फ्लैश हीटिंग तकनीक बैटरी कचरे से मूल्यवान धातुओं को जल्दी और सस्ते में निकालती है - फिजिक्स वर्ल्ड

फ्लैश हीटिंग तकनीक बैटरी कचरे से मूल्यवान धातुओं को जल्दी और सस्ते में निकालती है - फिजिक्स वर्ल्ड

समय टिकट: 8 नवंबर, 2023 4:42 AM

जिन्हांग चेन (बाएं) और जेम्स टूर
टीम के सदस्य: जिन्हांग चेन (बाएं) और जेम्स टूर। सौजन्य: जेफ फिटलो/राइस यूनिवर्सिटी)

लिथियम-आयन बैटरी कचरे से सीधे धातुओं को पुनर्प्राप्त करने का एक लागत प्रभावी नया तरीका इन सर्वव्यापी उपकरणों के पर्यावरणीय प्रभाव को काफी कम कर सकता है जबकि उन्हें रीसायकल करने के लिए आवश्यक समय को लगभग 100 गुना कम कर सकता है। अमेरिका में राइस यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों द्वारा विकसित, तकनीक को फ्लैश जूल हीटिंग के रूप में जाना जाता है, और इसका उपयोग पहले से ही जहरीले सॉल्वैंट्स के बिना और वर्तमान प्रयोगशाला विधियों की तुलना में कम ऊर्जा के साथ इलेक्ट्रॉनिक कचरे के अन्य रूपों से मूल्यवान धातुओं को पुनर्प्राप्त करने के लिए किया जा चुका है।

"वर्तमान में, 95% बैटरियां पुनर्नवीनीकरण नहीं की जाती हैं क्योंकि हमारे पास उन्हें पुनर्चक्रित करने की क्षमता नहीं है, यहां तक ​​​​कि इलेक्ट्रॉनिक्स से कचरा 9% की वार्षिक दर से बढ़ रहा है," कहते हैं। जेम्स टूर, राइस नैनो वैज्ञानिक जिन्होंने इस परियोजना का नेतृत्व किया। इलेक्ट्रिक कारों की हालिया लोकप्रियता ने समस्या को और अधिक गंभीर बना दिया है, वह कहते हैं: "इलेक्ट्रिक वाहनों में बैटरियां लगभग 10 वर्षों तक चलती हैं, और उनमें से कई अब खत्म हो रही हैं, क्योंकि लगभग 10 साल हो गए हैं जब हम उनका उपयोग कर रहे हैं।"

खर्च की गई बैटरियां जिन्हें पुनर्नवीनीकरण नहीं किया जाता है, वे अधिकतर लैंडफिल में समाप्त हो जाती हैं, जैसे कई अन्य प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक अपशिष्ट (ई-कचरा) होते हैं। यह पर्यावरण के लिए बुरा है, क्योंकि ई-कचरे में अक्सर भारी धातुएँ होती हैं, जिनमें कुछ जहरीली भी होती हैं। यह एक खोया हुआ व्यावसायिक अवसर भी है, क्योंकि ई-कचरा सैद्धांतिक रूप से रोडियम, पैलेडियम, चांदी और सोने जैसी कीमती धातुओं के साथ-साथ क्रोमियम, कैडमियम, सीसा और पारा जैसे कम महंगे तत्वों का एक महत्वपूर्ण और टिकाऊ स्रोत हो सकता है।

समस्या यह है कि ई-कचरा पुनर्चक्रण के तरीके एकदम सही नहीं हैं। सबसे आम पायरोमेटालर्जी पर आधारित हैं, जिसमें उच्च तापमान पर धातुओं का पिघला हुआ सूप बनाना शामिल है। इन विधियों में चयनात्मकता का अभाव है, ये ऊर्जा गहन हैं और खतरनाक, भारी धातु वाले धुएं का उत्पादन करते हैं, खासकर जब कचरे में पारा, कैडमियम या सीसा जैसी अपेक्षाकृत कम पिघलने बिंदु वाली धातुएं होती हैं।

अन्य तकनीकें हाइड्रोमेटालर्जी का उपयोग करती हैं, जिसमें एसिड, बेस या साइनाइड का उपयोग करके ई-कचरे से धातुओं को बाहर निकालना शामिल है। हालाँकि ये विधियाँ अधिक चयनात्मक हैं, वे बड़ी मात्रा में तरल या कीचड़युक्त अपशिष्ट उत्पन्न करती हैं और इसमें रासायनिक प्रतिक्रियाएँ शामिल होती हैं जो गतिज रूप से धीमी होती हैं और इसलिए इन्हें बढ़ाना कठिन होता है। टूर का कहना है, "बहुत सी मौजूदा बैटरी रीसाइक्लिंग प्रक्रियाओं में बहुत मजबूत एसिड का उपयोग शामिल होता है, और ये गंदी, बोझिल प्रक्रियाएं होती हैं।"

