بازیافت زباله‌های الکترونیکی در چرخه فناوری

به طوری‌که،چهارمین پایش جهانی زباله‌های الکترونیکی ملل‌متحد (GEM) درسال۲۰۲۴ نشان می‌دهد که تولید زباله‌های الکترونیکی در جهان پنج برابر سریع‌تر ازبازیافت زباله‌های الکترونیکی درحال‌افزایش است.براساس این گزارش ۶۲میلیون تن زباله الکترونیکی تولید‌شده درسال۲۰۲۲ قادر است ۱.۵۵میلیون کامیون ۴۰‌تنی را پرکند. این مقدارزباله برابربا وزن۱۰۷هزار هواپیمای مسافربری بزرگ ۵۷۵‌تنی با ۸۵۳صندلی است.ازکل زباله‌های الکترونیکی تولیدشده درسال۲۰۲۲حدود۳۱میلیون تن فلز، ۱۷میلیون تن پلاستیک و ۱۴میلیون تن مواد معدنی،شیشه، موادکامپوزیت‌و…بوده است.این درحالی است که فقط ۱۴میلیون تن برابربا ۲۲.۳درصد از این ۶۲میلیون تن جمع‌آوری و بازیافت شده‌اندکه درمجموع، ۹۱میلیارد دلار ارزش فلزات بازیافت‌شده (مس، طلا و آهن) و ۲۸میلیارد دلار ارزش مواد خام ثانویه از این زباله‌ها بوده است. اما این گزارش کاهش نرخ جمع‌آوری و بازیافت را از ۲۲.۳درصد در سال ۲۰۲۲ به ۲۰‌درصد تا سال ۲۰۳۰ پیش‌بینی می‌کند که دلیل آن افزایش تفاوت در تلاش‌های بازیافت نسبت به رشد خیره‌کننده تولید زباله‌های الکترونیکی در سراسر جهان است. با وجود این، براساس این گزارش، اگر کشورها بتوانند نرخ جمع‌آوری و بازیافت زباله‌های الکترونیکی را تا سال ۲۰۳۰ به ۶۰‌درصد برسانند، مزایای آن، بیش‌ از ۳۸‌میلیارد دلار خواهد بود. از این‌رو، امروزه دانشمندان بسیاری در تلاشند تا روش‌های کارآمدتری را برای بازیافت این مواد ارائه دهند.

باتری‌ لیتیومی حالت جامد قابل شارژ، فناوری نوظهوری است که روزی قادر خواهد بود فقط با یک‌بار شارژ، انرژی لازم برای تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها را برای روزها تامین کند. اما درحال‌حاضر، بیشتر مواد به‌کار رفته در این باتری‌ها با محیط‌زیست سازگار نیستند و روش‌های کنونی بازیافت فقط بربازیابی فلزات موجوددرکاتدهامحدودمی‌شود و باقی بخش‌های این باتری‌ها به‌صورت زباله هدر می‌رود. گروهی از پژوهشگران کالج مهندسی ایالت پن آمریکا به سرپرستی انریکه گومز، در مطالعه‌ای موفق شده‌اند پیکربندی باتری‌های لیتیومی حالت جامد را به‌گونه‌ای از نوطراحی کنند که تمام اجزای آنها به‌راحتی قابل بازیافت باشد. این دانشوران که نتایج پژوهش‌شان را در شماره جولای ۲۰۲۴ نشریه تخصصی ACS Energy Letters منتشر کرده‌اند، برای جداسازی آسان‌تر اجزایی که امروزه امکان بازیافت آنها وجود ندارد پیش ‌از شروع فرآیند بازیافت، دو لایه پلیمری را در قسمت مشترک بین الکترود و الکترولیت قرار دادند. بدون این لایه پلیمری، الکترود و الکترولیت باهم مخلوط می‌شوند و بازیافت‌شان سخت می‌شود. وقتی پژوهشگران با موفقیت این اجزا را از هم جدا کردند بااستفاده از تَف‌جوشی سرد ــ فرآیند ترکیب مواد پودر‌‌شده در دماهای پایین از طریق فشار اعمال‌شده و با کمک حلال‌ها ــ کامپوزیتی با فلزات و الکترودهای بازیابی‌شده ساختند و به‌این‌ترتیب، توانستند کل باتری را از مواد بازیافتی تولید کنند. پس ‌از آزمایش عملکرد، آنها دریافتند که باتری بازسازی‌شده بین ۹۲.۵ تا ۹۳.۸درصد ظرفیت باتری‌های عادی را به‌دست می‌آورد.
 
بهبود عملکرد باتری‌های یون‌لیتیوم به‌کمک بازیافت 
مطالعه دیگری که به‌تازگی انجام شده ومی‌تواند کارایی بازیافت زباله‌های الکترونیکی رابهبود بخشد پژوهشی است که محققان موسسه زیست‌انرژی و فناوری فرآیندهای زیستی چینگدائو در آکادمی علوم چین نتایج آن را در شماره ۱۶جولای نشریه Nature Sustainability منتشر کرده‌اند. آنها دراین مطالعه، با استفاده از زباله‌های فتوولتائیک بازیافتی و طراحی جدید الکترولیت موفق شدند آندهای سیلیکونی کم‌هزینه‌ای را در اندازه میکرو توسعه دهند. این تلاش پیشرو، مسیری را برای باتری‌های پایدارتر، کم‌هزینه‌تر و با چگالی انرژی بالاتر ارائه می دهد که می‌تواند سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی را به‌خصوص برای وسایل نقلیه الکتریکی متحول کند.آندهای سیلیکونی به‌دلیل توانایی‌شان در افزایش قابل ملاحظه چگالی انرژی باتری‌های یون‌لیتیومی در مقایسه با آندهای گرافیت سنتی مورد توجه‌اند، اما انبساط حجم زیادشان درطول چرخه‌های شارژ ــ دشارژ مانع استفاده از آنها می‌شود و این انبساط می‌تواند به کاهش عملکرد باتری بینجامد. این دانشوران با هدف غلبه بر این موانع، از زباله‌های فتوولتائیک ذرات سیلیکونی با اندازه میکرویی تولید کردند و از این ذرات، به‌عنوان جایگزینی مناسب برای آندهای سیلیکونی کنونی بهره گرفتند.وقتی در ساخت الکترولیت از این آندهای میکرومتری سیلیکونی استفاده شد، پژوهشگران پایداری الکتروشیمیایی قابل‌توجهی را مشاهده کردندکه متوسط بازده کلمبیک ۹۹.۹۴درصد را نشان می‌داد و ۸۳.۱۳درصد از ظرفیت اولیه خودراپس از۲۰۰چرخه حفظ می‌کرد.به نسبت ظرفیت دشارژ به شارژ در یک چرخه واحد، بازده کلمبیک گفته می‌شود. این دانشمندان، با استفاده از مواد بازیافتی و مهندسی شیمی پیشرفته نشان دادند که توسعه باتری‌های یون‌لیتیوم با کارایی بالا و سازگار با محیط‌زیست امکان‌پذیر است و این باتری‌های نسل آینده قادر خواهند بود انرژی همه‌چیز از دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی تا خودروهای برقی را تامین کنند.