Saubere Energietechnik muss für Recycling konzipiert sein, sagen Experten

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Unternehmen wie Apple und Samsung sind nicht die einzigen, die Hightech-Geräte herstellen, die schwer zu zerlegen und zu recyceln sind. Dasselbe gilt für die Hersteller kritischer sauberer Energietechnologien wie Sonnenkollektoren, Windturbinen und Batterien für Elektrofahrzeuge (EV) – und anders als die Konsumgüterindustrie, die langsam damit beginnt, einige ihrer nicht nachhaltigen Designpraktiken umzukehren, gibt es nicht viel zu tun erledigt.

Batterien, Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen sind allesamt wesentliche Instrumente zur Bekämpfung des Klimawandels. Die Herstellung dieser Technologien erfordert jedoch viel Energie und Ressourcen, und der beste Weg, um sicherzustellen, dass wir nachhaltig mehr davon herstellen können, besteht darin, diese Ressourcen am Ende ihrer Lebensdauer zu recyceln. Aber heute ist das Recycling von sauberer Energie durch Designentscheidungen begrenzt, die die Demontage behindern, einschließlich der weit verbreiteten Verwendung von ultrastarken Klebstoffen. Das könnte sich laut Experten ändern, wenn die Unternehmen, die übergroße Batterien für Elektrofahrzeuge und Seltenerdmagnete für Windkraftanlagen herstellen, auf neue Klebstoffe umstellen, die durch Licht, Hitze, Magnetfelder und mehr „abgelöst“ werden können, oder auf klebstofffreie Klebstoffe Entwürfe.

„Design for Recycling ist auf diesem Markt noch nicht wirklich angekommen“, sagt Andy Abbott, Professor für Chemie an der University of Leicester, der kürzlich eine Übersichtsarbeit über ablösbare Klebstoffe und ihre potenzielle Verwendung in sauberer Energie mitverfasst hat.< /p>

Stattdessen, sagt Abbott, tendieren Hersteller dazu, ihre Produkte im Hinblick auf Sicherheit und Haltbarkeit zu „überkonstruieren“. Nehmen Sie EV-Batterien, die aus Dutzenden bis Tausenden einzelner, hermetisch versiegelter Zellen bestehen, die in Modulen und Paketen zusammengeklebt sind. Während der starke Einsatz von Klebstoffen dazu beiträgt, dass die Batterien unterwegs nicht auseinanderfallen, kann es unglaublich schwierig sein, sie auseinanderzunehmen, um einzelne Zellen wiederzuverwenden oder kritische Metalle wie Lithium, Kobalt und Nickel zu recyceln.

„Im Moment werden viele Batterien geschreddert, weil alles miteinander verklebt ist“, sagt Co-Autor der Studie Gavin Harper, Experte für das Recycling von Elektrofahrzeugbatterien an der Universität Birmingham im Vereinigten Königreich Der Rand. „Das Material wird vermischt, was die nachfolgenden Schritte im Recyclingprozess komplizierter macht.“

Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen sind ebenfalls auf Langlebigkeit ausgelegt, was das Recycling zu einer Herausforderung macht. Die meisten Solarmodule bestehen aus Siliziumzellen, die mit Schichten aus Polymerversiegelungen beschichtet sind, die die Zellen mit wetterfesten Glas- und Kunststoffabdeckungen verbinden. Während dieses elektronische Sandwich-Design bedeutet, dass die Paneele Jahrzehnte auf einem Dach verbringen können, das den Elementen ausgesetzt ist, erschweren die im gesamten Paneel verwendeten Klebstoffe und Dichtungsmittel eine saubere Trennung der Komponenten am Ende der Lebensdauer. Die Seltenerdmagnete in Windturbinengeneratoren sind unterdessen mit Harzen und Klebstoffen beschichtet, die eine erhebliche Kontamination für jeden verursachen können, der das Material zurückgewinnen und wiederverwenden möchte. Eine einzelne Windkraftanlage kann Hunderte von Pfund seltener Erden enthalten, und die Nachfrage nach diesen Metallen wird sprunghaft ansteigen, da weltweit mehr Elektrofahrzeuge und Turbinen gebaut werden.

Laut Abbott beginnen die Hersteller gerade erst zu erkennen, dass die Rückgewinnung der kritischen Materialien in sauberen Energietechnologien wichtig ist, um die langfristige Versorgung zu sichern – und dass neue Designansätze erforderlich sind, um dies zu ermöglichen. „Wirklich erst in den letzten 18 Monaten oder so hat diese Diskussion begonnen, an Bedeutung zu gewinnen“, sagt er.

