Ścigacz.pl

Inżynierowie odkryli sposób na przekształcenie fosforu z miejskich ścieków w komponenty do baterii litowo-jonowych. Chińscy badacze twierdzą, że ich metoda może zaspokoić 35% zapotrzebowania na fosfor dla krajowego przemysłu baterii litowo-jonowych.

Wyniki badań chińskiego zespołu z Shenzhen zostały opublikowane w czasopiśmie "Engineering". Fosfor jest powszechnym składnikiem katod w bateriach litowo-jonowych, szczególnie w bateriach litowo-żelazowo-fosforanowych, które stanowią około 60% rynku baterii litowo-jonowych. Jako ważny składnik nawozów i chemikaliów przemysłowych, mineralny fosfor jest bardzo pożądany. Warto również dodać, że naturalne zasoby fosforu mogą wyczerpać się w ciągu najbliższych 50-100 lat.

Jednakże, jak zauważają chińscy naukowcy, z powodu uprzemysłowienia do rzek w Państwie Środka trafia rocznie ok. 250 000 ton fosforu. Zanieczyszczenia pochodzą z konsumpcji żywności i odpadów chemicznych. Jest to więcej fosforu niż ilość zużywana rocznie do produkcji baterii w Chinach!

Dotychczas istniejące metody ekstrakcji fosforu z osadów były nieefektywne i zaprojektowane do pozyskiwania fosforu w formie użytecznej dla wytwarzania nawozów. Jednakże ze względu na niską cenę nawozów, te metody ekstrakcji są niepopularne, co jest związane z ich ekonomiczną nieopłacalnością.

Naukowcy z Shenzhen Engineering Research Laboratory for Sludge and Food Waste Treatment and Resource Recovery opracowali przyjazną dla środowiska metodę ekstrakcji fosforu o wyższej wartości z osadów. Badacze wykorzystali ścieki z oczyszczalni w Shenzhen, już po biologicznym oczyszczeniu. Naukowcy dodali niewielką ilość chlorku żelaza do ścieków, co pozwoliło na koagulację fosforu w osad. Następnie osad został odwodniony w piecu, co trwa kilkanaście godzin, później przez dwie godziny musi być spiekany w temperaturze 600°C, a finalnie zostaje przepłukany kwasem solnym i wodą. Wynikiem tego procesu jest materiał bogaty w tlenki fosforu i żelaza, które mogłyby zastąpić do 35% fosforanu żelaza stosowanego zwykle do produkcji baterii litowo-żelazowo-fosforanowych.

Po uzyskaniu mieszanki pochodzącej ze ścieków chińscy naukowcy użyli jej do wytworzenia małych baterii litowo-jonowych. Baterie te mogły ładować się i rozładowywać z szybkościami wymaganymi dla pojazdów elektrycznych i dużych systemów magazynowania energii, zachowując 99,2% swojej pojemności po 100 cyklach ładowania i rozładowania.

Co ciekawe, baterie zawierające większe dawki materiału ze ścieków działały lepiej niż te z mniejszymi dawkami. Naukowcy sądzą, że zanieczyszczenia z osadów pomogły w stabilizacji baterii, poprawiając ich wydajność. W artykule opublikowanym w czasopiśmie "Engineering"  badacze stwierdzili, że "Ilość fosforu odzyskanego z miejskich ścieków może być wystarczająca, aby zaspokoić do 35% zapotrzebowania na fosfor w przemyśle baterii litowo-jonowych w Chinach, zwiększając opłacalność odzyskiwania fosforu i łagodząc globalny niedobór zasobów tego pierwiastka, co przyczynia się do czystej energii i zrównoważonego rozwoju."