นักวิทย์อังกฤษใช้ ‘น้ำมันทำอาหาร’ รีไซเคิลแบตลิเธียมในไม่กี่นาที

แม้น้ำมันและน้ำจะไม่สามารถผสมกันได้ แต่นักวิจัยสามารถสร้าง ‘นาโนดรอปเล็ต’ โดยใช้อัลตราซาวด์

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเลสเตอร์ (University of Leicester) ในสหราชอาณาจักร ได้พัฒนาเทคนิคที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพสูง โดยใช้น้ำและน้ำมันทำอาหารเพื่อสกัดโลหะมีค่าและรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion) ที่เสื่อมสภาพ

วิธีนี้ช่วยให้สามารถแยกโลหะมีค่าที่อุณหภูมิห้องได้ภายในไม่กี่นาที ตามที่ระบุไว้ในข่าวประชาสัมพันธ์ ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นในช่วงที่โลกกำลังพึ่งพาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมากขึ้น ทำให้วิธีการรีไซเคิลที่ยั่งยืนกลายเป็นเรื่องสำคัญยิ่ง

กระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่ Li-ion เป็นอย่างไร?

คาดการณ์ว่ามีรถยนต์ไฟฟ้าประมาณ 40 ล้านคัน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กว่า 10,000 ล้านชิ้นที่ใช้แบตเตอรี่ Li-ion อย่างไรก็ตาม การขาดกฎระเบียบเกี่ยวกับการใช้งานทำให้แบตเตอรี่เหล่านี้ไม่ได้ถูกออกแบบมาให้สามารถรีไซเคิลได้ง่าย ปัจจุบัน วิธีการรีไซเคิลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายอาศัยกระบวนการไพโรเมทัลโลจี (pyrometallurgy) หรือไฮโดรเมทัลโลจี (hydrometallurgy) ซึ่งต้องใช้ความร้อนสูงและสารเคมีที่มีฤทธิ์เป็นกรดรุนแรงในการสกัดโลหะมีค่า

เมื่อแบตเตอรี่ Li-ion หมดอายุการใช้งาน พวกมันจะถูกเก็บรวบรวมและบดให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ จนกลายเป็นวัสดุที่มีลักษณะคล้าย “เค้กสีดำ” (black mass) ซึ่งภายในประกอบด้วยคาร์บอนในรูปแบบกราไฟท์ ลิเธียม นิกเกิล โคบอลต์ และแมงกานีส ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของแบตเตอรี่แต่ละชนิด

กระบวนการรีไซเคิลแบบดั้งเดิมต้องใช้ความร้อนและกรดในการสกัดโลหะมีค่า ซึ่งเพิ่มการปล่อยคาร์บอนให้กับห่วงโซ่อุปทานของแบตเตอรี่ Li-ion นอกจากนี้ กระบวนการเหล่านี้ยังทำลายโครงสร้างผลึกของออกไซด์ของโลหะลิเธียม ทำให้ต้องมีการสังเคราะห์ใหม่เพื่อให้สามารถนำกลับมาใช้ได้

อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเลสเตอร์ได้ค้นพบแนวทางที่ยั่งยืนมากขึ้น โดยใช้น้ำและน้ำมันทำอาหารแทน

วิธีรีไซเคิลที่ยั่งยืน ต้นทุนต่ำ และมีประสิทธิภาพสูงกว่า

เป็นที่รู้กันดีว่าน้ำและน้ำมันไม่สามารถผสมกันได้ อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยที่นำโดยเจค หยาง (Jake Yang) ได้ใช้อัลตราซาวด์เพื่อสร้าง ‘นาโนดรอปเล็ต’ ของน้ำมัน ซึ่งสามารถลอยอยู่ในน้ำได้นานเป็นสัปดาห์

เมื่อนำหยดน้ำมันนาโนเหล่านี้เข้าสู่สาร black mass พวกมันจะเกาะติดกับคาร์บอนเสมือนกาว และช่วยจับอนุภาคกราไฟท์ให้รวมตัวกันเป็นกลุ่มขนาดใหญ่ที่สามารถลอยบนผิวน้ำได้ กระบวนการนี้ทำให้โลหะมีค่าและลิเธียมยังคงอยู่ใน black mass ในขณะที่กราไฟท์ที่ลอยขึ้นมาสามารถแยกออกไปได้ง่าย ต่างจากวิธีการดั้งเดิมที่ต้องใช้ความร้อนและกรด ซึ่งทำให้วัสดุที่รีไซเคิลได้เสื่อมคุณภาพ แต่วิธีการนี้ช่วยรักษาโครงสร้างผลึกของวัสดุที่กู้คืนมาได้ และสามารถนำกลับไปใช้ผลิตเซลล์แบตเตอรี่ใหม่ได้โดยตรง

