سرنوشت باتری ها

از چند سال پیش سرنوشت باتری هایی که به سطل های زباله سپرده می شوند نگرانی من بود. چند روز پیش نشستم مختصری گشتم ببینم چی به سر باتری میاد وقتی عمرشون به سر میاد.
در این نوشتار سعی شده به بررسی اجمالی وضعیت بازیافت باتری پرداخته شود و در نگاهی دقیق تر باتری های یون لیتیوم که در سالیان اخیر مصرف آنها به شدت در وسایل دیجیتال گسترش پیدا کرده مورد بررسی قرار گیرند.

انواع باتری

باتری های یکبار مصرف

معمول ترین نوع باتری هایی هستند که در مصارف خانگی بکار می روند. این باتری ها پس از مصرف دور انداخته می شوند.این باتری ها با استفاده از واکنش های شیمیایی در ترکیبات روی و منیزیوم بطور مستقیم انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.انواع آن عبارتند از باتری های آلکالاین (همین قلمی های غیرقابل سارژ) و لیتیومی (مثل باتری ساعت، مادربرد و سمعک)

باتری های قابل شارژ

این دسته از باتری ها قابل شارژ مجدد بوده و لذا میتوان آنها را بارها مورد استفاده قرار داد. در این باتری ها جریان الکتریسیته باعث حرکت واکنش در جهت معکوس تولید جریان شده و باعث می شود انرژی بصورت شیمیایی در باتری ذخیره گردد. این باتری ها عموما شامل باتری های نیکل- کادمیوم، نیکل- متال هایبرید و یونی لیتیومی می شوند.

باتری های اسید- سرب

این باتری ها از نوع قابل شارژ بوده و عمدتا در وسایل نقلیه بکار می روند.

جنبه های زیست محیطی

باتری ها معمول ترین پسماند سمی در خانه ها هستند. جنبه های زیست محیطی باتری ها به پسماند آنها محدود نمی شود.این جنبه ها در مراحل زیر باید در نظر گرفته شوند:

 تولید

برای تولید باتری ها مواد معدنی باید استخراج گردند. برای این منظور مقدار زیادی سوخت های فسیلی در معادن به مصرف می رسند. فعالیت های معدنی علاوه بر ایجاد مساله گرمایش تدریجی، منجر به تخریب زیستگاه های طبیعی شده و حیات وحش را در معرض تهدید قرار       می دهد. همچنین فعالیت های معدنی باعث آلایندگی منابع آب و خاک می گردد.

توزیع

صدها میلیون باتری سالانه در کشور ها جا به جا می شوند و به خانه ها، انبار ها،مغازه ها و کارگاه ها ارسال می شوند. این نقل و انتقالات باعث سوزاندن میلیون ها لیتر سوخت فسیلی می گردد و زمینهای طبیعی بسیاری جهت احداث زیرساخت ها تخریب می گردد. همچنین بسته بندی پلاستیکی مورد استفاده جهت انتقال باتری ها از منابع فسیلی تامین شده است.

مرحله پایان عمر باتری

در محل های دفن،مواد شیمیایی موجود در باتری از محفظه فلزی آن به بیرون نشت کرده و باعث آلودگی زمین و آب های زیرزمینی با فلزات سنگین می گردد.
باوجودیکه باتری ها قابل بازیافت هستند 97 درصد آنها دفن می گردند. که این میزان در سال 2009 معادل 8000 تن در سال بوده است. نرخ رشد پسماند الکترونیکی سه برابر رشد پسماند های خانگی (در استرالیا) است. با در نظر گرفتن تمامی این ملاحظات، بازیافت باتری های کوچک موجود در وسایل الکترونیکی به نظر مهم می رسد.

