Nuacht Tionscal

Tá na milliúin gluaisteán leictreacha ag teacht. Cad a tharlaíonn do na cadhnraí marbh go léir?

2021-06-15

 


Is féidir le ceallraí feithicle leictreacha mionghearrtha miotail in-athchúrsáilte a tháirgeadh, ach is minic a bhíonn sé níos saoire do lucht déanta ceallraí ábhair nua a úsáid. SAOTHARLANN NÁISIÚNTA ARGOINNE

 

Tá na milliúin gluaisteán leictreacha ag teacht. Cad a tharlaíonn do na cadhnraí marbh go léir?

LeIan Morse|Bealtaine. 20, 2021,12:44 PM

Is éacht innealtóireachta casta é pacáiste ceallraí Tesla Model S. Déanann na mílte cealla sorcóireacha le comhpháirteanna a fuarthas ó ar fud an domhain litiam agus leictreoin a thiontú ina ndóthain fuinnimh chun an carr a thiomáint na céadta ciliméadar, arís agus arís eile, gan astuithe sceithphíopa. Ach nuair a thagann an ceallraí go dtí deireadh a shaoil, tá a buntáistí glas céimnithe. Má chríochnaíonn sé i líonadh talún, féadfaidh a chealla tocsainí fadhbacha a scaoileadh, lena n-áirítear miotail throma. Agus is féidir le hathchúrsáil na ceallraí a bheith ina ghnó guaiseach, rabhadh don eolaí ábhar Dana Thompson ó Ollscoil Leicester. Gearr ró-dhomhain isteach i gcill Tesla, nó san áit mícheart, agus féadann sé múch tocsaineach a ghearrchiorcad, a dhó agus a scaoileadh.

Sin ceann amháin de na fadhbanna iomadúla atá roimh thaighdeoirí, lena n-áirítear Thompson, atá ag iarraidh dul i ngleic le fadhb atá ag teacht chun cinn: conas na milliúin cadhnraí feithiclí leictreacha (EV) a athchúrsáil a bhfuiltear ag súil le monaróirí a tháirgeadh sna blianta beaga atá romhainn. Níl cadhnraí reatha EV deartha i ndáiríre le bheith athchúrsáilte,” a deir Thompson, comhalta taighde ag Institiúid Faraday, ionad taighde atá dírithe ar shaincheisteanna ceallraí sa Ríocht Aontaithe.

Ní fadhb mhór í sin nuair a bhí EVanna neamhchoitianta. Ach anois tá an teicneolaíocht ag éirí as. Tá sé ráite ag roinnt déantóirí gluaisteán go bhfuil sé beartaithe acu innill dócháin a scor de réir a chéile laistigh de chúpla scór bliain, agus tuarann ​​anailísithe tionscail go mbeidh ar a laghad 145 milliún EV ar an mbóthar faoi 2030, méadú ó 11 milliún anuraidh. “Tá daoine ag tosú ar thuiscint gur fadhb í seo,” a deir Thompson.

Tá rialtais ag dul i dtreo leibhéal éigin athchúrsála a éileamh. In 2018, chuir an tSín rialacha nua i bhfeidhm a bhí dírithe ar athúsáid comhpháirteanna ceallraí EV a chur chun cinn. Táthar ag súil go dtabharfaidh an tAontas Eorpach a chéad cheanglais chun críche i mbliana. Sna Stáit Aontaithe, níl sainorduithe athchúrsála tugtha chun cinn ag an rialtas feidearálach go fóill, ach tá roinnt stát, lena n-áirítear an margadh gluaisteán is mó sa náisiún i gCalifornia, ag fiosrú a rialacha féin a shocrú.

Ní bheidh sé éasca cloí. Tá difríocht mhór idir cadhnraí sa cheimic agus sa tógáil, rud a fhágann go bhfuil sé deacair córais athchúrsála éifeachtacha a chruthú. Agus is minic a shealbhaítear na cealla le chéile le gliúnna diana a fhágann go bhfuil siad deacair iad a thógáil óna chéile. Chuir sé sin le constaic eacnamaíoch: Is minic go mbíonn sé níos saoire do dhéantóirí ceallraí miotail úrmhianaithe a cheannach ná ábhair athchúrsáilte a úsáid.




