوى الاقتصادية لإعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية أمرًا صعبًا نظرًا لتكاليفها الباهظة! ويجري حاليًا دراسة لوائح تُلزم بوضع ملصقات تفصيلية على مكونات البطاريات لتسهيل إعادة التدوير.
يتزايد تحميل مصنعي السيارات الكهربائية مسؤولية إعادة تدوير البطاريات من خلال الأطر التنظيمية وبرامج مسؤولية المنتج الموسعة (EPR). في بعض المناطق، يتعين على الشركات تحقيق أهداف محددة، وتكون مسؤولة عن جمع البطاريات. ويشمل ذلك الاتحاد الأوروبي (بموجب "توجيه البطاريات") والصين، الذي يُلزم مصنعي السيارات الكهربائية بمسؤولية دورة حياة البطاريات بأكملها، من الإنتاج إلى التخلص منها. وفي الولايات المتحدة، طبقت كاليفورنيا أيضًا قوانين بهذا الشأن.
ماذا عن بطاريات أيون الصوديوم والبطاريات الصلبة؟
تبرز بطاريات أيونات الصوديوم والحالة الصلبة كبديل واعد لبطاريات أيونات الليثيوم في السيارات الكهربائية. وقد دخلت بطاريات أيونات الصوديوم بالفعل في بعض المنتجات الصينية، ويدور حاليًا سباق بين شركات مثل تويوتا ونيسان وهوندا وغيرها، بما في ذلك شركات صناعة السيارات الصينية، لتكون أول من يُدخل بطاريات الحالة الصلبة في السيارات الكهربائية.
الصوديوم أكثر وفرةً بكثير، وبالتالي أرخص من الليثيوم، وله تأثير بيئي أقل عند التعدين. قد تكون دورة حياته أقصر، لكن الخبر السار هو سهولة إعادة تدويره.
وبالمثل، توفر بطاريات الحالة الصلبة مدى تشغيل أطول، وتُقلل من خطر الحريق، وتدوم لفترة أطول. ورغم تعقيد تصنيعها، فإن استخدام إلكتروليت صلب بدلاً من السائل يُبسط عملية إعادة التدوير. كما أن المعادن عالية القيمة الموجودة فيها تزيد من الحافز لإعادة تدوير البطاريات بشكل صحيح.
وفي ضوء ضرورة إعادة استخدام المواد النادرة، والجوانب الاقتصادية المرتبطة بذلك، والتشريعات والمتطلبات السياسية، فضلاً عن توقعات الجمهور، فمن الواضح أن الجهود المبذولة لتحسين كفاءة ومعدلات إعادة التدوير بشكل مستمر سوف تتكثف في المستقبل.
