Yeşil Enerji Devrimi: Endüstriyel Atıkların Yeni Nesil Pilleri Güçlendirmesi

Çevre sorunlarına yönelik farkındalık, hem gençler hem de yetişkinler arasında dünya genelinde artıyor. İklim değişikliğinin tehdidi ve gezegenimize olan zararlı etkileriyle karşı karşıya olduğumuzda, artan bir nüfus eylemlerinin çevreyi nasıl etkilediği konusunda endişeleniyor ve Dünya’yı korumaya odaklanan hareketlere katılıyor.

PwC’nin 2021 Küresel Tüketici İçgörüleri Anketi, dünya çapında ankete katılan tüketicilerin yarısının daha çevreci hale geldiğini ortaya koydu; 2023 anketi ise on tüketiciden sekizinin sürdürülebilir üretilen ürünler için %5’e kadar daha fazla ödemeye istekli olduğunu gösteriyor.gösteriyor.

2019 anket sonuçlarıyla karşılaştırıldığında, o ankette katılımcıların %35’i sürdürülebilir ürünleri tercih ettiklerini, %37’si çevre dostu ambalaj aradıklarını ve %41’i mümkün olduğunda plastik kullanımından kaçındıklarını belirtmişti; 2021 anket sonuçları ise aynı sorulara verilen yanıtların yüzde on ila yirmi puan daha yüksek olduğunu gösterdi. 

Sürdürülebilir bir yaşam tarzı, dünya genelindeki tüketiciler için giderek daha önemli hâle geliyor; bu tüketiciler aynı zamanda şirketlerin ve markaların da daha sürdürülebilir ve çevre dostu olmasını istiyor.

Bu davranış değişikliği, küresel olarak yılda yaklaşık 2 milyar ton endüstriyel atık üretilmesi göz önüne alındığında olumlu bir gelişme. Endüstriyel atık, tüm atıkların yaklaşık yarısını oluştururken, yalnızca yaklaşık %2’si gerçekten geri dönüştürülüyor.

Endüstriyel atığın temel nedeni, metal işleme, kimya üretimi, gıda işleme, ilaç üretimi ve petrol‑gaz çıkarımı gibi çok çeşitli süreçlerin yan ürünleridir. Atığın yanlış yönetilmesi, çevreye olumsuz etkiler yaratan daha fazla endüstriyel atığa yol açabilir. 

Bununla birlikte, tüketiciler arasındaki farkındalık artarken, daha fazla ülke etkili atık bertarafına odaklanıyor ve endüstriyel atık yönetimi çözümlerine olan talep hızla yükseliyor; bu doğrultuda küresel endüstriyel atık yönetimi pazarının 2032 yılına kadar 1,79 milyar dolar seviyesine ulaşması öngörülüyor. Yeni teknolojilerin ortaya çıkması ve üretilen atık türlerinin karmaşıklaşması da bu büyümeye katkı sağlıyor. 

ABD’de, Endüstriyel Atık Yönetimi pazarının daha da büyümesi bekleniyor ve bu dönemde tahmini 323,81 milyar dolar değerine ulaşması öngörülüyor.

Atık yönetiminin yanı sıra, araştırmacılar ve şirketler atıkla başa çıkmanın diğer yollarını da inceliyor; bunlar arasında yükseltmeli geri dönüşüm, ürün yeniden tasarımı, biyobozunur alternatifler, döngüsel ekonomi modelleri, mikrobiyal çözümler ve yenilikçi geri dönüşüm teknolojileri yer alıyor.

Çöpü hazineye dönüştürmek, araştırmacıların son çabası oldu. Yakın zamanda Cornell araştırma ekibinin e-atıktan altın çıkardığını ve ardından bunu CO₂’yi organik maddelere dönüştüren bir katalizör olarak kullandığını paylaştık.

Yeni bir çalışma, endüstriyel atıktan yeşil piller geliştiriyor ve telefonlar ile hatta otomobiller gibi cihazlarımızda kullanılan pillere alternatif sunuyor. 

Şu anda kullanılan piller, lityum ve kobalt gibi metallere dayanıyor; bu metaller, yıkıcı ve yoğun madencilik yöntemleriyle elde ediliyor. 

Elektrikli araçların giderek yaygınlaşması, e‑bisiklet, tüketici elektroniği, enerji depolama, güç aletleri ve diğer pil yoğun uygulamalara artan ihtiyaç, metal temelli çözümlerden uzaklaşmayı ve yeşil enerji geçişini kolaylaştırmayı gerektiriyor. facilitate the green energy transition.

