ली-ऑन दुविधा का समाधान: बढ़ते इलेक्ट्रिफाइड विश्व में निष्क्रिय बैटरी कोशिकाओं का निपटान

यह एक प्रसिद्ध तथ्य है कि जीवाश्म ईंधन जलाने से हमारे पर्यावरण पर प्रभाव पड़ता है। केवल कार्बन ही नहीं, इन ईंधनों में हाइड्रोजन, नाइट्रोजन और सल्फर भी होते हैं। जलने पर, जीवाश्म ईंधन कार्बन मोनोऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के साथ-साथ नाइट्रोजन और सल्फर के ऑक्साइड का मिश्रण छोड़ता है। ये पदार्थ, विशेष रूप से उच्च सांद्रता में विषैले, स्वास्थ्य और सुरक्षा के लिए गंभीर खतरा पैदा करते हैं। उल्लेखनीय रूप से, कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन वैश्विक तापमान वृद्धि का मुख्य कारण है, जो जीवाश्म ईंधन दहन के पर्यावरणीय प्रभाव को रेखांकित करता है।

जीवाश्म ईंधनों से दूर जाने की आवश्यकता ने बैटरियों की मांग में घातीय वृद्धि की है। इस प्रवृत्ति को दर्शाते हुए, शोधकर्ता अनुमान लगाते हैं कि वैश्विक बैटरी बाजार आकार 2021 में US$112 बिलियन से बढ़कर 2030 में US$424 बिलियन हो जाएगा। बाजार में कई बैटरी श्रेणियाँ शामिल हैं, जैसे लिथियम-आयन, जिंक-मैंगनीज़ डाइऑक्साइड, लीड-एसिड, निकेल-मैटल हाइड्राइड, निकेल-कैडमियम, सोडियम-सल्फर, निकेल-ज़िंक, छोटे सील्ड लीड-एसिड, फ्लो बैटरियां आदि।

हालांकि, लिथियम-आयन और लीड-एसिड बैटरियां इस बैटरी बाजार परिदृश्य में अधिकांश हिस्सेदारी रखती हैं, जिससे अन्य श्रेणियों के लिए लंबा पूंछ बचता है।

यदि हम 2023 के US$424 बिलियन बाजार आकार को देखें, तो US$257 बिलियन से अधिक, यानी पूरे बैटरी बाजार का 60% से अधिक, लिथियम-आयन बैटरियों द्वारा कब्जा किया जाएगा। US$121 बिलियन से अधिक, यानी बाजार का 27%, लीड-एसिड बैटरियों द्वारा कब्जा किया जाएगा। ये दो श्रेणियां मिलकर बाजार का 87% से अधिक हिस्सा लेती हैं, जिससे शेष श्रेणियों के लिए लगभग 13% प्रतिस्पर्धा के लिए बचता है।

इन बैटरियों का उपयोग कहाँ किया जाता है?

लिथियम-आयन बैटरियां हमारे आसपास के अधिकांश पोर्टेबल उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक सामानों में सामान्यतः पाई जाती हैं, जिसमें सेल फोन और लैपटॉप शामिल हैं। वे सभी-इलेक्ट्रिक वाहनों और PHEVs की अधिकांश संख्या के लिए प्राथमिक विकल्प भी हैं, जो तेज़ गति से लोकप्रियता हासिल कर रहे हैं।

दूसरी ओर, लीड-एसिड बैटरियां लिथियम-आयन बैटरियों जितनी कुशल नहीं हैं। उनका विशिष्ट ऊर्जा कम है, कम तापमान में प्रदर्शन खराब होता है, और उनका जीवन चक्र छोटा होता है। उनका व्यापक उपयोग मुख्यतः उनकी कम लागत के कारण है। हालांकि, वर्तमान में उन्नत लीड-एसिड बैटरियों का विकास चल रहा है, जो वाणिज्यिक इलेक्ट्रिक-ड्रिवेन वाहनों में सहायक लोड्स के लिए उपयोग की जा रही हैं।

निकेल-मैटल हाइड्राइड बैटरियों का उपयोग कंप्यूटरों और चिकित्सा उपकरणों में किया जाता है और वे हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में भी महत्वपूर्ण हैं। इलेक्ट्रॉनिक सामानों के उपयोग में निरंतर वृद्धि और इलेक्ट्रिक वाहनों के बाजार हिस्से में निरंतर वृद्धि के साथ, बैटरियों का उपयोग अनिवार्य रूप से बढ़ेगा।

