Hvordan bakterier kan genvinde ædle metaller fra batterier til elbiler

Der er mere end 1,4 milliarder biler i verden i dag, og det tal kan fordobles inden 2036. Hvis alle de biler brænder benzin eller diesel, klimakonsekvenserne vil være voldsomme. Elbiler udsender færre luftforurenende stoffer, og hvis de er drevet af vedvarende energi, at køre en bil ville ikke føje til de drivhusgasser, der opvarmer Jordens atmosfære.

Men at producere så mange elektriske køretøjer (ofte forkortet til elbiler) i løbet af et årti ville forårsage en stigning i efterspørgslen efter metaller som lithium, kobolt, nikkel og mangan. Disse metaller er essentielle til fremstilling af EV-batterier, men de findes ikke alle steder. Det meste af verdens lithium ligger under Atacama-ørkenen i Sydamerika, hvor minedrift truer lokalbefolkningen og økosystemerne.

Førende producenter af elbiler skal holde importomkostningerne lave og finde en pålidelig kilde til disse råmaterialer. Udvinding af dybhavet er en mulighed, men det kan også skade levesteder og bringe dyrelivet i fare. På samme tid, Affaldselektronik fyldt med ædle metaller hober sig op på lossepladser og i nogle af verdens fattigste regioner – med 2,5 millioner tons tilføjet til det samlede antal hvert år.

EV-batterier i sig selv har kun en holdbarhed på otte til ti år. Lithium-ion-batterier genanvendes i øjeblikket med en beskeden sats på mindre end 5 % i EU. I stedet for at udvinde nye kilder til disse metaller, hvorfor ikke genbruge det, der allerede er derude?

Genbrugsøkonomien

De største genbrugere af lithium-ion batterier er baseret i Kina. Mens genbrug ofte behandles som en forpligtelse, som virksomheder skal betales for at gøre i Nordamerika og Europa, konkurrencen er så intens om døde batterier i Kina, at genbrugere er villige til at betale for at få fingrene i dem.

De fleste af de batterier, der bliver genbrugt, smeltes, og deres metaller udvindes. Dette gøres ofte i store kommercielle anlæg, som bruger masser af energi og derfor udleder masser af kulstof. Disse anlæg er dyre at bygge og drive, og kræver sofistikeret udstyr til at behandle de skadelige emissioner, der genereres af smeltningsprocessen. På trods af de høje omkostninger, disse planter genvinder sjældent alle værdifulde batterimaterialer.

Værdien af ​​det globale marked for metalgenanvendelse forventes at vokse fra US$52 milliarder (£37 milliarder) i 2020 til US$76 milliarder i 2025. Uden mindre energikrævende genanvendelsesmetoder, denne nye industri vil kun forværre miljøproblemerne. Men der er en naturlig proces til at udvinde ædelmetaller fra affald, som har været brugt i årtier.

Fejl til batterier

Bioudvaskning, også kaldet biomining, anvender mikrober, som kan oxidere metal som en del af deres stofskifte. Det har været meget brugt i mineindustrien, hvor mikroorganismer bruges til at udvinde værdifulde metaller fra malme. For nylig, denne teknik er blevet brugt til at rense og genvinde materialer fra elektronisk affald, især de trykte kredsløb på computere, solpaneler, forurenet vand og endda uran lossepladser.

Mine kolleger og jeg i Bioleaching Research Group på Coventry University har fundet ud af, at alle metaller, der findes i EV-batterier, kan genvindes ved hjælp af bioudvaskning. Bakterier som Acidithiobacillus ferrooxidans og andre ikke-toksiske arter målretter og genvinder metallerne individuelt uden behov for høje temperaturer eller giftige kemikalier. Disse rensede metaller udgør kemiske grundstoffer, og kan således genanvendes på ubestemt tid i flere forsyningskæder.

Opskalering af bioudvaskning involverer dyrkning af bakterier i inkubatorer ved 37°C, bruger ofte kuldioxid. Der skal ikke meget energi til, så processen har et meget mindre CO2-fodaftryk end typiske genbrugsanlæg, samtidig med at det bidrager med mindre forurening. Mens du reducerer spild af el-batterier, bioudvaskningsfaciliteter betyder, at producenter kan genvinde disse ædelmetaller lokalt, og stole mindre på de få producentlande.

Akademikere, der arbejder på bioudvaskning, stopper, når de har fjernet alle ædle metaller fra det elektroniske affald, og de flyder i opløsning. Det er ikke nok for industrien. Vi kombinerer bioudvaskning med elektrokemiske metoder, der kan fiske disse metaller ud og gøre dem nyttige for forsyningskæder. Desværre, eksisterende metoder inden for metalgenanvendelse, som involverer masser af energi og giftige kemikalier, er blevet brugt i årtier. Industrier har ikke altid råd til at innovere, så det er op til regeringen at påbyde ændringer og investere i renere alternativer.

EV-batterier er en teknologi, der stadig er i deres vorden. Genbrug af deres komponenter bør betragtes som en del af deres design. I stedet for at forblive en eftertanke, genbrug kan blive både begyndelsen og slutningen af ​​et EV-batteris livscyklus med bioudvaskning, producerer råvarer af høj kvalitet til nye batterier til lave miljøomkostninger.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.