Endüstriyel Atığı Enerji Depolamak İçin Kullanmak

Yenilenebilir ve doğası gereği dalgalı enerji kaynaklarına olan bağımlılık arttıkça, Northwestern Üniversitesi araştırmacılarından oluşan bir ekip, şebekemizin taleplerini karşılamak için enerji depolama kapasitesinin artırılmasını savunuyor ve bunun için endüstriyel ölçekli organik bir atığı, sürdürülebilir enerji sağlayabilen verimli bir depolama çözümüne dönüştürdüler. 

Çalışmanın odak noktası, esnekliği, ölçeklenebilirliği ve uzun döngü ömrü nedeniyle araştırılan şarj edilebilir piller olan redoks akış pilleri (RFB) oldu. study.

Redoks akış pilleri pazarı şu anda pil pazarının küçük bir kısmını oluşturuyor, ancak 2024’te 300 milyon doların altında olan bu pazarın 2033 yılına kadar 1 milyar doların çok üzerine çıkması öngörülüyor. Bu genişleme, yenilenebilir enerji kaynaklarına artan geçiş, güvenilir ve büyük ölçekli enerji depolama çözümlerine ihtiyaç, hükümetin destekleyici girişimleri ve pil verimliliğini artırıp maliyetleri düşüren sürekli teknolojik ilerlemeler tarafından tetiklenecek.

RFB’lerdeki gelişmeler, onları büyük ölçekli enerji depolama için pratik bir seçenek haline getiriyor, ancak enerji yoğunlukları düşüktür. 

Son yıllarda, kırmızıoks-aktif organik moleküllerin (ROM) stabilitesinin artırılmasında ilerleme kaydedildi; bu moleküller, büyük ölçekli enerji depolama için sürdürülebilir RFB’ler inşa etmede umut vaat eden adaylar olarak görülüyor. Ancak değerlendirilen çoğu ROM, çok adımlı bir sentez gerektiriyor ve başlangıç malzemelerinin sınırlı bulunabilirliği, uygulamalarını engelliyor. 

Ayrıca anotlerin genellikle stabilite eksikliği olduğu gerçeği var. Anotler, RFB’lerde güç üreten ve enerjiyi depolayan elektrokimyasal reaksiyonlardan geçer. RFB’de kullanılan anot tipi, kapasitesini, tersine çevrilebilirliğini ve stabilitesini etkileyebilir. 

Bu nedenle Northwestern araştırmacıları, endüstriyel atıktan elde edilen organik bir bileşiği, sulu olmayan RFB (NARFB) uygulamaları için ROM olarak kullanmaya karar verdi. Bu pillerin birçok varyasyonu şebeke ölçeğinde araştırılıyor olsa da, atık organik malzemenin bu şekilde kullanılması alanda bir ilk olma özelliği taşıyor. 

Atık molekül, her yıl çeşitli organik endüstriyel sentez süreçleriyle binlerce ton üretilen, iyi bilinen bir endüstriyel atık yan ürünü olan triphenylfosfin oksit (TPPO)’dur. Kimyasal olarak stabil ve sınırlı uygulamaya sahip bu yan ürün, işe yaramaz bir şekilde bırakılır ve dikkatli bir şekilde bertaraf edilmesi gerekir. 

Değeri olmayan kullanılmamış yan ürün, öncülü triphenylfosfin (TPP)’nin gösterdiği etkileyici reaktivite nedeniyle ancak tolere edilebiliyor. 

Northwestern, DOE’nun Temel Enerji Bilimleri Ofisi ve Ulusal Bilim Vakfı Lisansüstü Araştırma Bursu’nun desteğiyle, araştırmacılar bu atığı bir ‘tek kap’ reaksiyonla değerli bir ürün haline getirebildiler. Ortaya çıkan çözelti, enerjiyi depolamanın güçlü bir yolu olarak büyük bir vaat sunuyor ve atıktan türetilen organik redoks akış pillerine geçişi mümkün kılıyor.

“Keşfimiz, atık bileşenlerin değerli kaynaklara dönüştürülme potansiyelini gösteriyor ve pil teknolojisinde yenilik için sürdürülebilir bir yol sunuyor.”

