Het bescheiden citroenzuurprocédé (onder) vergeleken met twee andere opwerkingsprocessen (afb: Guangmin Zhou et al./Angewandte Chemie)
We moeten naar een kringloop-samenleving. Als we de aarde (en onszelf) niet willen ontrieven, dan is afval in de nabije toekomst verboden. Net zo min als er onkruid is, is er afval. Nu schijnen onderzoekers een simpel idee te hebben gekregen om de elementen van opgebruikte batterijen weer voor hergebruik klaar te ‘stomen’ met maar een ‘hulpmiddel’: citroenzuur. Dan zou 99% van de in de batterij gebruikte stoffen zoals lithium, nikkel, kobalt en mangaan weer ‘als nieuw’ te gebruiken zijn.
Het opwerken van afval schijnt niet zo eenvoudig te zien. De meeste gebruikte processen vergen nogal wat energie, veroorzaken vervuiling (=afval) en kunnen niet zonder al dan niet gevaarlijke stoffen (nog meer afval en (dus) vervuiling). Daarbij is het product dat die opleveren ook nog niet om over naar huis te schrijven.
Het uitlogen met citroenzuur leek een aanvaardbaar alternatief, maar dat proces vereiste veel citroenzuur en de zuurgraad moet voortdurend worden bijgesteld met het niet bepaald milieuvriendelijke ammoniak. Kortom: milieuvriendelijk?
Onderzoekers van de drie Chinese universiteiten onder aanvoering van Guangmin Zhou en Ruiping Liu hebben nu een alternatief citroenzuurprocédé ontwikkeld voor de opwerking van ncm-batterijen (die bevatten nikkel, kobalt en mangaan) met lithiumionen in de poriën.
In plaats van het uitlogen van die waardevolle grondstoffen door een overmaat aan citroenzuur, gebruikten de Chinese onderzoekers een bescheiden hoeveelheid citroenzuur. Daardoor zouden maar twee waterstofatomen (=protonen) van de drie zuurgroepen in het zuur in oplossing gaan. Die verlossen lithiumaxide van het zuurstof, waardoor lithiumionen overblijven. Iets soortgelijks gebeurt er met de oxides van de andere elementen (nikkel, kobalt en mangaan), waar ze stabiele complexen vormen met citroenzuur.
Polyester
Ontdaan van twee waterstofatomen gaat de overblijvende derde zuurgroep een reactie aan met de OH-groep van het citroenzuur (in feite een verestering). Dat vergemakkelijkt dan weer de vorming van een polyester.
Die vaste deeltjes kunnen gemakkelijk van de vloeibare rest worden gescheiden met de kostbare lading. Die zou de lithiumionen bevatten en het ncm-geraamte dat meteen geschikt zou zijn voor de fabricage van nieuwe batterijen. De polyesteromhulling wordt er af gebrand en klaar zou kees zijn: een structuur van nikkel, kobalt en mangaan met lithiumionen in de poriën (beweren de onderzoekers).
Het energieverbruik en de CO2-uitstoot van het proces zou veel lager zijn dan van de conventionele hydrometallurgische opwerkprocédé’s, verzekeren de onderzoekers.
Bron: Science Daily