Leybold vakum teknolojisi

Vakumla işleme, nadir ham maddeler için yüzde 95'e varan geri dönüşüm oranlarını garanti eder

Vakum teknolojisi, lityum iyon pillerin üretimindeki pek çok aşamada kullanılır: pil bulamaçlarının karıştırılması ve gazının alınması, bobinlerin kurutulması, dolum işlemleri ve sonrasındaki sızıntı testleri bunlardan bazılarıdır. Vakum teknolojisi, hücre modüllerinin kurutulabildiği mekanik geri dönüşüm süreçlerinde de vazgeçilmez bir yere sahiptir.

Üç geri dönüşüm süreci:

1. Pirometalurji
Geri dönüşüm sürecinin ilk aşaması için üç farklı yöntem mevcuttur. İlk olarak, hücre modülleri daha ileri işlemlere tabi tutulabilecek parçalara ayrıştırılır. Vakum teknolojisi uzmanı Leybold'un Endüstriyel Bölüm Uygulama Müdürü Sebastian Rosensträter, bu yöntemlerden ilkinin pirometalurji olduğunu belirtiyor. Yüksek fırın sürecine benzeyen bu yöntemde, pil hücreleri bir fırına yerleştirilir. Rosensträter, tüm malzemenin ısıtılıp yakıldığını açıklıyor. Sürecin sonunda kobalt, nikel, bakır ve muhtemelen demirden oluşan bir alaşım elde edilir. Geriye kalan yanma cürufu ise alüminyum ve lityum içerir; grafit ve plastik bileşenler ise tamamen yanıp yok olur. Elde edilen alaşım işlenerek kobalt, bakır ve nikel gibi ham maddelerin yeniden kullanılması sağlanır. Bu yöntemle, kütle bazında yüzde 50'ye varan oranda geri dönüşüm gerçekleştirilebilir.

2. Alternatif piroliz
Havasız ortamda ve daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşen piroliz, bir ayrıştırma sürecidir ve bu işlem sırasında ortaya çıkan egzoz gazlarının ayrıca arıtılması gerekir. Enerji yoğun bir yöntem olsa da, alüminyumun geri kazanılmasına olanak tanır ve geri dönüşüm oranını yüzde 60'a kadar çıkarır.

3. Mekanik geri dönüşüm
Mekanik geri dönüşümde, büyük piller (araçlarda veya benzeri uygulamalarda kullanılan çekiş bataryaları) önce deşarj edilir, ardından parçalarına ayrılır. Deşarj işlemi, pillerin daha sonraki parçalama (öğütme) sürecinde kontrolsüz bir şekilde tepkimeye girmesini (termal kaçak gibi) önlemek için gereklidir. Ayrıca, pillerde kalan enerji, tesisin toplam enerji ihtiyacının büyük bir kısmını karşılamak için kullanılabilir. Daha büyük bataryaların ve daha küçük komple bataryaların (örneğin, akıllı telefonlardan vb.) sökülmüş modülleri, elektrolitten gelen yanıcı çözücülerin tutuşmasını önlemek için ya azot atmosferinde ya da vakumda ezilir. Bunlar, daha fazla işlemden önce uzaklaştırılmalıdır. Kurutma en iyi vakum teknolojisi kullanılarak yapılır. Sebastian Rosensträter, "Kapalı bir kap kullanıyorum, enerji sağlıyorum ve aynı anda basıncı düşürüyorum, böylece tüm süreç daha düşük sıcaklıklarda enerji verimli oluyor ve güvenli bir şekilde kurutulabiliyor" diye özetliyor. Sistem sızdırmaz ise, tutuşma meydana gelemez. Vakumda, elektrolit buharı çekilir ve daha sonra vakum pompalarının önünde veya arkasında yoğunlaşabilir ve yeniden kullanılabilir.

Sağlam vakum pompaları gereklidir
Vakum kurutmadaki zorluklardan biri, potansiyel olarak yanıcı çözücü buharlarıdır. Kullanıcıların yoğunlaşabilir, agresif buharları işleyebilen pompalara ihtiyacı vardır. Pompalarda yoğunlaşan çözücüler, sıkıştırma sırasında herhangi bir soruna neden olmamalıdır. İşlem gazlarının yağla yağlanmış yatak odalarına girmesini önlemek için iyi çalışan bir şaft contası gereklidir. Sebastian Rosensträter, hermetik olarak kapatılmış pompa gövdelerinin hem işlem gazlarının kaçmasını hem de havanın girmesini önleyerek yanıcı karışımların oluşmasını engellediğini açıklıyor.

Değerli malzemelerin çıkarılması
Mekanik geri dönüşüm, %95'e varan geri dönüşüm oranlarına ulaşmaktadır. Kurutmadan sonra, değerli siyah kütle, ince taneli ham madde karışımı, folyo ve plastik kalıntılarından mekanik olarak ayrılır. İkincisi yalnızca termal olarak geri dönüştürülür. Nikel, kobalt, bakır, lityum, grafit, elektrolit ve demir gibi değerli ham maddeler daha sonra hidrometalurjik işlemler (alkali ve bazların sulu çözeltileri kullanılarak ekstraksiyon) kullanılarak işlenebilir.

Tesis üreticileri şu anda uzmanlaşıyor
Sebastian Rosensträter'e göre, şu anda geri dönüşüm işini karlı hale getirecek kadar lityum iyon pil dolaşımda bulunmaktadır. Dahası, önümüzdeki yıllarda çekiş pilleri veya çekiş pillerinden ve tüketici elektroniğinden elde edilen modül hücrelerinin sayısı hızla artmaya devam edecektir. Lityum iyon pil içermeyen oyuncak, ev aleti veya el aleti neredeyse yok denecek kadar az. Bu piller geri dönüşüm döngüsüne girdiğinde yeterli konseptlerin ve endüstriyel tesislerin hazır bulunabilmesi için, söz konusu teknolojiyle şimdiden ilgilenmeye başlamanın tam zamanı.

"İkinci Ömür" (Second Life) konseptleri yalnızca geçici bir çözümdür.
Geri dönüşümün yanı sıra, pek çok girişim (start-up) "İkinci Ömür" konseptleri geliştirmek üzerinde çalışıyor. Bu konseptler, örneğin yenilenebilir enerjilerin depolanması gibi amaçlarla, araç bataryalarından elde edilen pil modüllerinin sabit depolama ünitelerine dönüştürülmesini kapsıyor. Ancak bu yalnızca geçici bir çözüm; orta vadede bu pillerin de geri dönüştürülmesi gerekecek. Günümüzde ticari olarak işletilen pil geri dönüşüm tesisi sayısı oldukça az. Oysa trafiğe kayıtlı elektrikli araçların sayısı ve pille çalışan cihazların miktarı sürekli artıyor.