Das neue Papier von Abbott und Harper zeigt eine Reihe potenzieller Wege zu einem besser recycelbaren Clean-Tech-Sektor auf. Während Solarhersteller Klebstoffe in absehbarer Zeit wahrscheinlich nicht eliminieren werden, schlagen die Autoren vor, dass Hersteller auf Klebstoffe und Dichtungsmaterialien umsteigen könnten, die sich mit Chemikalien, Magnetfeldern oder sogar einem hochfrequenten Schallimpuls lösen lassen. Bei Magneten für Windkraftanlagen funktioniert ein Klebstoff, der seine Klebrigkeit in Gegenwart eines starken Magnetfelds verliert, nicht, aber einer, der durch Hitze weggeschmolzen oder bei Einwirkung von ultraviolettem Licht gelöst werden könnte, könnte praktikabel sein.

Designs, die weniger Klebstoffe verwenden, könnten dazu beitragen, das Recycling von Elektrofahrzeugbatterien erheblich zu verbessern. Wenn Batterien bis auf die einzelnen Zellen leichter zerlegt werden könnten, könnte dies laut Harper die Rückgewinnung kritischer Materialien in der Kathode erleichtern, einschließlich Lithium, das heute nur noch selten recycelt wird. Und mindestens ein Unternehmen kommerzialisiert bereits ein klebstofffreies Batteriedesign: Im Jahr 2020 kündigte der chinesische Batteriehersteller BYD eine neue „Blade Battery“ an, die aus langen, dünnen Zellen besteht, die sich ohne Verwendung von Klebstoff in den Hauptbatteriepack einrasten lassen. „In Bezug auf die Demontage ist es trivial“, sagt Abbott. „Die Zellen schneiden einfach ab.“

Für Hersteller von EV-Batterien, die klebstoffbasierte Designs nicht aufgeben wollen, gibt es „eine riesige Anzahl von Methoden“, die zu einem besser ablösbaren Klebstoff führen könnten, sagt Jenny Baker, Batteriespeicherexpertin an der Swansea University in das Vereinigte Königreich. Die Herausforderung besteht aus ihrer Sicht darin, Klebstoffe zu entwickeln, die sich schnell wieder ablösen lassen, und zwar in einem Prozess, der im industriellen Maßstab durchgeführt werden kann.

„Die Sache ist jetzt, etwas von der Wissenschaft zu nehmen und zu versuchen, es in die technische Seite zu bringen, damit wir es für ein wirklich groß angelegtes Recycling vorbereiten können, weil wir wissen, dass viele dieser Batterien durchkommen werden“, Baker sagt. Basierend auf dem prognostizierten Wachstum der Märkte für Elektrofahrzeuge und Energiespeicher hat Harper geschätzt, dass bis 2040 weltweit etwa 8 Millionen Tonnen Batterieabfälle recycelt werden müssen. Eine ähnliche Menge Solarelektroschrott könnte bis 2030 Recyclinganlagen überschwemmen.

Um Hersteller (und Verbraucher) davon zu überzeugen, recyclingfreundlichere Klebstoffe und klebstofffreie Designs einzusetzen, brauchen sie laut Baker die Gewissheit, dass die Alternativen die Haltbarkeit oder Lebensdauer der Produkte nicht beeinträchtigen, die im Clean-Tech-Sektor oft in Jahrzehnten gemessen werden. Sie vermutet, dass viele neue Designs in Produkten mit kürzerer Lebensdauer, bei denen ein vorzeitiger Ausfall „ein geringeres Risiko“ darstellt, auf der Straße getestet werden müssen.

Dazu könnten Verbrauchertechnologiemärkte gehören, in denen nachhaltigkeitsorientierte Unternehmen wie Framework und Fairphone bereits modulare und klebstofffreie Laptops und Telefone auf den Markt bringen, die leicht auseinandergenommen werden können. Auch Branchengrößen wie Apple und Dell haben kürzlich ehrgeizige Ziele und Produktkonzepte mit Fokus auf Recyclingfähigkeit angekündigt. Abbott hat bereits Vorgespräche mit einem Telefonhersteller über Klebstoffe geführt, die einen Bildschirm viel einfacher lösen können, obwohl er sagt, dass das Unternehmen die Idee noch nicht angenommen hat.

Letztlich, Hersteller könnten gezwungen sein, ihre Zurückhaltung zu überwinden, Produktdesigns für das Recycling zu optimieren, wenn politische Entscheidungsträger beginnen, dies vorzuschreiben, oder wenn die Welt mit einem Mangel an Metallen und Mineralien konfrontiert ist, die zum Bau dieser Technologien benötigt werden. Da die Umstellung auf saubere Energie dazu führt, dass die Nachfrage nach Hightech-Metallen in die Höhe schießt, sagt Baker, dass Unternehmen beginnen müssen, kreativer zu werden, woher sie ihre Quellen beziehen.

„Wenn Sie können [eine Ressource] zu bekommen, aber es ist ein wirklich hoher Preis, das ist schlecht, aber Sie können den Preis an den Verbraucher weitergeben“, sagt Baker. „Wenn du es überhaupt nicht bekommst, hast du nichts zu suchen.“

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