हालांकि, इन बैटरियों की शेल्फ-लाइफ़ सीमित होती है और अंततः उन्हें निपटाना पड़ता है। यह बढ़ते इलेक्ट्रिफाइड विश्व में एक चुनौती प्रस्तुत करता है – निष्क्रिय बैटरी कोशिकाओं का निपटान। समाधान मौजूद हैं, लेकिन आगे उनका अन्वेषण करने से पहले, मूल कारण की गहरी जांच करना आवश्यक है।

बैटरी शेल्फ लाइफ़: एक संक्षिप्त अवलोकन

बैटरियों की क्षमता, उपयोग स्थान और उनके निर्माण सामग्री में अंतर हो सकता है। प्रत्येक कारक यह निर्धारित करने में भूमिका निभाता है कि बैटरी कितनी देर तक चलनी चाहिए। बैटरियों की सबसे लोकप्रिय श्रेणी लिथियम-आयन है। और इलेक्ट्रिक वाहन वह उपयोग श्रेणी है जो इन बैटरियों को बड़े पैमाने पर उपयोग करता है।

इलेक्ट्रिक वाहनों द्वारा उपयोग की जाने वाली बैटरियां हमारे मोबाइल और लैपटॉप में उपयोग होने वाली बैटरियों के समान होती हैं। इनके कई फायदे हैं, जिनमें अन्य विद्युत ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की तुलना में इकाई द्रव्यमान और आयतन पर उच्च ऊर्जा, उच्च पावर-टू-वेट अनुपात, उच्च ऊर्जा दक्षता, उच्च तापमान पर प्रभावी प्रदर्शन, लंबा जीवन और कम स्व-डिस्चार्ज शामिल हैं।

ईवी बैटरियां ऐसे पैक का उपयोग करती हैं जिनमें दो हजार से अधिक व्यक्तिगत लिथियम-आयन कोशिकाएं एक साथ काम करती हैं। प्रत्येक बैटरी पैक को इस क्षमता के साथ बनाया गया है कि वह 100,000 से 200,000 मील तक अपनी चार्ज-डिस्चार्ज क्षमता बनाए रखे। और वर्षों में मापे जाने पर, अधिकांश ईवी बैटरियों की आयु 15 से 20 वर्ष के भीतर होती है।

निष्क्रिय बैटरी कोशिकाओं के निपटान के जोखिम

संयुक्त राज्य पर्यावरण संरक्षण एजेंसी के अनुसार, अधिकांश लिथियम-आयन बैटरियां रिसोर्स कंसर्वेशन एंड रिकवरी एक्ट (RCRA) के तहत खतरनाक कचरा मानेंगी। एक बार फेंक दी जाने पर, ये बैटरियां अक्सर ज्वलनशील और प्रतिक्रियाशील होती हैं। उपयोगकर्ता को पूरी तरह डिस्चार्ज और निपटाने योग्य दिखने के बावजूद, लि-ऑन बैटरियां अक्सर महत्वपूर्ण चार्ज रखती हैं, जिससे खतरा पैदा होता है।

इसके अलावा, क्षतिग्रस्त और पूरी तरह सील न की गई लिथियम बैटरियां निपटान के दौरान पानी के संपर्क में आने पर अत्यधिक खतरनाक हो सकती हैं। लि-ऑन बैटरियों में मौजूद महत्वपूर्ण धातु सामग्री, जिसे हटाना कठिन है और पर्यावरण के लिए हानिकारक है, इस चिंता को बढ़ाती है।

एक वैज्ञानिक मूल्यांकन रिपोर्ट ने उजागर किया है कि लि-ऑन बैटरियों में एल्यूमीनियम, कोबाल्ट और तांबे की उच्च सांद्रता होती है। अतिरिक्त अध्ययनों से पता चलता है कि निष्क्रिय लि-ऑन बैटरियों में सीसा सामग्री (औसत 6.29 mg/L; σ = 11.1; सीमा 5) के कारण उनका खतरनाक स्वभाव है।

कैलिफ़ोर्निया नियमों के तहत, कोबाल्ट (औसत 163,544 mg/kg; σ = 62,897; सीमा 8,000), तांबा (औसत 98,694 mg/kg; σ = 28,734; सीमा 2,500), और निकेल (औसत 9,525 mg/kg; σ = 11,438; सीमा 2,000) के अत्यधिक स्तर सभी लिथियम बैटरियों को खतरनाक मानते हैं।

इन बैटरियों में निकलने वाले क्रोमियम, सीसा और थैलियम की सांद्रता भी कैलिफ़ोर्निया नियामक सीमाओं से अधिक है। मानव और हमारे आसपास के पारिस्थितिकी तंत्र को विषाक्तता देने के अलावा, लि-ऑन बैटरियां संसाधन क्षय का कारण बनती हैं, जो हमारे भविष्य के लिए गंभीर चिंता है।

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निष्क्रिय बैटरी कोशिकाओं को कैसे रीसायकल करें?

