Такие компании, как Apple и Samsung, не единственные, кто производит высокотехнологичные устройства, которые сложно разобрать и переработать. То же самое относится и к производителям критически важных экологически чистых энергетических технологий, таких как солнечные панели, ветряные турбины и аккумуляторы для электромобилей.
Батареи, солнечные панели и ветряные турбины — все это важные инструменты для борьбы с изменением климата. Однако для создания этих технологий требуется много энергии и ресурсов, и лучший способ гарантировать, что мы сможем продолжать производить их устойчиво, — это перерабатывать эти ресурсы в конце срока службы. Но сегодня рециркуляция экологически чистой энергии ограничена выбором конструкции, препятствующей разборке, включая широкое использование сверхпрочных клеев.
По мнению экспертов, ситуация может измениться, если компании, производящие сверхгабаритные аккумуляторы для электромобилей и редкоземельные магниты для ветряных турбин, перейдут на новые клеи, которые можно «разъединить» с помощью света, тепла, магнитных полей и т. д., или на бесклеевые конструкции.
«Дизайн для вторичной переработки еще не появился на этом рынке», — говорит Энди Эбботт, профессор химии в Университете Лестера, который недавно стал соавтором обзора о разъединяемых клеях и их потенциальном использовании в экологически чистой энергетике.
Вместо этого, по словам Эбботта, производители склонны «перепроектировать» свои продукты для обеспечения безопасности и долговечности. Возьмем аккумуляторы для электромобилей, которые состоят из десятков или тысяч отдельных, герметично закрытых элементов, склеенных между собой внутри модулей и блоков. Хотя интенсивное использование клея помогает гарантировать, что батареи не развалятся в дороге, это может сделать их невероятно трудными для разборки, чтобы перепрофилировать отдельные элементы или переработать важные металлы, такие как литий, кобальт и никель.
«В настоящее время из-за того, что все соединено вместе, многие аккумуляторы в конечном итоге подвергаются измельчению», — рассказывает соавтор исследования Гэвин Харпер, эксперт по переработке аккумуляторов электромобилей из Бирмингемского университета в Великобритании. «Материал смешивается, что усложняет последующие этапы процесса переработки».
Солнечные панели и ветряные турбины также рассчитаны на долговечность, что затрудняет их утилизацию. Большинство солнечных панелей состоят из кремниевых элементов, покрытых слоями полимерных герметиков, которые прикрепляют элементы к атмосферостойкому стеклу и пластиковым крышкам. В то время как эта электронная многослойная конструкция означает, что панели могут десятилетиями находиться на крыше, подвергаясь воздействию элементов, клеи и герметики, используемые в панели, затрудняют чистое разделение компонентов в конце срока службы.
В то же время редкоземельные магниты внутри генераторов ветряных турбин покрыты смолами и клеями, которые могут создать значительное загрязнение для тех, кто хочет восстановить и повторно использовать материал. Одна ветряная турбина может содержать десятки килограмм редкоземельных элементов, и спрос на эти металлы будет стремительно расти, поскольку мир строит больше электромобилей и больше турбин.
Эбботт говорит, что производители только начинают осознавать тот факт, что восстановление критически важных материалов в рамках экологически чистых энергетических технологий важно для обеспечения долгосрочных поставок — и что для этого необходимы новые подходы к проектированию.
В новой статье Эбботта и Харпера изложен ряд потенциальных путей к сектору экологически чистых технологий, более пригодному для повторного использования. Хотя производители солнечных батарей вряд ли откажутся от клеев в ближайшее время, авторы предполагают, что производители могут перейти к клеям и герметикам, которые можно отклеить с помощью химикатов, магнитных полей или даже высокочастотного звукового импульса.
Для магнитов ветряных турбин клей, который теряет свою липкость в присутствии сильного магнитного поля, не подойдет, но клей, который можно расплавить под воздействием тепла или отклеить под воздействием ультрафиолетового света, может оказаться жизнеспособным.
Конструкции, в которых используется меньшее количество клея, могут значительно улучшить переработку аккумуляторов электромобилей. По словам Харпера, если бы батареи было легче разбирать на отдельные элементы, это могло бы упростить извлечение критически важных материалов внутри катода, включая литий, который сегодня редко перерабатывается.
И по крайней мере одна компания уже коммерциализирует конструкцию батареи без клея: в 2020 году китайский производитель батарей BYD анонсировал новую «Блейд-батарею», в которой используются длинные тонкие элементы, которые вставляются в основной аккумулятор без использования клея.
По словам Дженни Бейкер, эксперта по хранению аккумуляторов из Университета Суонси, для производителей аккумуляторов для электромобилей, которые не хотят отказываться от конструкций на основе клея, существует «огромное количество методов», которые могут привести к созданию клея, который лучше отклеивается. Задача, по ее мнению, будет заключаться в разработке клеев, которые можно будет быстро отклеить.
«Сейчас важно взять часть науки и попытаться перенести ее в инженерную сторону, чтобы мы могли подготовить ее к действительно крупномасштабной переработке, потому что мы знаем, что батарей для переработки будет много», сказала Бейкер.
Основываясь на прогнозируемом росте рынков электромобилей и накопителей энергии, было подсчитано, что к 2040 году во всем мире может потребоваться около 8 миллионов метрических тонн аккумуляторных отходов. Аналогичное количество солнечных электронных отходов может заполнить заводы по переработке к 2030 году.
По словам Бейкер, чтобы убедить производителей (и потребителей) использовать более удобные для вторичной переработки клеи и конструкции без клея, им потребуются гарантии того, что альтернативы не ставят под угрозу долговечность или срок службы продукта, который в секторе чистых технологий часто измеряется десятилетиями. Она подозревает, что многим новым конструкциям придется пройти «дорожные испытания» в продуктах с более коротким сроком службы, где преждевременный выход из строя представляет «меньший риск».
Это могут быть рынки потребительских технологий, где ориентированные на устойчивое развитие компании, такие как Framework и Fairphone, уже выпускают модульные ноутбуки и телефоны без клея, предназначенные для легкой разборки. Даже титаны отрасли, такие как Apple и Dell, недавно объявили об амбициозных целях и концепциях продуктов, ориентированных на возможность вторичной переработки. Эбботт уже провел предварительные переговоры с производителем телефонов о клеях, которые могут значительно облегчить отклеивание экрана, хотя он говорит, что компания еще не приняла эту идею.
В конечном счете, производители могут быть вынуждены преодолеть свое нежелание корректировать дизайн продуктов для переработки, если политики начнут требовать этого или если мир столкнется с нехваткой металлов и полезных ископаемых, необходимых для создания этих технологий. По словам Бейкер, поскольку переход к экологически чистой энергии вызывает резкий скачок спроса на высокотехнологичные металлы, компаниям придется начать более творчески подходить к выбору источников.
Подписывайтесь на T4S.TECH в Telegram. Публикуем новости, обзоры и забавные факты о технологиях.