– Baş yazar Christian Malapit, Northwestern kimyageri ve Weinberg Sanat ve Bilimler Koleji Kimya Bölümü’nde yardımcı doçent

Mühendislerin ve malzeme bilimcilerin pil araştırmalarını domine ettiğini belirten Malapit, araştırmalarının gösterdiği gibi sentetik kimyagerlerin de “organik bir atık ürününü enerji depolayan bir molekül haline getirerek alana katkıda bulunabileceğini” vurguladı.

Geleneksel lityum veya katı hal pilleri kadar popüler olmayan, sıvı ya da katı elektrotlarda büyük miktarda enerji depolayan bu pillerin aksine, redoks akış pilleri elektrolitler arasında enerjinin akışını sağlayan kimyasal bir reaksiyon kullanarak enerjiyi depolar.

Son keşif, RFB’lerin organik bir molekül kullanması ve yüksek stabilite ile yüksek enerji yoğunluğuna ulaşabilmesi sayesinde, metal temelli rakiplere daha da yaklaşması bakımından son derece faydalı olduğunu gösteriyor.

Bu iki özel parametre, Malapit laboratuvarında doktora adayı olan ilk yazar Emily Mahoney’e göre, “geleneksel olarak birlikte optimize edilmesi zor” olmuştur; ancak artık atıktan elde edilen bir molekül için bu parametreler gösterildiğine göre, bu durum sadece “heyecan verici”.

Bununla birlikte, hem enerji yoğunluğunu hem de stabiliteyi sağlamak, elektronların zaman içinde depolama kapasitesini kaybetmeden sıkı bir şekilde paketlenmesini sağlayacak bir yol bulmayı gerektiriyor. Araştırma ekibi, organik kimyada bir fonksiyonel grup olan fosfin oksitlerin elektrokimyasını tanımlayan yarım yüzyıl önceki bir makaleden stratejilerini buldu.

Çalışma, fosfin oksitlerin pil araştırmalarında redoks-aktif bileşen olarak kullanılmasının “ilk örneği” idi.

Azaltılmış fosfin oksitler geleneksel olarak son derece kararsızdır, ancak son çalışmanın moleküler mühendislik yaklaşımı bu kararsızlığı giderdi ve böylece “enerji depolamada uygulanmalarının yolunu açtı”.

Şimdi, molekülün performansını değerlendirmek için araştırmacılar, statik elektrokimyasal şarj ve deşarj deneyleri gerçekleştirdi. 350 şarj-deşarj döngüsünden sonra, ekip pilin olağanüstü sağlığını koruduğunu ve zaman içinde ihmal edilebilir bir kapasite kaybı yaşadığını buldu.

350 döngü boyunca kapasite kaybı yaşamaması, çalışmanın sonucunda “bu molekülün alanda lider konuma gelmesini, sadece etkileyici performansından değil aynı zamanda kaynak sürdürülebilirliğinden de kaynaklandığını” gösteriyor.

Redoks akış pillerine gelince, enerji depolama için endüstriyel kimyasal atık olan triphenylfosfin oksit kullanımının yanı sıra, yenilikçi membran tasarımı, DMQA’yı elektrolit malzemesi olarak kullanma ve TEMPO katotların Hirshfeld yükünü ayarlama gibi diğer araştırmalar da RFB’lerin ilerlemesine katkı sağlıyor.

Diğer Endüstri Atıkları Pil Teknolojisini Güçlendiriyor 

Önemli bir atılım olmasına rağmen, bu çalışma yaygın bir endüstriyel geri dönüştürülmemiş atığı faydalı bir ürüne dönüştürmede tek başına değil; yıllar içinde birçok çalışma, atıkları pil teknolojisini iyileştirmek için kullandı.

Buna, çelik üretiminin bir yan ürünü olan çelik cürufu kullanımı da dahildir; çelik cürufu enerji depolama malzemeleri olarak araştırıldı. Bir çalışmada, araştırmacılar çelik cürufu tozu (SSP) ve cam tozu (GP) ile yeşil yapısal süperkapasitör hücreleri (SSC) oluşturdu ve bu hücreler dayanıklılık ve alan kapasitansı açısından iyi çok işlevsellik gösterdi. study.

Başka bir çalışmada, araştırmacılar çelik cürufunun termal performansını inceledi ve bunun duyarlı bir ısı depolama malzemesi olduğunu buldu. Na2CO3 aktivasyonu, malzemenin ısı depolama kapasitesini %25’in üzerinde ve ısı iletkenliğini %32’nin üzerinde artırmalarını sağladı.study.