निष्क्रिय बैटरी कोशिकाओं के निपटान से उत्पन्न खतरों को दूर करने के लिए रीसायकलिंग आवश्यक है। हालांकि, एक निष्क्रिय बैटरी का रीसायकलिंग खतरनाक हो सकता है। निष्क्रिय बैटरी कोशिकाओं को अनुचित तरीके से संभालने से शॉर्ट-सर्किट, दहन और विषाक्त गैसें निकल सकती हैं।

मुख्य बात कुशल रीसायकलिंग विधियों में निहित है, जो न केवल प्रदूषण को रोक सकती हैं बल्कि महत्वपूर्ण सामग्रियों की सतत द्वितीयक धारा उत्पन्न करने के अवसर भी प्रदान करती हैं। लिथियम-आयन बैटरी रीसायकलिंग के लिए एक ऐसी कुशल विधि ऊर्जा विभाग के ओक रिज़ नेशनल लाइब्रेरी में काम करने वाले शोधकर्ताओं द्वारा विकसित की गई है।

समाधान में उपयोग की गई बैटरी को प्राकृतिक रूप से मौजूद साइट्रिक एसिड, जो सिट्रस फलों में पाया जाता है, के घोल में भिगोना शामिल है। साइट्रिक एसिड घोल को एथिलीन ग्लाइकोल में घोला जाता है, और यह मिश्रण बैटरी के कैथोड, यानी सकारात्मक चार्ज वाले इलेक्ट्रोड से धातुओं को अलग करने के लिए अत्यधिक कुशल पृथक्करण और पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया को संचालित करने में मदद करता है।

कैथोड के लिए एक कुशल पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया का अर्थ है बैटरी लागत में कमी, क्योंकि कैथोड बैटरी लागत का 30% से अधिक हिस्सा बनाता है, क्योंकि इसमें महत्वपूर्ण सामग्री होती है। रीसायकलिंग विधि कैथोड से लगभग सभी कोबाल्ट और लिथियम को बिना प्रणाली को अशुद्ध किए निकाल सकती है। यह कुछ घंटों में 96% से अधिक कोबाल्ट पुनः प्राप्त कर सकती है। एसिड स्तर को मैन्युअल रूप से संतुलित करने के लिए अतिरिक्त रसायन जोड़ने की आवश्यकता नहीं है।

लुई यू, इस परियोजना के प्रमुख शोधकर्ता ने कहा:

 “यह पहली बार है कि एक समाधान प्रणाली ने लिचिंग और पुनर्प्राप्ति दोनों कार्यों को कवर किया है।”

ऐसे प्रयोगशाला-आधारित अनुसंधान प्रयासों के अलावा, जिन्हें भविष्य में उत्पादन स्तर पर ले जाया जाएगा, कई कंपनियों ने पहले ही निष्क्रिय और निपटाए गए लिथियम-आयन बैटरियों के रीसायकलिंग का काम ले लिया है। हम अगले भागों में उनमें से कुछ पर नज़र डालेंगे।

1. American Battery Technology Company

American Battery Technology Company (ABAT ) ने एक बंद-लूप बैटरी रीसायकलिंग प्रक्रिया विकसित की है जो उपयोगी जीवन के अंत के निकट बैटरियों से महत्वपूर्ण सामग्री को अलग और पुनः प्राप्त करती है। हालांकि, उनके प्रयास केवल अलगाव और पुनर्प्राप्ति तक सीमित नहीं हैं।

यह प्रक्रिया इन बैटरी धातुओं को समान या उच्च गुणवत्ता मानकों तक शुद्ध करती है। कंपनी के अनुसार, उनकी प्रणाली कई प्रतिस्पर्धी लाभों का दावा करती है। इसकी रणनीतिक डिजाइन शून्य उच्च-तापमान संचालन सुनिश्चित करती है और वायु व जल प्रदूषकों के उत्सर्जन को रोकती है। इसके अलावा, रीसायकलिंग सुविधाएं उत्पादन सुविधाओं के समान थ्रूपुट रखती हैं, जिससे न्यूनतम कचरा उत्पन्न होता है और सेटअप के लिए कम पूंजी लागत की आवश्यकता होती है।

