YTÜ Araştırmacılarından Lityum İyon Piller İçin Yenilikçi Geri Dönüşüm Çözümü!

Elektrikli araçlar ve taşınabilir elektronik cihazların artan popülaritesiyle birlikte, lityum iyon pil atıkları çevresel ve ekonomik yönden yeni zorluklar yaratmaya devam ediyor.

Birleşmiş Milletler Kalkınma Programı (UNDP) tarafından yayımlanan raporlara göre, dünya genelinde 2025 yılına gelindiğinde yaklaşık 900 bin ton lityum iyon pilin atık haline geleceği öngörülüyor.

Bu raporlar, 2030 yılı itibarıyla bu miktarın dünya çapında 11 milyon tona yükselmesini beklerken, birçok ülke için bu atıkların çevreye vereceği zararlar önemli bir sorun teşkil ediyor.

Yıldız Teknik Üniversitesi (YTÜ) Kimya Metalurji Fakültesi'nden Prof. Dr. Metin Gençten, Doç. Dr. Burak Birol ve Dr. Sezgin Yaşa, lityum iyon pillerden kobalt sülfür gibi değerli maddelerin geri kazanımını sağlayan yenilikçi bir yöntem geliştirdiler.

Bu yöntem, Türk Patent ve Marka Kurumu tarafından tescillenmiş olup, sadece atıkları bertaraf etmeye değil, aynı zamanda yeniden üretime odaklanarak ekonomik bir çözüm sunuyor.

Kullanılmış pillerden elde edilen katot malzemesi, kimyasal işlemlerle kobalt sülfür başta olmak üzere diğer maddelere dönüştürülüyor. Bu malzemeler ise enerji depolama sistemlerinden sensör teknolojilerine kadar geniş bir alanda kullanılabiliyor.

Araştırmacılar, geliştirdikleri bu yöntemle çevreye zarar veren atık yükünü azaltmayı ve sanayi için değerli hammadde üretmeyi hedefliyorlar. Bu yaklaşım, geri dönüşüm süreçlerini birer maliyet kalemi olmaktan çıkarıp birer ekonomik fırsata dönüştürüyor.

Yöntem, Türkiye'nin çevre teknolojileri ve sürdürülebilir üretim kapasitesini artırırken, lityum iyon pil atıkları konusunda dünya genelindeki artan sorunlara da etkili bir çözüm sunuyor.

YILLIK YAKLAŞIK 1 MİLYON TON PİL ATIĞI ÜRETİLİYOR

Prof. Dr. Metin Gençten, AA muhabirine verdiği demeçte, mevcut sistemleri temel alarak kendi çalışma yöntemlerini geliştirdiklerini ifade etti.

Gençten, kurşunun büyük oranda geri dönüştürülebildiğini, ancak lityum sistemleri için bu geri dönüşümün henüz yaygınlaşmadığını belirtti.

Yaklaşık 5-6 yıl önce lityum pil atıklarının artmasıyla birlikte, bu pillerdeki aktif malzemelerin geri kazanımı üzerine çalışmalara başladıklarını söyleyen Gençten, "İlk olarak lityum kobalt oksit esaslı pillerin geri dönüşümüne odaklandık ve ardından farklı pil kimyaları üzerinde çalışarak tüm bileşenleri yeniden kullanılabilir forma dönüştürmeyi hedefledik. Başlangıçta süper kapasitörlerde aktif malzemelerin yeniden kullanımı üzerinde çalıştık. Ancak daha sonra doğrudan lityum iyon pil kimyasında bulunan anot ve katot malzemelerinin geri dönüşümü üzerinde yoğunlaştık." dedi.

Gençten, yıllık atık miktarına dikkat çekerek, "Şu anda her yıl yaklaşık 1 milyon ton lityum iyon pil atığı üretiliyor. Bu atıkların büyük kısmı cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlar gibi evsel kullanımdan kaynaklanıyor. Ancak elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla yakın gelecekte daha fazla lityum iyon pil atığı ortaya çıkacak. Bu atıkları bir kaynak olarak değerlendirip yeniden kullanmayı hedefledik. Nikel Manganez Kobalt (NMC) pillerden NMC katot aktif maddesini ve Lityum Demir Fosfat (LFP) pillerden LFP katot aktif maddesini, anot bileşeninde kullanılan grafiti geri kazanmayı ve sentezlemeyi amaçladık." diye konuştu.