Çelik endüstrisinin en büyük atık yan ürününün kullanımı sadece araştırmayla sınırlı değil. Dünyanın ikinci büyük çelik üreticisi ArcelorMittal (ARRD.DE ) (MT ), bu yan ürünü çelik üretim sürecinde termal enerji depolama olarak test etti ve ısı için fosil yakıt kullanımını azaltmayı hedefledi. Şirket, Linz-Donawitz (LD) cürufunu yaklaşık 30 yeni ürün üretmek için kullanıyor; bu ürünler yollar ve çit direkleri inşa etmek, çimento hammadde olarak ve kanalizasyon filtrasyonu için kullanılmaktadır.tested the byproduct.utilizes Linz-Donawitz (LD) slag to make about 30 new products, which are used to build roads and fence posts, as a raw material for cement, and for sewage filtration.

Çelik cürufu, kömür külü ve maden atıkları gibi diğer malzemeler de dayanıklı karbon depolama için kullanılmaktadır. Endüstriyel yan ürünlerin CO₂ depolama potansiyeli, endüstriyel atık üretimine bağlı olarak 2100 yılına kadar yıllık 2,9 ila 8,5 milyar ton arasında tahmin edilmektedir.utilized for durable carbon storage.

Uçucu kül, kömür yakıtlı enerji santrallerinin bir yan ürünü olup pil anotları için araştırılıyor. Suudi Arabistan’dan araştırmacılar, uçucu kül karbonunu alkali metal iyon pilleri için anot malzemesi olarak kullandı ve bu malzeme nispeten yüksek kapasiteler ve mükemmel döngü stabilitesi gösterdi. Ayrı bir çalışmada, araştırmacılar bu yan ürünün yüksek katkı değerini fark ederek, onu nanoyapılı silikon tozlarına dönüştürdüler ve lityum iyon pilleri için anot aktif malzemeleri olarak uyguladılar; bu malzemeler iyi elektrokimyasal performans sergiledi.showed relatively high capacities and excellent cycling stability. In a separate study, researchers went on to realize the high additive value of the byproduct by transforming it into nanostructured silicon powders and applying them as anode active materials for lithium-ion batteries exhibited good electrochemical performance.

Enerji üretimi sırasında ortaya çıkan kullanılmamış biyokütle ve atık malzemeler, piller, güneş hücreleri ve süperkapasitörler gibi enerji depolama cihazları için karbon malzemeleri üretmek amacıyla etkili bir şekilde kullanılabilir. Atığın kullanılmasının yanı sıra, atık bileşenlerin güvenli geri dönüşümü ve fosil yakıt tüketimiyle ilgili zorlukları da ortadan kaldırır. 

Biyokütleden elde edilen karbonlar, bitki ve hayvan atıklarını yapay süreçlerle gözenekli karbon malzemelerine dönüştürerek oluşur. Ortaya çıkan yapılar, nispeten yüksek iletkenlik, yüzey alanı ve gözeneklilikleri sayesinde, özellikle süperkapasitörler olmak üzere enerji depolama uygulamaları için mükemmel adaylardır.

Yüksek gözeneklilik ve özgül yüzey alanı nedeniyle karbon malzemeleri süperkapasitörlerde elektrot olarak yaygın şekilde kullanılır; biyokütle karbonu ise geniş kaynak, düşük maliyet, yüksek güç yoğunluğu, uzun ömür ve daha az kirlilik gibi avantajlarıyla öne çıkar.

Bilim insanları, bir sonraki nesil piller için yüksek performanslı pil anotları üretmek amacıyla plastik atığı bile kullanıyor. Singapurlu bir bilim ekibi, kimyasal olarak bağlanmış molekülleri daha kısa parçalara ayırarak atık polietilen tereftalat (PET) plastik şişelerden polimer elektrolitler üretme yöntemini geliştirdi.make polymer electrolytes from waste polyethylene terephthalate (PET) plastic bottles.

Ayrıca eski lityum iyon pillerin geri dönüştürülmesi, kobalt, lityum ve nikelin geri kazanılmasını ve yeni enerji depolama sistemlerinde yeniden kullanılmasını sağlıyor. 

Dünyadaki lityum (Li) arzının büyük çoğunluğu, doğada tuz göllerinde ve sert kaya cevherlerinde birincil ürün olarak bulunur ve esas olarak Avustralya, Çin ve Latin Amerika’da görülür. Kobalt arzı ise (birincil ürün olarak %10’dan az ve geri kalanı bakır ve nikel madenlerinin yan ürünü olarak) Demokratik Kongo Cumhuriyeti (DRC) tarafından domine edilir ve küresel üretimin %65’ini oluşturur.