ข้อดีที่สำคัญของวิธีใหม่นี้

1. ประสิทธิภาพด้านพลังงานและความยั่งยืน

เทคนิคใหม่นี้ช่วยลดการใช้พลังงานลงอย่างมาก วิธีการรีไซเคิลแบบดั้งเดิมต้องใช้ความร้อนสูง—มักถึง 850°C—เพื่อเผาสารยึดเกาะและแยกวัสดุ ในทางกลับกัน วิธีการใช้อัลตราซาวด์ร่วมกับน้ำมันในน้ำนี้ใช้พลังงานเพียง 1% ของพลังงาน ที่ปกติใช้ในการกำจัดสารยึดเกาะ ทำให้เป็นตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

2. ลดต้นทุน

กระบวนการนี้ช่วยลดความจำเป็นในการใช้สารเคมีราคาแพงและลดต้นทุนการใช้พลังงาน ทำให้เป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่ากระบวนการไพโรเมทัลโลจีและไฮโดรเมทัลโลจี ด้วยความกังวลที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ของการรีไซเคิลแบตเตอรี่ วิธีนี้อาจเป็นโซลูชันที่สามารถนำไปขยายขนาดได้

3. คุณภาพของวัสดุที่กู้คืนได้สูง

วิธีการดั้งเดิมมักทำให้วัสดุแบตเตอรี่เสื่อมคุณภาพจนต้องผ่านกระบวนการปรับแต่งเพิ่มเติมก่อนนำกลับมาใช้ใหม่ อย่างไรก็ตาม วิธีการใหม่นี้ รักษาโครงสร้างผลึกของวัสดุขั้วบวก และให้ความบริสุทธิ์ของวัสดุที่กู้คืนได้สูงถึง 96.6% ทำให้สามารถนำไปใช้ผลิตแบตเตอรี่ใหม่ได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติม

การขยายขนาดและการใช้งานในอนาคต

นักวิจัยได้ยื่นขอสิทธิบัตรสำหรับกระบวนการรีไซเคิลแบบวงจรสั้น (short-loop recycling) นี้ ซึ่งสามารถทำให้การรีไซเคิลแบตเตอรี่มีความยั่งยืนและมีต้นทุนที่ถูกลง

“วิธีการที่รวดเร็ว เรียบง่าย และต้นทุนต่ำนี้ อาจเปลี่ยนโฉมการรีไซเคิลแบตเตอรี่ในระดับอุตสาหกรรม” เจค หยาง กล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์

“ขณะนี้เราหวังว่าจะสามารถร่วมมือกับภาคส่วนต่าง ๆ เพื่อขยายเทคโนโลยีนี้ให้ใหญ่ขึ้น และสร้างเศรษฐกิจหมุนเวียนสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน”

ทีมวิจัยกำลังทำงานร่วมกับมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม (University of Birmingham) เพื่อรวมเทคโนโลยีการรีไซเคิลแบตเตอรี่ Li-ion อื่น ๆ และทดสอบแนวทางนี้ในโรงงานนำร่องที่สามารถประมวลผล black mass ได้หลายสิบกิโลกรัมต่อชั่วโมง นับเป็นก้าวสำคัญสู่การนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในระดับอุตสาหกรรม

อนาคตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของการรีไซเคิลแบตเตอรี่

ด้วยกระแสการใช้พลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้น การรีไซเคิลแบตเตอรี่จำเป็นต้องพัฒนาให้ทันต่อความต้องการ การใช้น้ำมันทำอาหารและคลื่นอัลตราซาวด์เป็นทางเลือกใหม่ที่สามารถทำให้กระบวนการรีไซเคิลมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ขอบคุณ ผลการวิจัยนี้ที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร RSC Sustainability หากใครสนใจเรียนรู้จากงานวิจัยฉบับเต็บสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ : Using ultrasonic oil–water nano-emulsions to purify lithium-ion battery black mass – RSC Sustainability (RSC Publishing)

**บทความชิ้นนี้ถูกแปลขึ้นมาใหม่โดย เว็บไซด์หรืองานวิจัยต้นทางไม่มีส่วนเกี่ยวข้องในการตรวจสอบความถูกต้องของบทความ**