EKONOMİYE ÖNEMLİ BİR KAYNAK KAZANDIRILMASI

Gençten, çalışmalarının ülke ekonomisine büyük katkılar sağlayabileceğini vurgulayarak, "Lityum kritik bir kaynak ve her ülkede bulunmuyor. Bu nedenle atıkları bir kaynak olarak görüyoruz. Bir lityum iyon pilde önemli miktarda lityum, nikel, mangan ve kobalt gibi bileşenler bulunuyor. Nikel değerli bir geçiş metali, ekonomik olarak önemli bir metal. Kobalt ise üretimi Afrika'da gerçekleşen ve insani sorunlara yol açabilen bir metal. Mangan da aynı şekilde. Bu metallerin ekonomiye kazandırılması önemli bir konu." ifadelerini kullandı.

Atık pillerin içindeki malzemelerin yüksek saflıkta olduğuna işaret eden Gençten, "Atık piller, normal bir madenden elde edilen safsızlıklara sahip değil. Ağırlıklı olarak saf bileşenleri içeriyor. Bu nedenle metallerin etkin bir şekilde geri dönüştürülmesi, ülkemiz için önemli bir kaynak anlamına geliyor." şeklinde konuştu.

Atık pillerin güvenlik ve çevre açısından büyük bir risk ve ekonomik kayıp olduğunu belirten Gençten, sözlerini şöyle sürdürdü:

"Bu metallerin etkin bir şekilde yeniden kazanılması ve katot malzeme sentezinde kullanılabilmesi dışa bağımlılığı ortadan kaldırabilir. Elektrikli araçlarda ortalama 400-800 kilogram batarya kullanılıyor ve içinde 10 kilogram lityum, 40-50 kilogram mangan, nikel, kobalt ve 50-100 kilogram grafit bulunuyor. Bu aktif bileşenlerin geri kazanılması, bataryaların cep telefonları ve elektrikli araçlar gibi birincil kullanım alanlarında yeniden kullanılabilir hale getirilmesiyle dışa bağımlılığı azaltabiliriz. Bulunduğumuz konum itibarıyla lityum iyon pil atıklarının toplanmasında iyi bir noktadayız."

Gençten, "Atık kavramı önemli ölçüde değişti. Artık proseslerde kullanılan atıklar ya başka bir sistemin girdisi oluyor ya da geri dönüştürülerek yeniden birincil amaçla kullanıma uygun hale geliyor. Bu atıkların her biri geri dönüştürülebilir ve ekonomiye kazandırılabilir bir potansiyele sahip. Bu şekilde malzemelere yaklaşmak, sürdürülebilir bir dünya için önemli bir adım." dedi.

"Geri dönüşümle ham maddeyi ülkemizde tutabiliriz"
Doç. Dr. Burak Birol, metallerin ve malzemelerin genellikle cevherden elde edildiğini ve bu süreçte büyük enerji harcandığını anlattı.

Metaller ve malzemeler kullanıldıktan sonra ömürlerini tamamlayarak atık haline geldiklerini belirten Birol, "Bu atıklar da büyük miktarda metal içeriyor. Bunların yeniden ham madde olarak değerlendirilmesi, cevherden üretime kıyasla daha az enerji ve daha yüksek saflıkta üretim imkanı sağlar." dedi.

Birol, şehir madenciliği adı verilen bu uygulamanın, normal madencilikle karşılaştırıldığında daha düşük maliyetle daha kaliteli ürün elde edilmesini sağladığını ifade etti. "Bataryalarda da bu şekilde. Bataryalar nikel, mangan, kobalt, lityum gibi metaller içerir. Bunların madenciliği yüksek enerji ve emek gerektiriyor, sınırlı kaynaklar mevcut. Ancak geri dönüşümle, yani şehir madenciliği ile bu metallerin tekrar üretimi, ülkemizde ham maddeyi tutmamızı ve daha ucuz, kaliteli üretim yapmamızı sağlar." diye konuştu.

Günümüzde her ürünün bir batarya içerdiğini belirten Birol, "Elektrikli araçlar, sürdürülebilir enerji sistemleri, rüzgar türbinlerinden elde edilen enerjiler bataryalarda depolanıyor ve zamanla bu bataryalar atık haline geliyor. Bu malzemeler atık haline gelmeden ham madde olarak değerlendirilirse, dışa bağımlılık azalır ve bu kaynaklar ülke içinde kalır. Sıfır atık yaklaşımı bu nedenle büyük önem taşıyor. Atık bataryalar çevreye zararlı. Çevreye verdikleri zararın önlenmesi için geri dönüşüm kritik bir role sahip." dedi.