به گزارش تجارت نیوز، بحران زباله‌های الکترونیکی و پلاستیکی در جهان، چالش بزرگی برای محیط زیست و صنعت بازیافت ایجاد کرده است. هر سال میلیون‌ها باتری لیتیوم و هزاران تُن پلاستیک وارد چرخه زباله می‌شوند، در حالی که بخش زیادی از آن‌ها قابل بازیافت هستند. حالا محققان چینی روشی نوآورانه ابداع کرده‌اند که می‌تواند همزمان دو نوع از این زباله‌ها – باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LFP) و پلاستیک پِت (PET) را با کمک نور خورشید به مواد ارزشمند شیمیایی تبدیل کند. این دستاورد می‌تواند مسیر بازیافت چرخشی و شیمی سبز را متحول کند.
تبدیل باتری‌های LFP به کاتالیزور خورشیدی قدرتمند
این تیم تحقیقاتی موفق شد از باتری‌های LFP مصرف‌شده، کاتالیزور Fe₂O₃/گرافیت بسازد. مراحل کار شامل جداسازی کاتدهای فسفات آهن (FePO₄) و آندهای گرافیتی بود. گرافیت با حذف یون‌های لیتیوم تصفیه شد تا جذب نور افزایش یابد. سپس آهن از FePO₄ استخراج و با استفاده از روش اشباع‌سازی و پیرولیز کنترل‌شده، روی گرافیت بازیافتی رسوب داده شد.
نتیجه این فرآیند، یک ترکیب هیبریدی FeOX/گرافیت بود که هم قابلیت جذب گسترده نور کربن را داشت و هم قدرت کاتالیزوری بالای اکسید آهن را. بررسی با میکروسکوپ الکترونی نشان داد که نانوذرات Fe₂O₃ به‌طور یکنواخت روی سطح پخش شده‌اند و می‌توانند گرمای خورشیدی را کارآمد تولید کرده و واکنش‌های کاتالیزوری را تقویت کنند.
آزمایش تجزیه PET با انرژی خورشیدی
برای آزمایش عملی، کاتالیزور در معرض نور خورشید شبیه‌سازی‌شده قرار گرفت تا پلاستیک PET (یک پلی‌استر پرمصرف) را تجزیه کند. نتیجه شگفت‌انگیز بود: در عرض یک ساعت، ۵۹ درصد PET تجزیه شد و ۳۹ درصد از آن به مونومر BHET با خلوص بالا تبدیل گردید. این بازده بیش از سه برابر و هشت برابر بهتر از روش‌های حرارتی معمولی در همان دما بود.
بررسی سینتیکی نشان داد که بهبود عملکرد عمدتاً به دلیل گرمایش موضعی ناشی از انرژی خورشید است، نه واکنش‌های فتوشیمیایی. این روش علاوه بر بازده بالاتر، مصرف انرژی کمتری داشت.
دوام و پایداری در استفاده طولانی‌مدت
در آزمایش‌های دوام، این کاتالیزور توانست پس از ۱۵ چرخه استفاده مجدد، بیش از ۹۰ درصد از راندمان اولیه خود را حفظ کند. به گفته گوئیلینگ وانگ، استاد دانشگاه مهندسی هاربین و نویسنده مسئول مطالعه، این پایداری برای استفاده صنعتی بسیار حیاتی است.
آزمایش در مقیاس واقعی و نتایج فوق‌العاده
برای شبیه‌سازی شرایط واقعی، تیم تحقیقاتی یک راکتور خورشیدی فضای باز طراحی کرد. این سیستم با استفاده از یک لنز فرنل برای تمرکز نور خورشید، به دمای بالاتر از ۱۹۰ درجه سانتی‌گراد رسید و توانست در ۳۰ دقیقه، ۹۹.۸ درصد PET را به مونومر تبدیل کند و ۳۹ گرم BHET با بازده ۹۴ درصد تولید کند.
این راکتور حتی توانست انواع PET پس از مصرف – شامل بطری‌های رنگی، فیلم‌های پلاستیکی، منسوجات و جعبه‌های ناهار – را بدون مشکل و با همان راندمان پردازش کند، حتی در حضور رنگدانه‌ها و پلیمرهای مخلوط.
ارزیابی اقتصادی و زیست‌محیطی
با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus، یک سناریوی صنعتی برای فرآوری سالانه ۱۰۰ هزار تن PET مدل‌سازی شد. نتیجه نشان داد که حداقل قیمت فروش BHET بازیافتی ۱۲ درصد ارزان‌تر از مونومرهای تولیدشده از مواد اولیه نو است.
از نظر زیست‌محیطی، این روش نسبت به فرآیندهای حرارتی سنتی، مصرف انرژی کمتری داشت و توانست بیش از ۸۳ تن آلاینده گازی اسیدی و ۳۴,۴۷۴ تن انتشار گازهای گلخانه‌ای معادل دی اکسید کربن را در سال کاهش دهد.
پتانسیل گسترده برای مدیریت پسماند
به نقل از IE، روش ساخت این کاتالیزور به‌صورت مدولار طراحی شده است، به طوری که می‌توان آن را برای انواع پلاستیک‌ها و ترکیبات باتری بهینه کرد. این انعطاف‌پذیری، پتانسیل بالای آن را برای استفاده در بازیافت چرخشی و شیمی سبز نشان می‌دهد.
محققان قصد دارند تولید را در مقیاس صنعتی افزایش دهند، بازیابی انرژی را بهبود بخشند و فرآیند ساخت یکپارچه‌تری ایجاد کنند. آن‌ها همچنین به دنبال بررسی تأثیر فرسودگی باتری بر عملکرد کاتالیزور هستند تا کارایی آن در جریان‌های مختلف زباله را ارتقا دهند.
این دستاورد چینی نشان می‌دهد که با نوآوری و استفاده هوشمندانه از زباله‌های کم‌ارزش، می‌توان راه‌حل‌هایی پایدار و مقرون‌به‌صرفه برای بحران جهانی زباله پیدا کرد. تبدیل باتری‌های LFP قدیمی و پلاستیک PET به مواد ارزشمند با کمک انرژی خورشیدی نه‌تنها از نظر اقتصادی سودآور است، بلکه اثرات زیست‌محیطی مثبت چشمگیری نیز دارد. این فناوری می‌تواند آینده بازیافت صنعتی را دگرگون کند و گامی مهم در مسیر اقتصاد چرخشی و کربن صفر باشد.
