На опубликованных кадрах продемонстрировали необычные аккумуляторы, которые уже изобрели для квартиры, машины и телефона, а одно устройство для работы требуется... лизнуть. Но зачем ученые ломали голову, когда есть литий-ионные? Все дело в том, что те, которые можно увидеть на кадрах, – биоразлагаемые. А такая батарейка на свалке может пролежать сто лет и загрязнить примерно двадцать квадратных метров почвы и подземные воды. Что уж говорить об элементах питания побольше...
Весь мир пересаживается на электромобили, чтобы защитить природу. И получается, что этим ее же и загрязняет. Так что делать с этими батарейками и аккумуляторами? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
Почему батарейка - это мина замедленного действия
В программе показали кладбище электромобилей в Китае. Во время пандемии, когда было запрещено даже из дома выходить, каршеринг оказался никому не нужен. Как результат – тысячи бесхозных машин медленно превращаются из экологического транспорта в мину замедленного действия. А все потому, что внутри аккумулятора – целая таблица Менделеева.
"В них есть кобальт, который также является тяжелым металлом, есть цинк, железо. Соответственно, если все копится в одном месте на каком-нибудь условном полигоне отходов, то большое количество кобальта, цинка попадает в почву, дальше уходит в грунтовые воды и потом может переходить в растения, загрязняя целую экосистему", – рассказал доцент кафедры экологии и природопользования МГРИ Вадим Рукавицын.
Средний срок жизни аккумулятора электрокара – 10–15 лет. После этого он теряет емкость, и в автомобиль приходится устанавливать новый. Во многих странах производители электромобилей сами занимаются утилизацией отработанных аккумуляторов. Но делают это очень неохотно. Почему же?
Фото: © Скриншот видео
Прежде всего, проблема – в размерах. В среднем аккумулятор электрокара 200–300 килограммов. Помимо редких металлов, там много электронных блоков, датчиков, и все это – в упаковке из пластика под соусом из электролита. Поэтому сначала аккумуляторы "раздевают" (снимают то, что еще можно использовать), а потом отправляют в шредер.
"Потом либо они сжигаются, из золы уже вычленяются необходимые металлы, либо эти металлы извлекаются путем химических реакций. И в том, и в другом случаях через крошку, оставшуюся от аккумуляторных батареек, пытаются извлечь наиболее ценные компоненты, которые в последующем используются в различных производствах", – поделился информацией эксперт Рукавицын.
На первый взгляд, все довольно просто, но лишь на первый. Единого стандарта по производству аккумуляторов для электрокаров нет. Поэтому фирмы фантазируют кто во что горазд – и с формой, и начинкой. Это осложняет процесс утилизации. И вот почему.
Все, кто жил в СССР, прекрасно помнят бутылки для молочных напитков. Кефир, молоко, варенец или ряженку отличали лишь по цвету крышки. По всей стране стояли заводы с одинаковыми конвейерами, рассчитанными под эту упаковку. Стеклотару собирали, мыли и на ближайшем предприятии дарили ей вторую, третью, пятую, десятую жизни, пока она не билась.
Проблема переработки аккумуляторов
Ситуация с переработкой аккумуляторов прямо противоположная. Для продукции разных производителей нужно изобретать собственный способ утилизации. Строить отдельный завод, и везти к нему аккумуляторы за тысячи километров, а потом развозить полученное сырье. На одной логистике можно разориться.
Фото: © Скриншот видео
Чтобы сэкономить, нужно либо ввести единый стандарт, либо поступить, как американский инженер Джеффри Штраубель. Он строит предприятие по переработке аккумуляторов рядом с заводом по производству электрокаров. Новая компания будет забирать батареи, что уже отслужили, перерабатывать и из того же сырья производить новые. По расчетам Штраубеля, экономия должна быть огромной. И не только на перевозке.
"При переработке аккумуляторов мы не просто получаем никель, кадмий и прочие ценные металлы. Мы получим их более чистыми, потому что с каждым циклом в них все меньше примесей. Аккумуляторы, созданные из переработанного сырья, служат намного дольше. Я уверен, что настанут времена, когда аккумуляторы будут служить дольше, чем машины", – рассказал Штраубель.