Forbraíonn an t-eolaí ábhar Dana Thompson tuaslagóirí chun miotail luachmhara a bhaint as cadhnraí cairr caite. INSTITIÚID FARADAY

 

Ní hamháin go gcuirfeadh modhanna athchúrsála níos fearr cosc ​​ar thruailliú, dar le taighdeoirí, ach chuideodh siad freisin le rialtais a slándáil eacnamaíoch agus náisiúnta a threisiú trí sholáthairtí de phríomh-mhiotail ceallraí atá á rialú ag náisiún amháin nó roinnt náisiún a mhéadú. “Ar thaobh amháin, is fadhb bhainistíochta dramhaíola é [ceallraí EV a dhiúscairt]. Agus ar an taobh eile de, is deis é chun sruth tánaisteach inbhuanaithe d’ábhair chriticiúla a tháirgeadh,” a deir Gavin Harper, taighdeoir de chuid Ollscoil Birmingham a dhéanann staidéar ar cheisteanna beartais EV.

 

Chun tús a chur le hathchúrsáil, tá rialtais agus tionscal ag cur airgid isteach i raon tionscnamh taighde. Tá Roinn Fuinnimh na SA (DOE) tar éis tuairim is $15 milliún a phumpáil isteach in Ionad ReCell chun staidéir eolaithe sa saol acadúil, sa tionscal agus i saotharlanna rialtais a chomhordú. Tá tacaíocht tugtha ag an Ríocht Aontaithe do thionscadal ReLiB, iarracht ilinstitiúideach. De réir mar a mhéadaíonn an tionscal EV, tá géarghá le dul chun cinn, a deir Linda Gaines, a oibríonn ar athchúrsáil ceallraí ag Saotharlann Náisiúnta Argonne DOE. “Is amhlaidh is luaithe is féidir linn gach rud a bhogadh,†a deir sise, “is amhlaidh is fearr.â€

CAIDREAMH EVa thógáil beagán cosúil le bábóg neadaithe. Go hiondúil, bíonn roinnt modúl i bpríomhphaca, gach ceann acu tógtha as líon mór cealla beaga (féach grafach, thíos). Laistigh de gach cill, bogann adaimh litiam trí leictrilít idir anóid graifíte agus leathán catóide comhdhéanta d'ocsaíd miotail. Is gnách go sainmhínítear cadhnraí ag na miotail sa chatóid. Tá trí phríomhchineál ann: nicil-cóbalt-alúmanam, iarann-fosfáit, agus nicil-mangainéis-cóbalt.

Anois, díríonn athchúrsálaithe go príomha ar mhiotail sa chatóid, mar chóbalt agus nicil, a fhaigheann praghsanna arda. (Tá litiam agus graifít ró-shaoire le hathchúrsáil le bheith eacnamaíoch.) Ach mar gheall ar na méideanna beaga, tá na miotail cosúil le snáthaidí i stoc féir: deacair iad a aimsiú agusrecover.



 

Chun na snáthaidí sin a bhaint as, bíonn athchúrsálaithe ag brath ar dhá theicníc, ar a dtugtar pyrometallurgy agus hydrometallurgy. Is é an ceann is coitianta ná pirometalluirgeacht, ina ndéanann athchúrsálaithe an chill a stialladh go meicniúil ar dtús agus ansin é a dhó, ag fágáil mais charred de phlaisteach, de mhiotail agus de ghliúnna. Ag an bpointe sin, is féidir leo roinnt modhanna a úsáid chun na miotail a bhaint, lena n-áirítear tuilleadh dóite. “Tá Pyromet go bunúsach ag caitheamh leis an gceallraí amhail is dá mba mhianach é” díreach ó mhianach, a deir Gaines. I gcodarsnacht leis sin, is éard atá i gceist le hidrometallurgy ná ábhair cheallraí a dhunadh i linnte aigéad, ag táirgeadh anraith miotail-ualaithe. Uaireanta cuirtear an dá mhodh le chéile.

