إعادة تدوير المعادن الثمينة من بطاريات السيارات الكهربائية

توصل الباحثون إلى طريقة بيولوجية، تستخدم البكتيريا، لإعادة تدوير المعادن الثمينة الموجودة في النفايات الإلكترونية، مثل، على سبيل المثال، البطاريات المستعملة للسيارات الكهربائية

[بقلم: البروفيسور سيباستيان فارنو، خبير في الابتكار وريادة الأعمال في مجال علم الأحياء، جامعة كوفنتري. ترجمة الدكتور موشيه نحماني]

يوجد اليوم أكثر من 1.4 مليار مركبة في العالم بأكمله، ومن المتوقع أن يتضاعف هذا العدد بحلول عام 2036. وإذا تم تشغيل هذه المركبات بالزيت أو الديزل، فإن العواقب على مناخ الأرض قد تكون وخيمة. تنبعث السيارات الكهربائية من ملوثات أقل في الهواء، وإذا كان من الممكن تشغيلها بالطاقة المتجددة، فإن هذه الأنواع من المركبات لن تضيف الغازات الدفيئة التي تسبب الاحتباس الحراري.

ومع ذلك، فإن إنتاج مثل هذه الكمية الكبيرة من السيارات الكهربائية في العقد المقبل قد يزيد الطلب على المعادن مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل والمنغنيز. وهذه المعادن ضرورية لإنتاج بطاريات السيارات الكهربائية، لكنها لا توجد في كل مكان. ويوجد معظم معدن الليثيوم في صحراء أتاكاما في أمريكا الجنوبية (تشيلي-بيرو)، حيث يهدد التعدين نفسه رفاهية وحياة السكان المحليين ويعرض النظم البيئية للخطر. تحتاج الشركات المصنعة الرائدة للسيارات الكهربائية إلى إبقاء تكاليف الاستيراد منخفضة وإيجاد مصدر موثوق لهذه المواد الخام. يعد التعدين في أعماق البحر خيارًا آخر، لكن هذه الطريقة يمكن أن تسبب أيضًا ضررًا للموائل وتعرض الحياة البرية للخطر. وفي الوقت نفسه، تتراكم النفايات الناتجة عن المنتجات الإلكترونية المليئة بالمعادن الثمينة بكميات هائلة في مدافن النفايات المخصصة في بعض أفقر البلدان في العالم - مع إضافة كمية قدرها 2.5 مليون طن كل عام. تتراوح مدة صلاحية بطاريات السيارات الكهربائية من ثماني إلى عشر سنوات فقط. واليوم، يتم إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون بمعدل زهيد لا يتجاوز خمسة بالمائة في الاتحاد الأوروبي. فبدلاً من التعدين وتدمير المصادر الجديدة لهذه المعادن، لماذا لا نعيد استخدام الكميات الموجودة بالفعل؟

توجد أكبر المصانع في العالم لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون في الصين. وفي حين يُنظر إلى إعادة التدوير في كثير من الأحيان على أنها التزام تنظيمي للشركات في أمريكا الشمالية وأوروبا، فإن المنافسة على البطاريات غير المستخدمة شرسة للغاية في الصين لدرجة أن القائمين على إعادة التدوير على استعداد لدفع ثمنها.

يتم صهر معظم البطاريات التي يتم إعادة تدويرها، ويتم استخراج المعادن الموجودة فيها. تتم هذه العملية في المنشآت التجارية الكبيرة التي تستخدم كمية كبيرة من الطاقة وبالتالي تنبعث منها كمية كبيرة من الكربون. يعد إنشاء هذه المصانع وتشغيلها مكلفًا، وتتطلب معدات متطورة ومكلفة مصممة للتعامل مع الانبعاثات الضارة الناتجة عن عملية الصهر. وعلى الرغم من التكاليف المرتفعة، إلا أن هذه المصانع عادة ما تفشل في إعادة تدوير جميع المواد القيمة الموجودة داخل البطاريات. ومن المتوقع أن تنمو قيمة سوق إعادة تدوير المعادن في جميع أنحاء العالم من 52 مليار دولار في عام 2020 إلى 76 مليار دولار بحلول عام 2025. وفي غياب أساليب إعادة التدوير الأقل استهلاكاً للطاقة، قد تواجه هذه الصناعة المتنامية مشاكل بيئية أكثر حدة. ومع ذلك، هناك عملية طبيعية لاستخراج المعادن الثمينة من النفايات، وهي عملية مستخدمة منذ عقود. 

