Ren energiteknologi skal designes til genbrug, siger eksperter

0
11

Virksomheder som Apple og Samsung er ikke de eneste, der laver højteknologiske enheder, der er svære at skille ad og genbruge. Det samme er producenterne af kritiske rene energiteknologier som solpaneler, vindmøller og batterier til elektriske køretøjer (EV) – og i modsætning til forbrugerteknologiindustrien, som langsomt begynder at vende nogle af sine ubæredygtige designpraksis, er der ikke meget at gjort ved det.

Batterier, solpaneler og vindmøller er alle væsentlige værktøjer til at bekæmpe klimaændringer. Disse teknologier kræver imidlertid betydelig energi og ressourcer at fremstille, og den bedste måde at sikre, at vi kan blive ved med at lave flere af dem bæredygtigt, er at genbruge disse ressourcer, når de er udtjent. Men i dag er genbrug af ren energi begrænset af designvalg, der hindrer adskillelse, herunder den udbredte brug af ultrastærke klæbemidler. Det kan ændre sig, siger eksperter, hvis de virksomheder, der fremstiller batterier i superstørrelse til elbiler og sjældne jordarters magneter til vindmøller, skifter til nye klæbemidler, der kan “afbindes” ved hjælp af lys, varme, magnetiske felter og mere, eller mod limfri designs.

“Design til genanvendelse er ikke rigtig kommet til det marked endnu,” siger Andy Abbott, professor i kemi ved University of Leicester, som for nylig var medforfatter til et reviewpapir om afbindbare klæbemidler og deres potentielle anvendelse i ren energi.< /p>

I stedet, siger Abbott, har producenterne en tendens til at “overengineere” deres produkter for sikkerhed og holdbarhed. Tag EV-batterier, som er sammensat af alt fra snesevis til tusindvis af individuelle, hermetisk forseglede celler limet sammen inde i moduler og pakker. Mens den store brug af klæbemidler er med til at sikre, at batterierne ikke falder fra hinanden på vejen, kan det gøre dem utroligt svære at skille ad for at genbruge individuelle celler eller genbruge kritiske metaller som lithium, kobolt og nikkel.

“I øjeblikket, fordi alt er bundet sammen, ender masser af batterier med at blive makuleret,” fortæller studiets medforfatter Gavin Harper, en ekspert i genbrug af elbiler ved University of Birmingham i Storbritannien. Randen. “Materialet er blandet sammen, hvilket gør de efterfølgende trin i genbrugsprocessen mere komplicerede.”

Solpaneler og vindmøller er også designet til holdbarhed på måder, der gør genbrug udfordrende. De fleste solpaneler er sammensat af siliciumceller belagt i lag af polymerforseglingsmidler, der binder cellerne til vejrbestandige glas- og plastikdæksler. Mens dette elektroniske sandwich-design betyder, at panelerne kan tilbringe årtier på en tagterrasse, der er udsat for elementerne, gør klæbemidlerne og tætningsmidlerne, der bruges i hele panelet, det svært at adskille komponenterne rent ved slutningen af ​​deres levetid. De sjældne jordarters magneter inde i vindmøllegeneratorer er i mellemtiden belagt med harpiks og lim, der kan skabe betydelig forurening for alle, der ønsker at genvinde og genbruge materialet. En enkelt vindmølle kan indeholde hundredvis af pund af sjældne jordarters grundstoffer, og efterspørgslen efter disse metaller vil stige i vejret, efterhånden som verden bygger flere elbiler og flere møller.

Abbott siger, at producenter lige er begyndt at vågne op til det faktum, at genvinding af de kritiske materialer inden for rene energiteknologier er vigtigt for at understøtte langsigtede forsyninger – og at der er behov for nye designtilgange for at lette det. “Virkelig kun inden for de sidste 18 måneder eller deromkring er den samtale begyndt at hæve hovedet,” siger han.