Tá buntáistí agus míbhuntáistí ag gach ceann acu. Mar shampla, ní éilíonn pyrometallurgy go mbeadh a fhios ag an athchúrsálaí dearadh nó comhdhéanamh an cheallraí, nó fiú an bhfuil sé scaoilte go hiomlán, chun bogadh ar aghaidh go sábháilte. Ach tá sé dian ar fhuinneamh. Is féidir le hidrometallurgy ábhair a bhaint as nach bhfaightear go héasca trí dhó, ach is féidir go mbeadh ceimiceáin i gceist leis a chruthaíonn rioscaí sláinte. Agus is féidir a bheith deacair na heilimintí atá ag teastáil a ghnóthú ón anraith ceimiceach, cé go bhfuil taighdeoirí ag tástáil le comhdhúile a gheallann miotail ceallraí áirithe a dhíscaoileadh ach daoine eile a fhágáil i bhfoirm sholadach, rud a fhágann go bhfuil siad níos éasca a ghnóthú. Mar shampla, tá iarrthóir amháin sainaitheanta ag Thompson, meascán d'aigéid agus bunanna ar a dtugtar tuaslagóir eotéiticeach domhain, a thuaslagann gach rud ach nicil.

Táirgeann an dá phróiseas dramhaíl fhairsing agus scaoileann siad gáis cheaptha teasa, a fuarthas amach ag staidéir. Agus is féidir leis an tsamhail ghnó a bheith ar crith: Braitheann an chuid is mó d'oibríochtaí ar chóbalt aisghafa a dhíol chun fanacht i mbun gnó, ach tá lucht déanta ceallraí ag iarraidh aistriú ón miotal réasúnta daor sin. Má tharlaíonn sé sin, d’fhéadfaí athchúrsálaithe a fhágáil ag iarraidh carn “salachar” a dhíol, a deir an t-eolaí ábhar Rebecca Ciez ó Ollscoil Purdue.



 

AN IDEALathchúrsáil dhíreach, rud a choinneodh an meascán catóide slán. Tá sé sin tarraingteach do dhéantóirí ceallraí mar ní bheadh ​​próiseáil throm ag teastáil ó chatóidí athchúrsáilte, tugann Gaines faoi deara (cé go bhféadfadh go mbeadh ar mhonaróirí catóidí a athbheochan trí mhéideanna beaga litiam a chur leo). “Mar sin má tá tú ag smaoineamh ar gheilleagar ciorclach, tá [athchúrsáil dhíreach] i gciorcal níos lú ná pyromet nó hidromet.

Le linn athchúrsáil dhíreach, dhéanfadh oibrithe na cealla ceallraí leictrilít agus stialladh a shiúl i bhfolús ar dtús. Ansin, bhainfeadh siad ceanglóirí le teas nó tuaslagóirí, agus bhainfeadh siad úsáid as teicníc snámhachta chun ábhair anóid agus catóide a scaradh. Ag an bpointe seo, tá an t-ábhar catóide cosúil le púdar leanbh.

Go dtí seo, dhírigh turgnaimh athchúrsála díreach ar chealla aonair agus níor thug siad ach na mílte gram de phúdair chatóide. Ach tá samhlacha eacnamaíocha tógtha ag taighdeoirí ag Saotharlann Náisiúnta um Fhuinneamh In-athnuaite na SA a thaispeánann go bhféadfadh an teicníocht a bheith inmharthana amach anseo, dá ndéanfaí é a mhéadú faoi na coinníollacha cearta.

Chun athchúrsáil dhíreach a bhaint amach, áfach, ní mór do dhéantóirí ceallraí, athchúrsálaithe agus taighdeoirí go leor saincheisteanna a réiteach. Is é ceann amháin a chinntiú go lipéadaíonn monaróirí a gcuid cadhnraí, ionas go mbeidh a fhios ag athchúrsálaithe cén cineál cille a bhfuil siad ag déileáil leo agus an bhfuil luach ar bith ag na miotail chatóide. Mar gheall ar an margadh ceallraí atá ag athrú go tapa, tugann Gaines faoi deara, b'fhéidir nach mbeadh catóidí a mhonaraítear inniu in ann ceannaitheoir sa todhchaí a aimsiú. Bheadh ​​athchúrsálaithe ag “téarnamh dineasáir. Ní bheidh aon duine ag iarraidh an táirge.â€



 

Cinntíonn teicneoir sa Ghearmáin ceallraí litiam-ian dóite sula ndéantar tuilleadh athchúrsála. Wolfgang RATTAY/TRÉITHEOIRÍ

Dúshlán eile is ea cadhnraí oscailte EV a scoilteadh go héifeachtach. Is féidir le modúl ceallraí Leaf dronuilleogach Nissan 2 uair a thógáil chun é a dhíchóimeáil. Tá cealla Tesla uathúil, ní hamháin mar gheall ar a gcruth sorcóireach, ach freisin as an stroighin polúireatán beagnach doscriosta a choinníonn le chéile iad.