راه حل:

به نظر می رسد اصلی ترین راه حل آگاه کردن مردم از خطرات زیست محیطی رها کردن باتری های مستعمل در خارج از مبادی جمع آوری رسمی زباله می باشد. همچنین ترغیب مصرف کننده به استفاده از باتری های قابل شارژ تا حد زیادی حجم پسماند تولیدی را کاهش خواهد داد. متاسفانه در کشور ما تاکنون مراکز مختص جمع آوری و بازیافت باتری های تجهیزات الکترونیکی راه اندازی نگردیده است اما به نظر می دسد با توسعه روزافزون این وسایل، لزوم احداث چنین مراکزی مشابه آنچه در کشور های پیشرفته مشاهده می شود، روز به روز بیشتر احساس     می گردد.

در ایالات متحده 97 درصد باتری های اسید- سرب بازیافت می شوند. 70 درصد وزن این باتری ها سرب است که بطور کامل قابل استفاده مجدد است لذا 50 درصد سرب مصرفی ایالات متحده از طریق بازیافت این گونه از باتری ها تامین می گردد. در مورد سایر انواع باتری ها وضع این گونه نیست و بازیافت آنها به این سادگی نیست. سازمان های مختلفی در حال کار روی بازیافت سایر انواع باتری ها هستند. در حال حاضر تنها حدود 20 تا 40 درصد باتری های تلفن همراه و باتری های غیرقابل شارژ در ایالات متحده بازیافت می گردند. نگرانی عمده نیز از ناحیه باتری های سربی است و باتری های لیتیومی خطر زیست محیطی کمتری دارند. باتری های نیکل کادمیوم در این بین از موقیعت بحرانی برخورداند چرا که به میزان زیاد در هواپیماها و روشنایی قایق های شهری بکار می روند. در حال حاضر اتحادیه اروپا ممنوعیت هایی را برای استفاده از این گونه باتری ها در نظر گرفته و در حال جایگزینی آنها با باتریهای نیکل- متال- هایبرید است. آسیب های دراز مدت استفاده از باتری های نیکل – کادمیوم در صورت استفاده به شکل فعلی نگران کننده خواهد بود.

در صورتی که این باتری ها در مراکز دفن زباله و همراه زباله دفن گردند، جداره فلزی بتدریج خورده شده و باعث نشت کادمیوم به منابع آبی می گردد. در حال حاضر نشانه هایی از وجود کادمیوم در آب اقیانوس ها مشاهده شده اما دانشمندان درباره منشا آن اطمینان ندارند. باتری های نیکل- متال – هایبرید نیمه سمی در نظر گرفته شده و توصیه می شود بطور جداگانه جمع آوری و دفن گردند.

لیتیوم فلزی موجود در برخی تجهیزات نظامی و وسایل کمک شنوایی و همچنین ساعت ها و باتری مادربرد ها حاوی این ماده هستند. لیتیوم فلزی در تماس با رطوبت بلافاصله آتش گرفته و از این رو ملاحظلات در خصوص دفن آنها باید صورت بگیرد. آتش گرفتن زباله های دفن شده به سختی قابل مهار است و ممکن است تا سالها زیر زمین احتراق آنها ادامه داشته باشد. خوشبختانه باتری های موبایل ها و لپ تاپ ها از نوع لیتیوم آزاد فلزی نیست. در آمریکای شمالی Toxco و مرکز بازیافت باتری های قابل شارژ Toxco and Rechargeable Battery Recycling Corporation (RBRC) باتری های مصرف شده را جمع آوری و بازیافت می کند. این سازمان باتری ها را جمع آوری و به مراکز بازیافت ارسال می کند. کارخانه TOXCO در بریتیش کلمبیا ادعا می کند تنها مرکز بازیافت باتری های بزرگ یونی لیتیومی در دنیا است. این کارخانه مقادیر زیادی از باتری های مصرفی جنگ عراق را بازیافت کرده است.

در اروپا و آسیا هم فعالیت های بازیافت صورت می گیرد. در ژاپن شرکت Sony و Sumitomo Metal و شرکت Unicore در بلژیک باتری های لیتیومی یونی را بازیافت و کبالت و سایر فلزات ارزشمند موجود در آنها را استخراج می کنند.