कंपनी द्वारा प्रकाशित 2024 की पहली तिमाही की वित्तीय रिपोर्ट ने राजस्व-उत्पादक संचालन की ओर प्रमुख माइलस्टोन सूचीबद्ध किए। उल्लेखनीय रूप से, कंपनी ने अपने पहले वाणिज्यिक-स्तर के रीसायकलिंग सुविधा को डिजाइन, कमीशन और संचालन शुरू किया है, जो प्रति वर्ष 20,000 मीट्रिक टन की नाममात्र थ्रूपुट रखती है।

कंपनी ने अनुबंध के तहत दो यू.एस. DOE अनुदान भी सुरक्षित किए और हाल ही में दो अतिरिक्त अनुदानों के लिए पात्र हुई, जो कुल US$70 मिलियन के अनुबंधित संघीय धन के बराबर है। इसने सफलतापूर्वक अपने शेयर सूचीबद्ध किए और 21 सितंबर 2023 को Nasdaq पर ट्रेडिंग शुरू की।

लेखन के समय, American Battery Technology Company के शेयर मूल्य $3.99 थे और उनका बाजार पूंजीकरण $188 मिलियन से अधिक था।

2. Lithion Technologies

Lithion Technologies लि-ऑन बैटरियों से रणनीतिक सामग्रियों का सतत उत्पादन करती है। इसकी तकनीक इन बैटरियों के घटकों में से 95% तक पुनः प्राप्त करने में सक्षम है।

मैकेनिकल एक्सट्रैक्शन में, Lithion खनिज कंसंट्रेट का 98% से अधिक पुनः प्राप्त कर सकता है। महत्वपूर्ण खनिज कंसंट्रेट को फिर उसकी पेटेंटेड हाइड्रोमेटालर्जी तकनीक के माध्यम से प्रोसेस किया जाता है। यह प्रक्रिया लिथियम, कोबाल्ट, निकेल, ग्रेफाइट और मैंगनीज़ जैसी आवश्यक सामग्रियों की पुनर्प्राप्ति की अनुमति देती है।

उल्लेखनीय रूप से, Lithion का दावा है कि उसकी तकनीकें पारंपरिक खनन निष्कर्षण की तुलना में पर्यावरणीय प्रभाव को काफी कम करती हैं। उनके GHG उत्सर्जन खनन निष्कर्षण की तुलना में 75% कम हैं, और यह जल उपयोग को प्रभावशाली 90% तक घटाता है।

अप्रैल 2022 में, Lithion को क्यूबेक सरकार से $22.5 मिलियन की फंडिंग मिली, जिसमें Investissement Québec के माध्यम से कंपनी के पूंजी स्टॉक में $15 मिलियन की इक्विटी निवेश और Fonds d’électrification et de changements climatiques से $7.5 मिलियन के अनुदान शामिल हैं।

3. Ecobat

Ecobat अपने रीसायकलिंग ऊर्जा भंडारण समाधान के हिस्से के रूप में जीवन के अंत में बैटरियों को प्रबंधित करने के लिए 65,000 संग्रह बिंदुओं के विस्तृत नेटवर्क के माध्यम से कार्य करता है। इसने अब तक लगभग 15,000 सदस्य या ग्राहक प्राप्त किए हैं, और प्रति वर्ष 120 मिलियन बैटरियों का रीसायकल करता है।

निर्धारित बिंदुओं से संग्रह के लिए, Ecobat के पास अपनी 100 वाहनों की फ़्लीट है। 11 स्मेल्टिंग सुविधाओं के साथ, यह लिथियम बैटरियों, लीड बैटरियों और अन्य बैटरी रसायनों को संभालता है। Ecobat के पास एक बंद-लूप चक्रीय पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया भी है, जहाँ उसकी पुनर्प्राप्ति का 80% बैटरी निर्माण में वापस जाता है। यह 99% रीसायक्लेबिलिटी प्रतिशत का वादा भी करता है।

