Veiliger recyclen van metalen uit afgedankte batterijen

De metalen uit batterijen kunnen op een duurzamere manier worden teruggewonnen, met verbeterde veiligheid en zonder verlies van efficiëntie. Dit stelt de Chalmers University of Technology, die onderzocht of fossiele chemicaliën voor metaalterugwinning kunnen worden vervangen door alternatieven uit hernieuwbare biomassa.

De behoefte aan terugwinning en recycling van de metalen die in batterijen worden gebruikt – waaronder koper, kobalt, lithium en mangaan – neemt toe. Deze materialen zijn essentieel voor de groene transitie en een aantal ervan is opgenomen in de EU-verordening inzake kritieke grondstoffen.

Om metaalrecycling efficiënt en economisch haalbaar te maken, moeten metalen worden gescheiden en gezuiverd voordat ze opnieuw kunnen worden gebruikt. De productie van batterijen en andere hoogwaardige producten vereist vaak metalen met een hoge zuiverheidsgraad.

In sommige gevallen maken grondstoffen met een hogere zuiverheid ook de productie en het gebruik van milieuvriendelijkere producten mogelijk. Zo werd in het verleden de levensduur van niet-oplaadbare batterijen verlengd door kwik toe te voegen aan de zinkelektrode. Met zink van een hogere zuiverheid is het echter mogelijk om een ​​even stabiele batterij te produceren die vrij is van kwik.

“Als we materialen niet scheiden en zuiveren tijdens het recyclen, zal hun kwaliteit geleidelijk achteruitgaan. Uiteindelijk lopen we het risico dat we materialen overhouden die niet meer bruikbaar zijn in geavanceerde toepassingen, waardoor het hele doel van recycling verloren gaat”, aldus onderzoeksleider Mark Foreman.

Past in bestaande productielijnen

Oplosmiddelextractie is een veelgebruikte methode voor het scheiden en zuiveren van metalen bij batterijrecycling, maar ook in de mijnbouw, de nucleaire industrie en andere industriële sectoren. De verdunningsmiddelen die tegenwoordig in deze processen worden gebruikt, worden doorgaans geproduceerd uit fossiele grondstoffen.

“In ons onderzoek wilden we aantonen dat hernieuwbare biomassa, bijvoorbeeld bijproducten uit de bosbouw, gebruikt kan worden om alternatieve verdunningsmiddelen te produceren. We hebben in dit geval twee aromatische verbindingen onderzocht die ook direct in bestaande industriële productielijnen kunnen worden gebruikt”, aldus eerste auteur Daniel Keywan Hoffmann.

Het onderzoek toont aan dat de aromatische verbindingen net zo goed presteren als conventionele commerciële alternatieven bij de extractie van verschillende belangrijke metalen. Bovendien kunnen ze direct in bestaande industriële productielijnen worden geïmplementeerd.

“Het is kostbaar voor de industrie om fabrieken te herbouwen of te investeren in volledig nieuwe infrastructuur om de duurzaamheid te verbeteren. Als de bestaande processen en apparatuur kunnen worden gebruikt en er simpelweg kan worden overgeschakeld op een aanzienlijk veiliger chemisch middel, wordt de drempel voor verandering veel lager – en veel minder kostbaar”, zegt Keywan Hoffmann.

Veiliger in gebruik

Grootschalige metaalwinningsprocessen gebruiken aanzienlijke hoeveelheden verdunningsmiddelen, waardoor veiligheidsoverwegingen bijzonder belangrijk zijn. De onderzoekers ontdekten dat de twee geteste aromatische verbindingen een hoger vlampunt en een lagere vluchtigheid hebben dan verschillende commercieel gebruikte alternatieven. Dit betekent een lager brandrisico en een verminderde blootstelling aan gevaarlijke stoffen voor werknemers in recyclingbedrijven.

In tegenstelling tot de commerciële chemicaliën die tegenwoordig het meest worden gebruikt, kunnen de nieuwe aromatische verbindingen bij afbraak geen neurotoxinen vormen. Deze neurotoxinen kunnen de hersenen en het zenuwstelsel beschadigen, en veel conventionele verdunningsmiddelen worden er in mensen en dieren in omgezet.

Foreman: “Als we dezelfde prestaties kunnen bereiken als met de huidige processen, terwijl we de risico’s voor mens en milieu verminderen, is dat een aanzienlijk voordeel voor iedereen.”

Doel: industrie inspireren

De onderzoekers benadrukken dat productieprocessen geoptimaliseerd moeten worden en de beschikbaarheid van hernieuwbare grondstoffen moet worden vergroot om de aanpak kosteneffectief te maken.

“We hopen dat ons werk de industrie kan inspireren om anders te denken. Duurzame alternatieven hoeven niet per se te betekenen dat we helemaal opnieuw moeten beginnen. In veel gevallen is het vervangen van bepaalde chemicaliën al voldoende”, aldus Daniel Keywan Hoffmann.