Công nghệ sinh học có thể thu hồi thành công tới 95% lithium có độ tinh khiết cao từ pin đã qua sử dụng
của Đại học Surrey
Nguồn: Unsplash/CC0 Public Domain
Các nhà khoa học tại Đại học Surrey đã phát triển một công nghệ điện hóa vi sinh có khả năng thu hồi 90%–95% lithium từ pin lithium-ion đã qua sử dụng. Bước đột phá này cung cấp một giải pháp thay thế bền vững và tiết kiệm chi phí hơn cho các phương pháp thu hồi thông thường và có thể được mở rộng để thu hồi các kim loại có giá trị khác trong pin, như coban.
Dự án BioElectrochemical LIthium rEcoVEry (BELIEVE) được thiết kế để giải quyết một trong những thách thức lớn nhất trong quá trình tái chế pin lithium-ion—giảm chi phí về môi trường và kinh tế.
Giáo sư Claudio Avignone Rossa, giáo sư về vi sinh học hệ thống tại Đại học Surrey và là nhà nghiên cứu chính của dự án, cho biết, "Pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho rất nhiều công nghệ hiện đại của chúng ta, từ điện thoại đến xe điện, nhưng các quy trình tái chế hiện tại vẫn tiêu tốn nhiều năng lượng, tốn kém và không hiệu quả. Mục tiêu của chúng tôi là phát triển một hệ thống điện hóa sinh học (BES) sử dụng công nghệ điện hóa vi sinh để chiết xuất lithium có độ tinh khiết cao từ pin đã qua sử dụng—hiện tại rất khó thực hiện".
Các phương pháp truyền thống thu hồi một lượng nhỏ lithium, đôi khi chỉ 5%, trong khi các kỹ thuật tiên tiến hơn đạt được năng suất cao hơn nhưng lại phụ thuộc vào hóa chất ăn mòn.
Giáo sư Jhuma Sadhukhan, giáo sư kỹ thuật và phát triển bền vững tại Đại học Surrey và là đồng trưởng nhóm dự án cho biết, "Dự án này được triển khai kịp thời do luật pháp nghiêm ngặt về an toàn vật liệu, đặc biệt là các kim loại công nghệ như lithium. Về mặt này, người ta đã thử phương pháp chiết xuất-kết tủa, điện tổng hợp và tinh thể hóa để thu hồi lithium từ nước muối; tuy nhiên, các phương pháp này đặt ra những thách thức cụ thể, bao gồm tỷ lệ thu hồi thấp các hợp chất lithium.
"Cần phải có phương pháp tinh chế sinh học dựa trên công nghệ sinh học để khép kín vòng LIB và do đó cải thiện chất lượng sản phẩm và tỷ lệ thu hồi, độ bền của quy trình, công bằng xã hội, lợi nhuận kinh tế, sức khỏe, an toàn, môi trường và luật pháp. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tối ưu hóa một hệ thống sinh học để thu hồi lithium có độ tinh khiết cao từ khối đen công nghiệp, một vật liệu pin lithium-ion đã qua sử dụng sau quá trình xử lý nhiệt và cơ học, tách nhôm và sắt."
Tiến sĩ Siddharth Gadkari, giảng viên kỹ thuật hóa học tại Đại học Surrey và đồng lãnh đạo dự án, cho biết, "Bằng cách khai thác các vi sinh vật được lựa chọn đặc biệt để truyền electron và chiết xuất lithium, chúng tôi đã phát triển một phương pháp sạch hơn, bền vững hơn, giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào các hóa chất độc hại.
"Các bước tiếp theo của chúng tôi sẽ tập trung vào các đề xuất mở rộng công nghệ để thu hồi và tách tất cả các kim loại có giá trị khỏi pin, bao gồm coban, niken và mangan có giá trị cao. Mặc dù đầy thách thức, nhưng đây là một bước quan trọng hướng tới việc thiết lập nền kinh tế pin thực sự tuần hoàn."
Tiến sĩ Marina Ramirez Moreno, nghiên cứu viên của dự án, cho biết, "Các hệ thống điện hóa sinh học cực kỳ linh hoạt, mang lại nhiều khả năng nhờ vào nhiều biến số mà chúng ta có thể tinh chỉnh. Mặc dù chúng ta vẫn đang trong giai đoạn đầu và phải đối mặt với nhiều thách thức, nhưng những kết quả ban đầu này vô cùng thú vị.
"Công trình của chúng tôi mở ra cánh cửa cho những đổi mới công nghệ sinh học hơn nữa—kết hợp các kỹ thuật hiếm khi được kết hợp trước đây để hoạt động trong sự hiệp lực mạnh mẽ. Mục tiêu của chúng tôi là cho phép thu hồi bền vững các kim loại có giá trị như lithium, vốn rất quan trọng đối với cuộc sống hiện đại. Chúng tôi mong muốn tiếp tục khám phá và phát triển lĩnh vực thú vị này với các nhà nghiên cứu trong tương lai."
Việc phát triển một quy trình có thể mở rộng quy mô, thu hồi hiệu quả lithium, coban và các kim loại có giá trị khác không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn giảm sự phụ thuộc vào các hoạt động khai thác gây hại cho môi trường.
Quy trình này cũng phù hợp chặt chẽ với các quy định của Thỏa thuận Xanh EU 2020, đặt mục tiêu đạt hiệu suất tái chế 65% đối với pin lithium-ion và tỷ lệ thu hồi vật liệu 70% đối với lithium vào năm 2030. Các quy định tương tự dự kiến sẽ được ban hành tại Vương quốc Anh, nhấn mạnh tầm quan trọng của những đóng góp của dự án BELIEVE đối với công nghệ bền vững và quản lý tài nguyên.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu có kế hoạch đưa ra các đề xuất mới để tìm hiểu cách họ có thể thu hồi tất cả các kim loại từ pin lithium-ion.