Ecobat दावा करता है कि वह विश्व की सबसे बड़ी बैटरी ‘रीसायकलर’ है जो आवश्यक ऊर्जा भंडारण आवश्यकताओं को पूरा करता है, बैटरियों के व्यवसाय को अधिक सुरक्षित और सतत बनाकर एक चक्रीय ऊर्जा अर्थव्यवस्था प्रदान करता है। 2021 में, Ecobat के लीड बैटरी रीसायकलिंग व्यवसाय ने 70 मिलियन कार बैटरियों को पूरी तरह रीसायकल किया।

4. Cirba Solutions

Cirba Solutions के पास तीन ब्रांड – Battery Solutions, Heritage Battery Recycling, और Retriev Technologies के साथ मिलाकर 60 वर्षों का रीसायकलिंग अनुभव है। यह लिथियम बैटरी रीसायकलिंग में अग्रणी में से एक है, जिसमें अपनी बैटरी रीसायकलिंग टीम, बैटरी-केंद्रित लॉजिस्टिक्स, बंद-लूप जीवनचक्र, और लिथियम प्रोसेसिंग सुविधाएं मौजूद हैं।

कंपनी के पास एक विशेष रीसायकलिंग प्रक्रिया है जिसमें कोबाल्ट-आधारित और गैर-कोबाल्ट-आधारित घटकों के लिए क्रॉस-केमिस्ट्री समाधान शामिल हैं। अब तक, इसने 30 वर्षों से अधिक समय में 36 मिलियन पाउंड से अधिक लिथियम-आयन को प्रोसेस किया है।

उपलब्ध नवीनतम डेटा के अनुसार, Cirba ने 9 फरवरी 2023 को अपने नवीनतम कॉरपोरेट राउंड में US$50 मिलियन जुटाए।

निष्क्रिय बैटरी कोशिकाओं का निपटान: भविष्य की संभावनाएं

इलेक्ट्रिक वाहनों को चलाने और आधुनिक उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स को शक्ति देने के लिए आवश्यक लिथियम-आयन बैटरियों की उपस्थिति और अधिक सर्वव्यापी होने वाली है। सांख्यिकीय रूप से, 2022 से 2030 के बीच, लिथियम-आयन बैटरियों की वैश्विक मांग लगभग सात गुना बढ़कर 2030 में 4.7 TWh तक पहुंच जाएगी।

उत्पादन के मामले में, चीन के पास विश्व क्षमता का तीन-चौथाई से अधिक हिस्सा है। उत्तर अमेरिका और यूरोप भी बहुत देर नहीं करेंगे, क्योंकि वे भी उत्पादन में महत्वपूर्ण वृद्धि की योजना बना रहे हैं। इसलिए, बैटरी रीसायकलिंग को सुलभ और सतत प्रक्रिया बनाने के लिए एकीकृत और समन्वित वैश्विक प्रयास आवश्यक होंगे, और तभी हम दुनिया को प्रदूषण और संसाधन क्षय के जोखिमों से बचा पाएंगे।

उदाहरण के तौर पर, चीन कार निर्माताओं को वाहन बैटरियों के “जीवन-समाप्ति उपचार” के लिए जिम्मेदार ठहराता है। यूरोपीय संघ भी पीछे नहीं है, क्योंकि उसने बैटरियों के संग्रह और पुनर्प्राप्ति के लिए मानक स्थापित किए हैं।

इन बैटरियों के द्वितीय-जीवन अनुप्रयोगों में अधिक से अधिक नवाचार अप्रभावी रीसायकलिंग के निकटतम खतरों से बचने में मदद करेंगे। चलिए एक ऐसे उदाहरण को देखते हैं। एम्स्टर्डम के जोहान क्रुईफ़ एरीना में एक ऊर्जा भंडारण प्रणाली 148 नई और उपयोग की गई Nissan LEAF बैटरियों के बराबर उपयोग करती है, जो 4,200 सोलर पैनलों से ऊर्जा पकड़ती है और अधिकतम 3 मेगावॉट शक्ति संग्रहीत करती है। यह संग्रह आधे मिलियन iPhone को बैकअप के लिए चार्ज करने के लिए पर्याप्त है।

निष्कर्षतः, वैश्विक स्तर पर लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए सभी की सक्रिय भागीदारी आवश्यक है। ऑटोमोबाइल कंपनियां, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माता, वैश्विक आर्थिक निकाय, राष्ट्रों के परिषदें – सभी को निष्क्रिय बैटरी कोशिकाओं के सतत और कुशल रीसायकलिंग और पुनर्प्राप्ति में अपना योगदान देना होगा।

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