В будущее предприятие инвесторы уже вложили три с половиной миллиарда долларов. Оправдаются ли эти траты – пока неизвестно, строительство завода закончится лишь в конце этого года. Но у большинства экспертов идея Штраубеля вызывает сомнения.
"Новая батарейка из переработанной будет стоить в несколько раз дороже, чем батарейка из новых компонентов. Поэтому нужно принципиально менять составляющие этой батарейки или аккумулятора", – отметил эксперт Рукавицын.
Попытки продлить жизнь батареи
В Японии и Германии решили сделать ставку не на переработку старых аккумуляторов, а на продление их жизни. Отработанные батареи снимают с автомобилей и используют в других отраслях. Например, для хранения энергии, полученной от ветрогенераторов и солнечных электростанций. Остаточной мощности для этих целей хватает. Но не больше, чем на те же 10–15 лет. Дальше аккумулятор приходит в негодность. И вновь нужно думать, как его утилизировать. Так есть ли выход из этой тупиковой ситуации?
Фото: © Скриншот видео
Идея делать аккумуляторы из бумаги
В попытке заменить автомобили с двигателями внутреннего сгорания на более экологичные электрокары человечество столкнулось с новой проблемой. Аккумуляторы содержат опасные химические элементы и тяжелые металлы. Если их отправить на свалку – будут отравлять природу, на переработку – слишком дорого. Именно поэтому в Швейцарии придумали элементы питания из … бумаги. Точнее, из целлюлозы.
"Это настоящий бутерброд из четырех слоев, который печатается на 3D-принтере. Слои целлюлозы, графена – это сажа, графит или уголь, смесь глицерина и спирта, сверху –поваренная соль", – сообщил глава лаборатории по разработке аккумуляторов из целлюлозы Густав Нистрем.
Такой мини-конденсатор выдерживает несколько тысяч циклов зарядки. Но главное, что его можно выбросить в компостную кучу или просто оставить на природе, а через два месяца он распадется. Без всякого вреда для экологии. Пока бумажный элемент питания способен заряжать лишь небольшие цифровые часы, но ученые уже думают, как создать аккумулятор побольше.
Фото: © Скриншот видео
Элементы питания из дерева
Вполне возможно, совсем скоро так будет выглядеть производство нового аккумулятора (по крайней мере так считают изобретатели из Швеции) – они придумали заменить деревом один из элементов батареи электрокара – графит. Это природное ископаемое, которое рано или поздно закончится, а вот деревья можно вырастить заново. И внутри каждого будет лигнин – природный полимер высокой вязкости. Именно он станет начинкой так называемых деревянных батарей.
"В случае лигнина мы берем углерод из возобновляемых источников, то есть из древесины. Меняем один углерод на другой. Наверное, это лучше, поскольку из такого углерода можно сделать больше, чем из того, который рано или поздно закончится", – рассуждает эксперт Рукавицын.
Сколько раз можно будет перезаряжать лигниновый аккумулятор – пока неизвестно. Ученые только начали испытания. Правда, уже сейчас против этого изобретения восстают зеленые.
Фото: © Скриншот видео
"Эти деревянные аккумуляторы может быть и спасут земли и подземные воды от загрязнения тяжелыми металлами и химикатами, но они могут уничтожить леса. Вред, может и меньше, но он есть!" – сказала активистка против изменения климата Ванесса Накате.
Батарейки на микробах
А что, если пойти другим путем? Не пытаться уменьшить вред, а сделать аккумуляторы полезными для окружающей среды?! Ученые из Нью-Йорка представили инновационную разработку – гибкие батарейки на микробных элементах. Они вырабатывают ток благодаря бактериям, которые содержатся в грязной воде.
Во время экспериментов с помощью такой биобатарейки смогли зажечь светодиод. Осталось масштабировать технологию, и проблема утилизации элементов питания останется в прошлом. А заодно можно будет забыть про аккумуляторы, которые садятся в самый неподходящий момент. Чтобы заставить работать микробную батарейку, ее достаточно просто лизнуть.
Фото: © Скриншот видео
О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.