Reciklaža baterija

Reciklaža baterija predstavlja jedan kompleksan tehnološki proces zbog raznovrsnosti sastojaka baterija i kojim se baterije ne vraćaju u ponovnu upotrebu već se reciklirani elementi baterije koriste za druge namene. U Srbiji se godišnje upotrebi preko 50 miliona baterija raznih vrsta. Prosečno domaćinstvo upotrebi oko 21 bateriju godišnje. Veći deo istrošenih baterija završi na deponijama i smetlištima kao otpad sa visokim sadržajem teških metala od kojih se po negativnom uticaju na zdravlje ljudi izdvajaju živa i kadmijum.

Organizacija sakupljanja i reciklaže baterija predstavlja oblast koju treba velikom brzinom uspostaviti i razvijati uz pozitivna iskustva drugih država. Zakonodavstvo Republike Srbije propisalo je način postupanja sa ovim otpadom po ugledu na direktive EU.

Prvi poznati artefakt koji se može smatrati baterijom je bagdadska baterija (korišćena za pozlaćivanje i posrebrivanje) datira iz perioda 250. Godine pre nove ere do 640. godine nove ere.

Svrha baterije je da pretvori hemijsku energiju u električnu. Današnje baterije rade na istom principu koji je otkrio italijanski fizičar Alesandro Volta . On je 1789. godine šipke od cinka i bakra i uronio u rastvor sirćetne kiseline, čime je i konstruisao prvu ćeliju baterije i prvi elektrolit.

Šipke bakra i cinka su bile pozitivna i negativna elektroda. Kiselina je trošila šipku cinka, dok je šipka bakra apsorbovala energiju koja se stvarala u toku procesa. Između dve elektrode došlo je do razvijanja napona. Elektrohemijski principi prve baterije koju je Volta konstruisao i danas su osnov industrije baterija.

Prošlo je više decenija kada je Žorž Leklanše (Georges Leclanché) razvio praktičniju ćeliju. On je koristio prah mangan dioksida kao pozitivnu elektrodu umesto bakra, a negativna elektroda je i dalje bila od zinka. Kao elektrolit on je koristio vodeni rastvor amonijum-hlorida. Porozna posuda je držala prah koji je bio okružen ugljeničnim kolektorom. Leklanh je smestio celu ćeliju u staklenu teglu i tako konstruisao prvu vlažnu ćeliju.

Prva suvu ćeliju konstruisao je Gasner (Carl Gassner) 1886. godine i ona je služila kao prototip za industriju baterija. On je koristio cink da drži sve komponente kao negativna elektroda. Elektrolit je adsorbovan na poroznom medijumu. On je takođe dodao i cink-hlorid kao elektrolit i na taj način smanjio koroziju cinka u periodu kada je baterija neaktivna. Masovna proizvodnja ovog tipa baterija započela je 1896. godine u Klivlendu, Ohajo, SAD.

Između 1890. i 1970. godine suve ćelije su postale popularne, ali nije bilo velikih promena u njihovom dizajnu. Tokom sedamdesetih godina prošlog veka tehnologija baterija počela je intezivno da se razvija, sa novim baterijama i novim načinom rada starih baterija.

Danas, osim standardnih suvih ćelija (ugljenik cink i cink hlorid), asortiman baterija obuhvata i alkalne (standardne i sa visokim performansama), olovno-kisele, litijumske (litijum mangan, litijum jon i litijum jon polimer), nikl kadmijumske, nikl metal hidridne i srebro oksidne.

Svrha svih baterija, od prva baterije koju je konstruisao Volta do današnjih, je pretvaranje hemijske energije u električnu. U svakoj bateriji  elektrone pokreće hemijska reakcija sa jednog pola na drugi. Negativan pol ili elektroda (katoda) do suprotno naelektrisanog pola pozitivne elektrode (anoda). Elektroni se kreću kroz polje elektrolita (molekuli pod naponom) i u bateriji razvijaju struju. Ukupna voltaža baterije se određuje vrstom metala unutar nje.

Mnogo godina živa je služila za ovu svrhu, ali zbog njene toksičnosti zamenjena je u novijim baterijama. Na primer, alkalne baterije imaju u sebi elektrodu od cinka, kao anodu, i katodu od oksida mangana. Alkalna, ili bazna so kao što je kalijum hidroksid služi kao elektrolit.

Baterije za opštu upotrebu obično sadrže cink i ugljenične elektrode sa kiselim elektrolitom. Alkalne ili baterije za opšu upotrebu najbolje rade u lampama, radio uređajima, ali sofisticiranija elektronika oslanja se na jače litijum jonske, nikl metal hidridne, nikl kadmijumske ili druge vrsta visokovoltažnih baterija. Ove baterije se klasifikuju kao baterije za kućnu upotrebu.

Bez obzira na vrstu baterija, kada svi elektroni pređu sa negativne na pozitivnu elektrodu nema više hemijske reakcije i baterija ne može više da funcioniše- istrošena je i predstavlja otpad. Za otpadne baterije se može reći da su mali paketi metala koji mogu zagaditi životnu sredinu.

Kao i reciklažni proces bilo koje vrste otpada, reciklaža baterija otpočinje sakupljanjem. U mnogim državama razvijeni su sistemi sakupljanja koji građanima omogućavaju da donesu i bezbedno odlože baterije na svom poslu, školi, u javnim zgradama, …

Fizički procesi tretmana istrošenih baterija obično se sastoje iz sledećih koraka: sortiranje, magnetna separacija, rastavljanje i mlevenje (drobljenje).

Metalni ostaci mogu da se prerade različitim procesima, pirometalurškim ili hidrometalurškim. Proizvodi ovih procesa su legure metala ili rastvori koji sadrže jone metala.

U pirometalurškim procesima koriste se visoke temperature u pećima za razdvajanje i uklanjanje raznih materijala, dok se u hidrometalurškom tretmanu koristi proces luženja (tretiranje usitnjene mase u rastvoru neke hemikalije) kojim se dobijaju sirovine za npr. hemijsku industriju.

Pirometalurški procesi su najkorišćeniji procesi koji se koriste u reciklaži baterija. Ova metoda tretmana istrošenih baterija sastoji se od selektivnog pretvaranja u paru metala na povišenim temperaturama. Izdvajanje cinka iz alkalnih i cink ugljeničnih baterija odvija se na 1500°C. Ovi procesi ne zahtevaju rastavljanje baterija i relativno su jednostavni. Ipak, ovaj postupak je energetski zahtevan, dolazi do emisija štetnih gasova i čestica (zahteva prečišćavanje) i nisu toliko prilagodljivi u poređenju sa hidrometalurškim.

Hidrometalurški tretmana baterija zahteva određene procese predtretmana nakon čega slede luženje i separacija metala. Luženjem se, u kiselom ili baznom rastvoru, rastvaraju metalne frakcije baterija sa ciljem dobijanja rastvora metala  koji se dalje tretira u cilju dobijanja metala ili jona metala.

Ovi procesi imaju imaju neke koristi u poređenju sa pirometalurškim kao što su: manji troškovi, ponovna upotreba hemikalija/rastvora i smanjenje zagađenja vazduha. Za ovaj postupak neophodna je komplikovanija procedura predtretmana (klasifikacija baterija, rastavljanje i magnetna separacija).

Na slici je prikazana šema hidrometalurškog procesa tretmana cinka (Zn) i mangana (Mn) iz istrošenih baterija.