D'fhéadfadh go mbeadh innealtóirí in ann robots a thógáil a d'fhéadfadh luas a chur le dí-thionól ceallraí, ach tá saincheisteanna greamaitheacha fós ann fiú tar éis duit dul isteach sa chill, dar le taighdeoirí. Is é sin toisc go n-úsáidtear níos mó gliúnna chun anóidí, catóidí agus comhpháirteanna eile a choinneáil i bhfeidhm. Tá tuaslagóir amháin a úsáideann athchúrsálaithe chun ceanglóirí catóide a thuaslagadh chomh tocsaineach sin go bhfuil srianta tugtha isteach ag an Aontas Eorpach ar a úsáid, agus chinn an Ghníomhaireacht um Chaomhnú Comhshaoil ​​na SA anuraidh go bhfuil “riosca míréasúnta” ag baint leis d’oibrithe.

“I dtéarmaí na heacnamaíochta, caithfidh tú a dhíchóimeáil [agus] más mian leat díchóimeáil, caithfidh tú fáil réidh le gliúnna,” a deir Andrew Abbott, poitigéir ag an Ionad. Ollscoil Leicester agus comhairleoir Thompson.

CHUN AN PRÓISIS A ÉASÚ, Thompson agus taighdeoirí eile ag impí ar EV- agus batterymakers chun tús a dhearadh a gcuid táirgí le hathchúrsáil i gcuimhne. Bheadh ​​​​an ceallraí idéalach, a deir Abbott, cosúil le scáineadh Nollag, bronntanas saoire RA a thagann ar oscailt nuair a tharraingíonn an faighteoir ag gach ceann, ag nochtadh candy nó teachtaireacht. Mar shampla, díríonn sé ar Battery Blade, ceallraí ferrophosphate litiam a scaoiltear anuraidh ag BYD, déantóir EV na Síne. Ní bhaineann a phacáiste le comhpháirt an mhodúil, ina ionad sin stóráiltear cealla árasán díreach taobh istigh. Is féidir na cealla a bhaint go héasca de láimh, gan troid le sreanga agus gliúnna.

Tháinig Battery Blade chun cinn tar éis don tSín i 2018 monaróirí EV a dhéanamh freagrach as a chinntiú go ndéantar cadhnraí a athchúrsáil. Déanann an tír níos mó cadhnraí litiam-ian a athchúrsáil anois ná an chuid eile den domhan le chéile, ag baint úsáide as modhanna pyro- agus hidrometallurgical den chuid is mó.

Tá roinnt ceisteanna diana roimh náisiúin atá ag iarraidh beartais chomhchosúla a ghlacadh. Is é ceann amháin, a deir Thompson, ba cheart a bheith freagrach go príomha as athchúrsáil a dhéanamh. “An mé an fhreagracht sé mar gur cheannaigh mé [EV] nó an bhfuil an monaróir freagrach as mar rinne siad é agus go bhfuil siad ag díol é?â€

San Aontas Eorpach, d’fhéadfadh freagra amháin teacht níos déanaí i mbliana, nuair a scaoileann oifigigh an chéad riail don mhór-roinn. Agus an bhliain seo chugainn táthar ag súil go ndéanfaidh painéal saineolaithe a chruthaigh stát California meáite ar mholtaí a bhféadfadh tionchar mór a bheith acu ar aon bheartas de chuid na SA.

Deir taighdeoirí athchúrsála, idir an dá linn, go mbeidh níos mó ná dul chun cinn teicneolaíochta de dhíth ar athchúrsáil éifeachtach ceallraí. Is féidir leis an gcostas ard a bhaineann le hiompar earraí indóite achair fhada nó thar theorainneacha athchúrsáil a dhíspreagadh. Mar thoradh air sin, d’fhéadfadh “tionchar ollmhór” a bheith ag ionaid athchúrsála a chur sna háiteanna cearta,” a deir Harper. “Ach beidh fíordhúshlán ann maidir le comhtháthú córas agus na míreanna éagsúla taighde seo a thabhairt le chéile.”

Níl mórán ama le cur amú, a deir Abbott. “An rud nach bhfuil uait, is fiú 10 mbliana é de tháirgeadh cille nach féidir a bhaint amach go hiomlán,” a deir sé. “Níl sé ag tarlú fós” ach tá daoine ag béicíl agus buartha go dtarlóidh sé.â€



 

+8613738042576
[email protected]