Abbott og Harpers nye papir udstikker en række potentielle veje mod en mere genanvendelig clean tech-sektor. Mens solcelleproducenter næppe vil eliminere klæbemidler på et tidspunkt, foreslår forfatterne, at producenterne kunne bevæge sig mod klæbemidler og tætningsmaterialer, der kan løsnes ved hjælp af kemikalier, magnetiske felter eller endda en højfrekvent sonisk puls. For vindmøllemagneter vil et klæbemiddel, der mister sin klæbrighed i nærvær af et stærkt magnetfelt, ikke fungere, men et klæbemiddel, der kan smeltes væk ved hjælp af varme, eller frigøres, når det udsættes for ultraviolet lys, kan være levedygtigt.

Design, der bruger færre klæbemidler, kan hjælpe med at forbedre genbrug af el-batterier enormt. Hvis batterier var nemmere at adskille ned til de enkelte celler, siger Harper, at det kunne gøre det nemmere at genvinde kritiske materialer inde i katoden, inklusive lithium, som sjældent genanvendes i dag. Og mindst én virksomhed er allerede i gang med at kommercialisere et klæbemiddelfrit batteridesign: I 2020 annoncerede den kinesiske batteriproducent BYD et nyt “Blade Battery”, som har lange, tynde celler, der clipses ind i hovedbatteripakken uden brug af lim. “Med hensyn til demontering er det trivielt,” siger Abbott. “Cellerne klippes bare ud.”

For elbil-batteriproducenter, der ikke ønsker at droppe limbaserede designs, er der “et stort antal metoder derude”, som kan føre til et mere afbindeligt klæbemiddel, siger Jenny Baker, en batteriopbevaringsekspert ved Swansea University i England. Udfordringen vil efter hendes opfattelse være at udvikle klæbemidler, der kan løsnes hurtigt, i en proces, der kan udføres i industriel skala.

“Sagen er nu at tage noget af videnskaben og prøve at flytte den ind på ingeniørsiden, så vi kan gøre den klar til virkelig storstilet genbrug, fordi vi ved, at der vil komme mange af disse batterier igennem,” Baker siger. Baseret på den forventede vækst i el- og energilagringsmarkederne har Harper anslået, at der i 2040 kan være omkring 8 millioner tons batteriaffald, der har behov for genbrug rundt om i verden. En tilsvarende mængde e-affald fra solenergi kan oversvømme genbrugsanlæg inden 2030.

For at overbevise producenter (og forbrugere) om at anvende mere genbrugsvenlige klæbemidler og klæbemiddelfrie designs, siger Baker, at de vil have brug for forsikringer om, at alternativerne ikke kompromitterer produktets holdbarhed eller levetid, hvilket i clean tech-sektoren ofte måles i årtier. Hun har mistanke om, at mange nye designs vil skulle “vejtestes” i produkter med en kortere levetid, hvor for tidlig fejl er “mindre af en risiko.”

Det kunne omfatte forbrugerteknologimarkeder, hvor bæredygtighedsorienterede virksomheder som Framework og Fairphone allerede udruller modulære og klæbefri bærbare computere og telefoner, der er beregnet til at blive adskilt nemt. Selv industrititaner som Apple og Dell har for nylig annonceret ambitiøse mål og produktkoncepter med fokus på genanvendelighed. Abbott har allerede haft indledende samtaler med en telefonproducent om lim, der kan frigøre en skærm meget lettere, selvom han siger, at virksomheden endnu ikke har taget ideen til sig.

I sidste ende, producenter kan blive tvunget til at overvinde deres modvilje mod at tilpasse produktdesign til genanvendelse, hvis politiske beslutningstagere begynder at pålægge det, eller hvis verden står over for mangel på de metaller og mineraler, der er nødvendige for at bygge disse teknologier. Da overgangen til ren energi får efterspørgslen efter højteknologiske metaller til at stige, siger Baker, at virksomheder bliver nødt til at begynde at blive mere kreative med hensyn til, hvor de kommer fra.

“Hvis du kan få [en ressource], men det er en rigtig høj pris, det er dårligt, men du kan sende prisen over på forbrugeren,” siger Baker. “Hvis du slet ikke kan få det, har du ingen sag.”

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here