يستخدم الترشيح الحيوي، المعروف أيضًا باسم التعدين الحيوي، البكتيريا القادرة على أكسدة المعادن كجزء من عملية التمثيل الغذائي. وقد تم استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع في صناعة التعدين، حيث يتم استخدام الكائنات الحية الدقيقة لاستخراج المعادن الثمينة من الرصاص. وفي الآونة الأخيرة، يتم استخدام هذه الطريقة لتنظيف وإعادة تدوير المواد من مخلفات المكونات الإلكترونية، وخاصة الدوائر المطبوعة بالكمبيوتر، والألواح الشمسية، والمياه الملوثة وحتى مدافن اليورانيوم.

ووجد الباحثون أنه من الممكن استنفاد جميع المعادن الموجودة في بطاريات السيارات الكهربائية بمساعدة هذه الطريقة البيولوجية. بعض أنواع البكتيريا، مثل السلالة أسيديثيوباسيلوس فيروكسيدانس وغيرها من السلالات غير الضارة، يمكنها تركيز وإعادة تدوير المعادن المنفصلة دون الحاجة إلى درجات حرارة عالية أو استخدام مواد كيميائية سامة. وتشمل هذه المعادن النقية أيضًا عناصر كيميائية يمكن إعادة استخدامها في العديد من سلاسل التوريد.                   

تتضمن مرحلة السد (نقل الطريقة إلى نطاق صناعي) من هذه العملية زراعة البكتيريا في مرافق الحضانة عند درجة حرارة 37 درجة مئوية، مع استخدام ثاني أكسيد الكربون أيضًا. لا تستهلك العملية كمية كبيرة من الطاقة، وبالتالي فإن البصمة الكربونية أصغر من البصمة النموذجية لمصانع إعادة التدوير، وبالإضافة إلى ذلك، فإن العملية نفسها تنبعث منها كميات أقل من التلوث. ولا تقلل هذه المرافق البيولوجية من كمية النفايات الناتجة عن بطاريات السيارات الكهربائية فحسب، بل يمكن للمصنعين إعادة تدوير هذه المعادن الثمينة داخل بلدانهم، والاعتماد على عدد أقل من البلدان الأخرى.

وينجح الباحثون من الأكاديمية العاملين في هذا المجال في استخلاص كافة المعادن الثمينة من النفايات الإلكترونية وجعلها تطفو على سطح المحلول السائل. ومع ذلك، هذه الطريقة ليست فعالة بما فيه الكفاية لهذه الصناعة. وتمكن الباحثون من الجمع بين الطريقة البيولوجية والطرق الكهروكيميائية القادرة على استخلاص هذه المعادن وجعلها مفيدة لسلاسل التوريد. ولسوء الحظ، فإن الطرق الحالية لإعادة تدوير المعادن تتطلب متطلبات طاقة عالية ومواد كيميائية سامة، وقد تم استخدامها لعقود من الزمن. لا يمكن لقطاعات الصناعة المختلفة دائمًا تطوير وخلق الابتكار في هذا المجال، لذلك تقع على عاتق الحكومات مسؤولية تعزيز التغييرات والاستثمار في تطوير بدائل أنظف في هذا المجال. 

لا تزال بطاريات السيارات الكهربائية تقنية جديدة، ويجب اعتبار إعادة استخدام مكوناتها جزءًا من تصميمها. وبدلاً من البقاء في مرحلة لاحقة، قد تصبح إعادة التدوير البيولوجي نقطة البداية ونقطة النهاية لدورة حياة البطاريات الكهربائية، مع الحصول على مواد خام عالية الجودة لتطوير بطاريات جديدة بتكلفة بيئية منخفضة. 

أخبار الدراسة