Dolayısıyla, eski pillerin bileşenlerinin geri dönüştürülmesi sadece atığı azaltmakla kalmaz, aynı zamanda yeni hammadde ihtiyacını da düşürür; bu hammadde arzı bol olsa da, kaynak yoğun madencilik ve sınırlı coğrafi dağılım sorunlarıyla karşı karşıyadır.

İlgili Halka Açık Şirketler 

Şimdi, ilgili sektörlerde ilerleme kaydeden şirketlere bir göz atalım. 

1. Fluence Energy, Inc.

Enerji depolama çözümleri sunan küresel bir sağlayıcı olan Fluence, Gridstack Pro, Gridstack, Sunstack, Edgestack ve Ultrastack aracılığıyla temiz enerji geçişini hızlandırmayı hedefliyor. Ayrıca yenilenebilir enerji ve depolamayı yönetmek ve optimize etmek için AI hizmetleri sunan Fluence IQ Platformu da bulunuyor.

$3 milyar piyasa değerine sahip Fluence Energy hisseleri, yazım anında hisse başına $16,56 seviyesinde işlem görüyor ve yılbaşından bu yana %4,28 artış gösterdi. EPS (TTM) -0,08 ve P/E (TTM) -219,92. 30 Eylül itibarıyla sona eren çeyrek için şirket, ilk kez $1,3 milyar gelir ve $67,7 milyon pozitif net gelir bildirdi. Çeyreklik sipariş hacmi $1,2 milyar iken, birikmiş siparişler yaklaşık $4,5 milyara yükseldi. Nakit pozisyonu ise $518,7 milyon.

“Şimdiye kadarki en yüksek gelir ve kârlılık,” CEO Julian Nebreda, bunun “şirketin büyüme yolculuğunda önemli bir kilometre taşı” olduğunu belirtti. İleriye baktığında, Nebreda, “özellikle ABD pazarının öncülüğünde, dünya genelinde pil enerji depolama çözümlerine benzeri görülmemiş bir talep” gördüklerini ifade etti.

2. Waste Management

Endüstriyel atık geri dönüşümüne odaklanan Waste Management (WM ), konut, ticari ve belediye müşterileri için toplama, geri dönüşüm ve bertaraf hizmetleri dahil olmak üzere çevresel çözümler sunar.

$83,29 milyar piyasa değerine sahip Waste Management hisseleri, yazım anında $207,53 seviyesinde işlem görüyor ve yılbaşından bu yana %2,84 artış gösterdi. EPS (TTM) 6,54 ve P/E (TTM) 31,71; temettü getirisi %1,45.

2024’ün 3. çeyreği için şirket, fiyatlandırmadaki güçlü uygulama, sattığı geri dönüştürülebilir ürünlerin daha yüksek piyasa fiyatları ve çöp sahası hacmindeki önemli artış sayesinde gelirinde %7,9 artış bildirdi. Waste Management, çeyrekte sekiz geri dönüşüm projesini tamamladı ve planlanan otomasyon ve yeni projelerinin yarıdan fazlası, Kuzey Amerika genelinde yıllık 1,5 milyon tonluk geri dönüşüm kapasitesine katkı sağladı.

“Güçlü sonuçlarımız, öncelikli çabalarımızın ön hat tutma, maliyet yapımızın optimizasyonu ve müşterilerimize farklılaştırılmış hizmet sunumu üzerine odaklandığı Koleksiyon ve Bertaraf işimiz tarafından yönlendirildi ve bu da kazanç büyümesini tetikledi.”

– CEO Jim Fish

Sonuç

Endüstriyel atık, artan nüfus ve teknolojik ilerlemeler nedeniyle sürekli artıyor ve doğru şekilde yönetilmezse ölümcül sonuçlara yol açabilir. Hava ve su kirliliğinin yanı sıra, bu atık toprak bozulması, küresel ısınma ve ekosistemimize zarar vermeye neden olur. Atığın yalnızca küçük bir kısmı geri dönüştürüldüğü göz önüne alındığında, endüstriyel atığı enerji depolama aracı haline dönüştüren son keşifler çevre için son derece faydalı olup, sürdürülebilir ve daha sağlıklı bir geleceğe giden yolu açmaktadır.

En iyi pil hisselerinin listesi için buraya tıklayın.