Lityum pillerin geri dönüşümü çok zordur ve üretilmesi için çok miktarda su ve enerji gerekir. Ortaya çıkan alternatifler daha ucuz ve daha yeşil olabilir.
Avustralya’nın Yarra Vadisi’nde, yeni pil teknolojisi, ülkenin konut binalarına ve ticari girişimlerine lityum kullanmadan güç sağlamaya yardımcı oluyor – bu piller, sofra tuzunda bulunan bir element olan sodyuma güveniyor ve gerçekten sürdürülebilir bir pil arayışında bir adım daha olabilir.
Dünya araçları hızla elektriklendirmeyi ve yenilenebilir enerjiyi depolamayı düşündükçe, pillere yönelik küresel talep artıyor. Tipik olarak EV’lerde kullanılan lityum iyon pillerin geri dönüşümü zordur ve çıkarılması için çok miktarda enerji ve su gerekir. Şirketler, dünyanın yeşil enerjiye geçişine yardımcı olabilecek daha sürdürülebilir alternatifleri çılgınca arıyor.
“Sodyum, piller için [lityumdan] çok daha sürdürülebilir bir kaynaktır,” diyor Birleşik Krallık merkezli pil teknolojisi şirketi Faradion’un CEO’su James Quinn. Yarra Valley enerji şirketi Nation Energie için sodyum-iyon piller üreten Faradion’un CEO’su Quinn, “Dünya çapında yaygın olarak bulunuyor, bu da kaynağının daha ucuz olduğu ve çıkarılması için daha az su gerektiği anlamına geliyor” diyor. “Bir ton sodyum çıkarmak için bir ton lityuma kıyasla 682 kat daha fazla su gerekiyor. Bu önemli bir miktar.”
Faradion’un sodyum-iyon pilleri, yenilenebilir elektriği depolamak için dünyanın dört bir yanındaki enerji şirketleri tarafından zaten kullanılıyor. Ve bunlar, 2020 yılında Avrupa Birliği tarafından “kritik hammadde” olarak listelenen lityuma olan ağır ve artan bağımlılığımıza sadece bir alternatif. Lityum pil pazarının büyüklüğünün 2023’te 57 milyar $’dan (45 milyar £) 2032’ye kadar 187 milyar $’a (150 milyar £) çıkması öngörülüyor.
Lityum pillere umut verici alternatifler bulmak için, lityum pili bu kadar popüler yapan şeyleri düşünmek yardımcı olur. İyi bir pili oluşturan faktörlerden bazıları kullanım ömrü, güç, enerji yoğunluğu, güvenlik ve ekonomikliktir. Dezavantajları da çoktur: ömürlerinin sonunda, bu pillerin geri dönüşümü hala karmaşık bir süreçtir. Pildeki geri dönüşüm için ayrı metallerin çıkarılması, metalin dökülmesini ve ardından istenen metali çıkarmak için sıvıda ayırmayı içerir.
Florida Uluslararası Üniversitesi’nin pil araştırma laboratuvarında doktora sonrası araştırma görevlisi olan Aqsa Nazir, “Bir lityum iyon pili geri dönüştürmek, yeni bir pil üretmekten daha fazla enerji ve kaynak tüketir, bu da neden yalnızca küçük bir miktar lityum iyon pilin geri dönüştürüldüğünü açıklar” diyor.
Şili gibi ülkelerde yapılan buharlaştırma havuzlarını kullanan lityum ekstraksiyonu, yüksek bir su ayak izi ile birlikte gelir. Çalışmalar, buharlaşma işlemi sırasında çevreye kirleticilerin salınabileceğini ve yakınlardaki toplulukları potansiyel olarak etkileyebileceğini göstermektedir. Madencilikten kaynaklanan su kıtlığı da yerli halkların geçim kaynaklarını tehdit edebilir. Madencilik alanlarının yerli yaşam alanlarıyla örtüşmesi de zorla göçe ve ataların köylerinin terk edilmesine yol açmıştır.
Buharlaştırma yöntemine bir alternatif, Avustralya’da yapıldığı gibi kaya madenciliğidir. Ancak bunun kendi sakıncaları vardır. Kaya madenciliği sırasında çıkarılan her ton lityum için yaklaşık 15 ton CO2 atmosfere salınır.
Peki, lityum iyon pile uygulanabilir alternatifler var mı?
Sodyum iyon piller
Sodyum iyon pillerde sodyum doğrudan lityumun yerini alır. Lityum iyon pillerden farklı olarak, sodyum piller dört ana bileşen içerir – anot, katot, bir elektrolit ve bir ayırıcı. Elektrolitin durumu üreticiye göre değişir.
Yerkabuğundaki sodyum-lityum oranı, milyonda 23.600 parçadan (ppm) milyonda 20 parçaya kadardır. Sodyumun doğal bolluğu, çok daha düşük bir çıkarma maliyetine yol açar. Sodyum pil için bir diğer faktör, bakır folyoları örneğin alüminyum folyolarla değiştirerek diğer daha düşük maliyetli malzemeleri kullanabilmesidir.
Avustralya’daki Deakin Üniversitesi’nde elektromateryaller ve korozyon bilimleri başkanı Maria Forsyth, lityumdan sodyum pil üretimine geçişin oldukça düşük maliyetli olacağını söylüyor.
Forsyth, “Üretim açısından, şu anda lityum iyon piller üreten aynı fabrikalar sodyum piller de üretebileceğinden geçiş kolaydır” diyor. “Bu, üretimin hızlı bir şekilde ölçeklendirilebileceği anlamına geliyor. “
Sodyum pillerin bir avantajı, nakliyedeki güvenliğidir. Faradion’un CEO’su Quinn, “Sodyum iyon teknolojisinin benzersiz bir özelliği, depolama ve nakliye için sodyumu sıfır volta kadar deşarj etme yeteneğidir” diyor. “Bu, daha güvenli koşullarda saklanabileceği ve taşınabileceği anlamına gelir.” Daha düşük yanıcılık riski seviyeleri, Quinn’in söylediği gibi onu lityum pillere kıyasla daha güvenli bir seçenek haline getiriyor.
Ancak bir dezavantajı, düşük enerji yoğunluğudur. EV üreticileri için, düşük enerji yoğunluğuna sahip piller sorunludur çünkü bu, bir aracın menzilini etkiler. Lityum piller 150-220 Wh/kg (kilogram başına watt-saat) arasında enerji yoğunluğuna sahipken, sodyum pillerin daha düşük bir enerji yoğunluğu aralığı 140-160 Wh/kg’dır. Meng, bunun sodyum pillerin şarjlar arasında uzun menziller gerektiren EV’lerde ticari olarak ölçeklenmesinin daha az olası olduğu anlamına geldiğini söylüyor.
Bir diğer engel, sodyum pillerin ömründe yalnızca kısa sayıda şarj döngüsünü yönetebilmesidir. Şu anda, sodyum pillerin yaklaşık 5.000 kez şarj döngüsü varken, lityum-demir fosfat piller (bir tür lityum iyon pil) 8.000 ila 10.000 kez şarj edilebilir. Ancak araştırmacılar bunu çözmek için çalışıyorlar – 2023’te Çin’deki bilim adamları ve mühendisler, farklı bir elektrot türü kullanarak 6.000 döngü elde ettiler.
Çin’in pil teknolojisi firması HiNa, 2019 yılında büyük ölçekli enerji depolama için sodyum pillerin uygulanabilirliğini gösteren 100 kWh’lik bir enerji depolama santrali kurdu. HiNa ayrıca yakın zamanda bir grup sodyum pille çalışan elektrikli aracı da test etti.