एक अन्य विकल्प, बायोमेटालर्जी, सूक्ष्मजीवों में प्राकृतिक जैविक प्रक्रियाओं का उपयोग करके धातुओं को अलग करता है, लेकिन तकनीकों का यह आशाजनक परिवार अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है।

एक झटके में चला गया

2020 में, टूर और राइस के उनके सहयोगियों ने अपशिष्ट भोजन और प्लास्टिक जैसे कार्बन स्रोतों से ग्राफीन का उत्पादन करने का एक तरीका विकसित किया। बाद में, उन्होंने इस फ्लैश जूल हीटिंग विधि को अपनाया ई-कचरे से बहुमूल्य धातुएँ प्राप्त करें और शेष सामग्री से विषैले पदार्थों को हटा दें।

तकनीक काम करती है क्योंकि ई-कचरे में धातुओं का वाष्प दबाव कार्बन, सिरेमिक और कांच जैसे अन्य अपशिष्ट घटकों से बहुत अलग होता है। बाष्पीकरणीय पृथक्करण के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया में, शोधकर्ता इन धातुओं को फ्लैश चैंबर में 1 सेकंड से भी कम समय तक चलने वाली तीव्र पल्स लगाकर, कचरे को 3400 K तक गर्म करके वाष्पीकृत करते हैं।

टीम के सदस्य बिंग डेंग बताते हैं कि वाष्प को फ्लैश चैंबर से वैक्यूम के तहत ठंडे जाल में ले जाया जाता है, जहां वे अपने घटक तत्वों में संघनित हो जाते हैं। जाल में धातु मिश्रण को स्थापित शोधन विधियों का उपयोग करके और अधिक शुद्ध किया जा सकता है।

काले द्रव्यमान को सक्रिय करना

अपने नवीनतम अध्ययन में, टूर और सहकर्मियों ने इस प्रक्रिया को तथाकथित काले द्रव्यमान तक बढ़ाया, जो कि लिथियम-आयन बैटरी में कैथोड और एनोड से आने वाला संयुक्त अपशिष्ट है। जूल-हीटिंग दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, टीम ने कुछ सेकंड के भीतर काले द्रव्यमान को 2100 K से ऊपर के तापमान तक गर्म कर दिया। यह अल्ट्राफास्ट उच्च तापमान उपचार बैटरी धातुओं पर निष्क्रिय परत को हटा देता है जबकि काले द्रव्यमान की ऑक्सीकरण अवस्था को भी कम कर देता है, जिससे इसे पतला एसिड में घुलने की अनुमति मिलती है।

टूर बताते हैं, "हमने जो पाया वह यह है कि यदि आप काले द्रव्यमान को 'फ्लैश' करते हैं, तो आप केवल कम-सांद्रता वाले हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उपयोग करके महत्वपूर्ण धातुओं को आसानी से अलग कर सकते हैं।" “आप कह सकते हैं कि फ़्लैश धातुओं को मुक्त कर देता है, इसलिए वे आसानी से घुल जाती हैं। हम अभी भी एसिड का उपयोग कर रहे हैं, लेकिन बहुत कम।"

इस पद्धति का उपयोग करके, टीम ने विभिन्न प्रकार के मिश्रित बैटरी कचरे से 98% से अधिक धातु बरामद की। इससे भी अधिक, पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके 20 घंटों के विपरीत, कचरे को घोलने में 24 मिनट से भी कम समय लगता है।

"उद्योग पारंपरिक रूप से काले द्रव्यमान को पुनर्चक्रित करने का प्रयास करता है, लेकिन वर्तमान पुनर्चक्रण रणनीतियाँ जटिल उपचार प्रक्रियाओं के साथ-साथ पर्याप्त ऊर्जा खपत और CO द्वारा सीमित हैं।2 उत्सर्जन, ”टीम के सदस्य वेयिन चेन कहते हैं। "हमारी प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम रीसाइक्लिंग के दौरान एसिड के उपयोग को 10 गुना और समय की खपत को 100 गुना कम करना है।"

चावल शोधकर्ताओं का कहना है कि वे अब अपनी रीसाइक्लिंग तकनीक को बढ़ाने पर विचार कर रहे हैं। चेन बताते हैं, "हमने पहले ही अपनी प्रयोगशाला में किलोग्राम-स्तर की रिकवरी का प्रदर्शन किया है और फ्लैश-जूल प्रक्रिया को संभवतः भविष्य में एक सतत प्रणाली में एकीकृत किया जा सकता है।" भौतिकी की दुनिया.

वे अपने काम का वर्णन करते हैं विज्ञान अग्रिम.

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