מיחזור של מתכות יקרות מתוך סוללות של רכבים חשמליים

חוקרים מצאו שיטה ביולוגית, תוך שימוש בחיידקים, לשם מיחזור של מתכות יקרות הנמצאות בפסולת אלקטרונית, כמו, למשל, סוללות משומשות לרכבים חשמליים

[מאת: פרופ’ סבסיטאן פרנאוד, מומחה לחדשנות ויזמות בתחום הביולוגיה, אוניברסיטת קבנטרי. תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

כיום יש יותר מ-1.4 מיליארדי רכבים בעולם כולו, ומספר זה אמור להכפיל את עצמו עד שנת 2036. אם רכבים אלו יהיו ממונעים בעזרת נפט או דיזל, ההשלכות על האקלים של כדור הארץ יכולות להיות נוראיות. רכבים חשמליים פולטים פחות מזהמים לאוויר ואם ניתן יהיה להניע אותם בעזרת אנרגיה מתחדשת, אזי סוגי רכבים אלו לא יוסיפו גזי חממה הגורמים להתחממות כדור הארץ.

אולם, הייצור של כמות כה גדולה של רכבים חשמליים בעשור הקרוב עשוי לגרום להגברת הביקוש של מתכות כגון ליתיום, קובלט, ניקל ומנגן. מתכות אלו חיוניות לייצור של סוללות לרכבים חשמליים, אולם הן לא נמצאות בכל מקום. מרבית מתכת הליתיום נמצאת במדבר אטקמה שבדרום אמריקה (צ’ילה-פרו), שם הכרייה עצמה מאיימת על רווחת וחיי התושבים המקומיים ומסכנת את המערכות האקולוגיות. יצרני רכבים חשמליים מובילים צריכים לשמור על עלויות ייבוא נמוכות ולמצוא מקור אמין לחומרי גלם אלו. כרייה במעמקי הים היא אפשרות נוספת, אולם גם שיטה זו עלולה לגרום לנזק לבתי גידול ולסכן את חיות הבר. בה בעת, פסולת של מוצרי אלקטרוניקה הגדושים במתכות יקרות מצטברת בכמויות אדירות במטמנות ייעודיות לכך בחלק מהמדינות העניות ביותר בעולם – עם כמות של 2.5 מיליוני טון המתווספת מדי שנה. סוללות לרכבים חשמליים הן בעלות חיי מדף של שמונה עד עשר שנים בלבד. כיום, סוללות יון ליתיום עוברות מיחזור בשיעור זעום של פחות מחמישה אחוזים באיחוד האירופי. במקום לכרות ולהרוס מקורות חדשים של מתכות אלו, מדוע שלא נשתמש מחדש בכמויות שכבר נמצאות שם בחוץ?

המפעלים הגדולים ביתר בעולם למיחזור סוללות יון ליתיום נמצאים בסין. בעוד שמיחזור נחשב תכופות כחובה אסדרתית שתאגידים מחויבים בה בצפון אמריקה ובאירופה, התחרות עבור סוללות שלא בשימוש כה עזה בסין עד שמפעלי המיחזור מוכנים לשלם תמורתן.

רוב הסוללות שאכן מגיעות למיחזור עוברות התכה והמתכות שבהן עוברות מיצוי. תהליך זה נעשה במתקנים מסחריים גדולים העושים שימוש בכמות אנרגיה גדולה ולפיכך פולטים כמות גדולה של פחמן. מפעלים אלו יקרים להקמה ולתפעול, ומחייבים ציוד מתוחכם ויקר שנועד לטפל בפליטות המזיקות הנוצרות במהלך תהליך ההתכה. למרות העלויות הגבוהות, מפעלים אלו בדרך כלל לא מצליחים למחזר את כל החומרים היקרים הנמצאים בתוך הסוללות. ערכו של השוק הכלל עולמי הקשור למיחזור מתכת צפוי לגדול מרמה של 52 מיליארדי דולרים בשנת 2020 עד לרמה של 76 מיליארדי דולרים עד שנת 2025. בהיעדר שיטות מיחזור הצורכות אנרגיה פחותה יותר, תעשייה צומחת זו עלולה להיתקל בבעיות סביבתיות חריפות יותר. אולם, כן קיים תהליך טבעי למיצוי מתכות יקרות מתוך פסולת, תהליך שהיה בשימוש מזה כעשורים. 