فرآیند بازیافت

فرایند بازیافت معمولا با جداسازی مواد قابل اشتعال نظیر پلاستیک ها و عایق ها از طریق سوزاندن آنها آغاز می گردد. یک اسکرابر باقیمانده مواد حاصل از احتراق را جمع آوری می کند و سل فلزی تمیز جدا می گردد. سپس سل ها قطعه قطعه شده و حرارت می بینند تا بصورت فلز مذاب درآیند. سایر ناخالصی های غیرفلزی بصورت سرباره روی سطح کوره مذاب جمع آموری خواهد شد. آلیاژهای فلزی مختلف بر اساس اختلاف وزن مخصوص بطور لایه ای روی هم قرار می گیرند و سپس بصورت کف گیری (Skimming )لایه های مختلف از هم جدا میشوند. کادمیوم نسبتا سبک بوده و در درجه حرارت بالا بخار می گردد. این بخار از روی ظرف مذاب توسط دمنده ها مکیده شده و پس از کاندنس شدن توسط کولر آبی (مبدل لوله ای که با آب خنک می شود) کادمیوم با خلوص 99.95 درصد بدست می آید. برخی مراکز بازیافت، فلزات را از یکدیگر جدا نمی کنند و در عوض آنها را بصورت شمش های 24 کیلویی (Pigs)  یا شمش 746 کیلویی (Hogs) و یا بسته های 3.17 کیلویی (Nuggets) خنک می کنند. این شمش ها به کارخانه های تولید فلزات ارسال شده و جهت تولید نیکل، کروم، آهن و فولاد آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرند.

شرکت توکسکو از ازت مایع جهت منجمد کردن باتریهای لیتیومی قبل از عملیات خرد کردن و جداسازی استفاده می کند. لیتیوم در یک محلول حل می شود تا از خصلت واکنش دهی شدید آن ممانعت شود. از این محلول در تهیه گریس ها و روان کننده های صنعتی استفاده می شود. فلز کبالت نیز به طریق مشابه جداسازی می گردد. فرایند بازیافت فلز از باتری شدیدا انرژی بر بوده و 6 تا 10 برابر استخراج از معدن یا سایر روش ها نیاز به انرژی می باشد. این هزینه ها چگونه تامین می شوند؟ باتری های نیکل- متال هایبرید بخاطر وجود نیکل از توجیه اقتصادی برخوردارند اما چون تقاضا برای فلز کادمیوم اندک است، باتری های نیکل- کادمیوم نیاز به حمایت دولتی دارند. همچنین باتری های یونی لیتیومی هم مقدار کمی فلز جهت بازیافت دارند و لذا آنها نیز به حمایت مالی نیاز دارند. بطور متوسط هزینه بازیافت باتری ها 1000 تا 2000 دلار بازای هر تن باتری است و اتحادیه اروپا امیدوار است با تاسیس کارخانه های کوچک جهت پروسس مقدماتی در نقاط کلیدی این هزینه را به 300 دلار کاهش دهد. اگر هزینه انتقال و نگهداری را نیز به این هزینه اضافه کنیم مبلغ فوق دو برابر خواهد شد.

خلاصه:

برنامه بازیافت باتری نیاز به حمایت دولت ها، سازمان ها و تولید کنندگان دارد. بدین منظور و در راستای توسعه صنعت بازیافت باتری ها در آمریکای شمالی، مالیات وضع شده بر تولید کنندگان در اختیار RBRC قرار می گیرد. کارخانه های بازیافت ادعا می کنند در صورت وجود خوراک پیوسته و رایگان، بازیافت هر نوع باتری توجیح اقتصادی خواهد داشت. در حال حاضر در کشور های پیشرفته با درخواست شهروندان بسته خالی بطور رایگان به منزل آنها ارسال می شود اما بسته پر شده با باطری های مستعمل با هزینه خود شهروند مجدد به مرکز بازیافت ارسال می گردد. چنین درخواستی از شهروندان کشورهای در حال توسعه به نظر دور از انتظار می رسد. با این حال تشویق شهروندان به استفاده از باتری های قابل شارژ مجدد، آسیب های زیست محیطی این محصولات را کاهش خواهد داد.