Företag som Apple och Samsung är inte de enda som tillverkar högteknologiska enheter som är svåra att ta isär och återvinna. Så är tillverkarna av kritiska ren energiteknologier som solpaneler, vindturbiner och batterier för elfordon (EV) – och till skillnad från konsumentteknikindustrin, som långsamt börjar vända på en del av sin ohållbara designpraxis, finns det inte mycket att göra gjort åt det.
Batterier, solpaneler och vindkraftverk är alla viktiga verktyg för att bekämpa klimatförändringar. Dessa tekniker kräver dock avsevärd energi och resurser att tillverka, och det bästa sättet att säkerställa att vi kan fortsätta att göra mer av dem på ett hållbart sätt är att återvinna dessa resurser vid slutet av livet. Men idag begränsas ren energiåtervinning av designval som hindrar demontering, inklusive den utbredda användningen av ultrastarka lim. Det kan förändras, säger experter, om företagen som tillverkar extra stora batterier för elbilar och magneter för sällsynta jordartsmetaller för vindkraftverk går över till nya lim som kan “avbindas” med hjälp av ljus, värme, magnetfält och mer, eller mot limfritt mönster.
“Design för återvinning har inte riktigt kommit till den marknaden ännu”, säger Andy Abbott, professor i kemi vid University of Leicester som nyligen var medförfattare till en recensionsartikel om lösgörbara lim och deras potentiella användning i ren energi.< /p>
Istället, säger Abbott, tenderar tillverkare att “överkonstruera” sina produkter för säkerhet och hållbarhet. Ta elbilsbatterier, som består av allt från dussintals till tusentals individuella, hermetiskt förseglade celler limmade ihop inuti moduler och förpackningar. Även om den tunga användningen av lim hjälper till att säkerställa att batterierna inte faller isär på vägen, kan det göra dem otroligt svåra att ta isär för att återanvända enskilda celler eller återvinna kritiska metaller som litium, kobolt och nickel.
“För tillfället, eftersom allt är sammanfogat, slutar det med att många batterier går sönder”, berättar studiens medförfattare Gavin Harper, en expert på el-batteriåtervinning vid University of Birmingham i Storbritannien. Gränsen. “Materialet blandas ihop, vilket gör de efterföljande stegen i återvinningsprocessen mer komplicerade.”
Solpaneler och vindturbiner är också designade för hållbarhet på ett sätt som gör återvinning utmanande. De flesta solpaneler är sammansatta av kiselceller belagda i lager av polymertätningsmedel som binder cellerna till väderbeständiga glas- och plastöverdrag. Även om den här elektroniska sandwichdesignen innebär att panelerna kan tillbringa årtionden på ett tak som är utsatt för väder och vind, gör de lim och tätningsmedel som används i hela panelen det svårt att separera komponenterna rent vid slutet av livet. De sällsynta jordartsmetallmagneterna inuti vindturbingeneratorer är under tiden belagda med hartser och lim som kan skapa betydande kontaminering för alla som vill återvinna och återanvända materialet. En enda vindturbin kan innehålla hundratals pund av sällsynta jordartsmetaller, och efterfrågan på dessa metaller kommer att skjuta i höjden när världen bygger fler elbilar och fler turbiner.
Abbott säger att tillverkare precis har börjat vakna upp till det faktum att återvinning av de kritiska materialen i ren energiteknik är viktigt för att stödja långsiktiga leveranser – och att nya designmetoder behövs för att underlätta det. “Egentligen bara under de senaste 18 månaderna eller så har det där samtalet börjat höja sig”, säger han.
Abbott och Harpers nya papper visar ett antal potentiella vägar mot en mer återvinningsbar miljötekniksektor. Medan solenergitillverkare sannolikt inte kommer att eliminera lim någon gång snart, föreslår författarna att tillverkare kan gå mot lim och tätningsmaterial som kan lossas med hjälp av kemikalier, magnetfält eller till och med en högfrekvent ljudpuls. För vindkraftsmagneter fungerar inte ett lim som förlorar sin klibbighet i närvaro av ett starkt magnetfält, men ett som kan smältas bort med hjälp av värme, eller frigöras när det utsätts för ultraviolett ljus, kan vara lönsamt.
Design som använder färre lim kan hjälpa till att förbättra återvinningen av elbilsbatterier oerhört. Om batterier var lättare att ta isär ner till de enskilda cellerna, säger Harper att det skulle kunna göra det lättare att återvinna kritiska material inuti katoden, inklusive litium, som sällan återvinns idag. Och åtminstone ett företag kommer redan att kommersialisera en limfri batteridesign: 2020 tillkännagav den kinesiska batteritillverkaren BYD ett nytt “Blade Battery”, som har långa, smala celler som klämmer fast i huvudbatteripaketet utan användning av lim. “När det gäller demontering är det trivialt,” säger Abbott. “Cellerna klipps bara ut.”
För EV-batteritillverkare som inte vill släppa limbaserade konstruktioner, finns det “ett stort antal metoder där ute” som kan leda till ett mer avbindningsbart lim, säger Jenny Baker, en batterilagringsexpert vid Swansea University i Storbrittanien. Utmaningen, enligt hennes uppfattning, kommer att vara att utveckla lim som kan lossas snabbt, i en process som kan göras i industriell skala.
“Guren är nu att ta en del av vetenskapen och försöka flytta den till den tekniska sidan så att vi kan göra den redo för riktigt storskalig återvinning eftersom vi vet att det kommer att finnas många av dessa batterier som kommer igenom,” Baker säger. Baserat på den förväntade tillväxten på marknaderna för elbilar och energilagring, har Harper uppskattat att det år 2040 kan finnas omkring 8 miljoner ton batteriavfall i behov av återvinning runt om i världen. En liknande mängd e-avfall från solenergi kan översvämma återvinningsanläggningar till 2030.
För att övertyga tillverkare (och konsumenter) att anta mer återvinningsvänliga lim och limfria konstruktioner, säger Baker att de kommer att behöva försäkringar om att alternativen inte äventyrar produktens hållbarhet eller livslängd, vilket inom miljötekniksektorn ofta mäts i decennier. Hon misstänker att många nya konstruktioner kommer att behöva “vägtestas” i produkter med kortare livslängd där för tidigt fel är “mindre risk.”
Det kan inkludera konsumentteknologimarknader, där hållbarhetsorienterade företag som Framework och Fairphone redan rullar ut modulära och limfria bärbara datorer och telefoner som är avsedda att enkelt tas isär. Även industrititaner som Apple och Dell har nyligen tillkännagett ambitiösa mål och produktkoncept fokuserade på återvinningsbarhet. Abbott har redan haft preliminära samtal med en telefontillverkare om lim som kan lossa en skärm mycket lättare, även om han säger att företaget ännu inte har anammat idén.
I slutändan, Tillverkare kan bli tvungna att övervinna sin ovilja att justera produktdesigner för återvinning om beslutsfattare börjar beordra det eller om världen står inför brist på metaller och mineraler som behövs för att bygga dessa tekniker. Eftersom övergången till ren energi får efterfrågan på högteknologiska metaller att öka, säger Baker att företag måste börja bli mer kreativa om var de kommer från.
“Om du kan skaffa [en resurs] men det är ett riktigt högt pris, det är dåligt, men du kan överföra priset till konsumenten, säger Baker. “Om du inte kan få det alls, har du ingen affär.”