استخراج فلزات حیاتی از پسماند پنلهای خورشیدی با کمک اسیدهای آلی
پژوهش جدید دانشمندان لهستانی نشان میدهد که اسیدهای آلی میتوانند فلزات حیاتی را از پنلهای خورشیدی فرسوده جدا کنند.
به گزارش سیناپرس، رونق انرژی خورشیدی یک راز ناخوشایند را در دل خود دارد و آن راز این است که همه پنلهای فتوولتائیک امروزه، روزی به زباله تبدیل خواهند شد.
«آژانس بینالمللی انرژیهای تجدیدپذیر» اعلام کرده است که تا سال ۲۰۳۰ لازم است بین ۱.۷ تا هشت میلیون تن از این پنلها از رده خارج شوند و با حرکت ظرفیت نصبشده به سوی رقم ۴۵۰۰ گیگاوات تا اواسط قرن حاضر، این رقم ممکن است به شدت افزایش یابد و به ۶۰ تا ۷۸ میلیون تن برسد.
یک پژوهش جدید، روشی سبزتر را برای استخراج این کوه زباله ارائه میدهد و نشان میدهد که ترکیبی از امواج فراصوت و محلولهای اسیدی نسبتاً بیخطر میتواند عناصر ارزشمند و حیاتی از نظر فناوری را به صورت انتخابی از پنلهای خورشیدی خردشده بیرون بکشد؛ بدون این که به مواد شیمیایی صنعتی خورندهای که بر شیوههای بازیافت کنونی حاکم هستند، متکی باشد.
این پژوهش که به سرپرستی «جورج یاندم»(George Yandem)، «کاتارزینا گریگویچ»(Katarzyna Grygoyć) و «ماگدالنا یابلونسکا-چاپلا»(Magdalena Jabłońska-Czapla) از «آکادمی علوم لهستان» به همراه «جوآنا ویلنر»(Joanna Willner) و «توماس ماتولا»(Tomasz Matuła) از «دانشگاه صنعتی سیلسیا» انجام شده است، به پرسشی میپردازد که به طور شگفتآوری توجه سیستماتیک کمی را به خود جلب کرده است.
پرسش این است که روش پیشعملیات برای یک پنل آسیبدیده چگونه با شیمی محلول شستوشو تعامل دارد تا مشخص شود کدام فلزات و چه مقدار حل میشوند. پژوهشگران به جای آزمایش یک فرآیند به صورت جداگانه، یک مقایسه کامل از سه مسیر پیشعملیات را در برابر چهار عامل شستوشوی شیمیایی متمایز با استفاده از یک ماژول سیلیکون پلیکریستال از رده خارجشده انجام دادند.
این سه پیشعملیات، راهبردهای اصلی رقیب در دنیای بازیافت امروز را نشان دادند. آسیاب مکانیکی به سادگی ماژول را به ذراتی با قطر کمتر از ۰.۵ میلیمتر خرد کرد. پیرولیز، ماده را به مدت دو ساعت تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد گرم کرد و کپسولهای پلاستیکی که شیشه، سیلیکون و فلز فشردهشده را به هم میچسباند، سوزاند.
شستوشو با استون، کپسول اتیلن-وینیل استات را به صورت شیمیایی نرم کرد و اجازه داد تا شیشه تراشیده شود و پلیمر حلشده تحت خلأ فیلتر شود. سپس هر مسیر با اسید سیتریک، اسید اگزالیک، اتیلندیآمینتترااستیک اسید یا اسید نیتریک غلیظ همراه شد و در حمام اولتراسونیک با فرکانس ۴۰ کیلوهرتز و دمای محیط، با نسبت جامد به مایع یک گرم به بیست میلیلیتر در زمان عملیات از ۱۰ تا ۶۰ دقیقه شسته شد.
پیش از آغاز هرگونه شستوشو، پژوهشگران دقیقاً مشخص کردند که زبالهها حاوی چه عناصری هستند و این عناصر پس از آسیاب شدن به کجا میرسند. آنها با استفاده از هضم مایکروویو و طیفسنجی جرمی پلاسمای جفتشده القایی، موادی را یافتند که عمدتاً شامل مس، قلع، سرب، آنتیموان، کروم، نقره و نیکل هستند و غلظتهای کمتر اما قابل توجه از نظر زیستمحیطی کبالت، گالیم، ژرمانیوم، ایندیوم، مولیبدن و تلوریم را در بر دارند. نکته مهم این است که غربال کردن نشان داد بیشتر این عناصر در ریزترین گرد و غبار متمرکز شدهاند.
ذرات کوچکتر از ۰.۰۵ میلیمتر تنها ۱۳.۴ تا ۱۴.۴ درصد از کل جرم را تشکیل میدادند اما بالاترین غلظت بیشتر عناصر را داشتند. این بدان معناست که یک بازیافتکننده میتواند فقط بخش ریز را پردازش کند و تقاضای معرف، هزینه تصفیه و بار آلاینده را به طرز چشمگیری کاهش دهد. این اطلاعات، ارزش عملی فوری دارند زیرا خرد کردن در مقیاس صنعتی میتواند باقیماندهها را به سمت غلظتهایی قابل مقایسه با سنگ معدن فلز سوق دهد.
گزارش اخیر از برنامه سیستمهای انرژی فتوولتائیک آژانس بینالمللی انرژی نشان میدهد که بازیافتکنندگان تجاری در حال حاضر خطوط ترکیبی را راهاندازی میکنند که شامل جداسازی خودکار، خرد کردن، مرتبسازی مکانیکی و شستوشوی شیمیایی با ظرفیت بین ۲۰ هزار تا ۶۳ هزار تن در سال است. در پاییندست، فلزات محلول معمولاً از طریق شفافسازی، جداسازی انتخابی، تغلیظ و بازیابی نهایی با رسوبگذاری، استخراج با حلال، تبادل یونی، سیمانسازی یا الکترولیز به محصولات قابل فروش تبدیل میشوند.
چالشی که این پژوهش به آن میپردازد، این است که این مراحل هیدرومتالورژی به طور سنتی به اسیدهای نیتریک، سولفوریک و هیدروفلوئوریک وابسته هستند؛ یعنی واکنشدهندههای بسیار خورنده و سمی که جابهجایی و دفع آنها بار زیستمحیطی خاص خود را دارد و اعتبار پایداری را که بازیافت خورشیدی قرار است ارائه دهد، تهدید میکند.
به نقل از ایسنا، پیام اصلی این پژوهش قابل توجه است. پیام این است که پنل خورشیدی در همه عمر یک ماده معدنی سودمند است. با نزدیک شدن به میلیونها تن پنل خورشیدی به دوران بازنشستگی، این قابلیت تنظیم بسیار ارزشمند است.
این پژوهش در مجله «Clean Technologies and Environmental Policy» به چاپ رسید.