ביו-הדחה (Bioleaching), הנקראת גם ביו-כרייה (biomining), מנצלת חיידקים המסוגלים לחמצן מתכות כחלק מחילוף החומרים שלהם. שיטה זו שימשה באופן נרחב בתעשיית הכרייה, כאשר מיקרואורגניזמים משמשים למיצוי מתכות יקרות מתוך עופרות. לאחרונה, שיטה זו משמשת לניקוי ולמיחזור חומרים מתוך פסולת של רכיבי אלקטרוניקה, במיוחד מעגלים מודפסים של מחשבים, לוחות סולאריים, מים מזוהמים ואפילו מטמנות של אורניום.

החוקרים מצאו כי ניתן למצות את כל המתכות הנמצאות בסוללות של רכבים חשמליים בעזרת שיטה ביולוגית זו. חיידקים מסוימים, כגון הזן Acidithiobacillus ferrooxidans , וזנים לא מזיקים אחרים, יכולים להתמקד ולמחזר את המתכות הנפרדות ללא צורך בטמפרטורות גבוהות או שימוש בכימיקלים רעילים. מתכות מטוהרות אלו כוללות גם יסודות כימיים שבהם ניתן להשתמש מחדש בשרשראות אספקה רבות.                   

שלב הגימלון (העברת השיטה לקנה מידה תעשייתי) של תהליך זה כרוך בגידול חיידקים במתקני הדגרה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס, תוך שימוש גם בפחמן דו-חמצני. התהליך אינו צורך כמות גדולה של אנרגיה, ולכן טביעת הרגל הפחמנית קטנה יותר מזו הטיפוסית במפעלי מיחזור, ובנוסף, התהליך עצמו פולט פחות זיהום. מתקנים ביולוגיים כאלו לא רק שמפחיתים את כמות הפסולת של סוללות של רכבים חשמליים, אלא שהיצרנים יכולים למחזר את המתכות היקרות הללו בשטחי מדינתם, תוך הסתמכות על מספר קטן יותר של מדינות אחרות.

החוקרים מהאקדמיה העוסקים בתחום זה אכן מצליחים למצות את כל המתכות היקרות מהפסולת האלקטרונית ולגרום להן לצוף על פני תמיסה נוזלית. אולם, שיטה זו לא מספיק יעילה עבור התעשייה. החוקרים הצליחו לשלב בין השיטה הביולוגית לבין שיטות אלקטרוכימיות המסוגלות למצות החוצה את המתכות הללו ולהפוך אותן לשימושיות לשרשראות אספקה. לרוע המזל, שיטות קיימות עבור המיחזור של מתכות כרוכות בדרישות אנרגיה גבוהות ובכימיקלים רעילים ,משמשות מזה כעשורים. מגזרי התעשייה השונים אינם יכולים תמיד לפתח וליצור חדשנות בתחום זה, כך שעל הממשלות חלה האחריות לקדם שינויים ולהשקיע בפיתוח של חלופות נקיות יותר בתחום זה. 

סוללות לרכבים חשמליים הן עדיין טכנולוגיה חדשה, והשימוש החוזר ברכיבים שלהן צריך להיחשב כחלק מהתכנון שלהן. במקום להישאר בגדר מחשבה שניה, מיחזור בשיטה הביולוגית עשוי להפוך הן לנקודת ההתחלה והן לנקודה הסופית של מחזור החיים של סוללות חשמליות, תוך קבלת חומרי גלם איכותיים עבור הפיתוח של סוללות חדשות בעלות סביבתית נמוכה. 

הידיעה על המחקר