Aminokiselina reciklira baterije

Poljski su kemičari priredili otapalo za potpuno izdvajanje metala iz otpadnih litij-ionskih baterija koje možete doslovce popiti – ništa vam se neće dogoditi.

Nenad Raos subota, 12. srpnja 2025. u 06:00

Reciklirati litij-ionske baterije je lako. Treba ih samo samljeti, a potom izložiti temperaturi od nekoliko stotina stupnjeva Celsiusa: organska će tvar dijelom ispariti, dijelom se karbonizirati, pa će nastati crni prah, crna masa (black mass, BM). Naravno, reciklirati litij-ionske baterije nije lako, nego je baš teško. Jer što učiniti sa BM? Baciti je na deponij vrlo je opasno jer sadržava teške metale, prije svega mutageni i kancerogeni nikal, a osim toga kakva je to reciklaža, ako se iz nje ne dobiva ništa što bi moglo biti sirovina za nove baterije?

Gorući je to problem kemijske tehnologije. Ukupna vrijednost godišnje proizvedenih litij-ionskih baterija prelazi granicu od 93 milijarde dolara. Godišnja proizvodnja litija, osnovne sirovine za baterije, iznosi 134 tisuća tona, no njegove zalihe nisu neiscrpne, a usto je rudarenje litija često povezano s devastacijom okoliša – sjetimo se samo priče oko namjeravanog rudarenja litija u Srbiji (Rio Tinto)! No litij nije jedni metal u litij-ionskim baterijama: tipična BM sadržava 3 % kobalta, 8,6 % nikla, 4 % bakra, 3,4 % mangana, 2 % željeza, 1,7 % aluminija i 2,2 % litija, uz vrlo mali udio (0,067 %) cinka. Nisu svi navedeni metali jednako vrijedni. Najvrjedniji su kobalt, nikal i bakar uz, dakako, litij.

Crna masa: crni prah iz kojeg treba izdvojiti metale
Crna masa: crni prah iz kojeg treba izdvojiti metale

Postoji već mnoštvo metoda za kemijsku obradu crne mase kako bi se iz nje izdvojili vrijedni metali. No problem je, prvo, što se pri tome koriste opasne i za okoliš štetne kemikalije, poput sumporne i solne kiseline, a drugo što nijedan postupak ne vraća sve metale. To je i razumljivo, jer se metali, navedene sastavnice baterije, kemijski vrlo razlikuju. To posebice vrijedi za litij koji je alkalijski metal, dok ostale komponente pripadaju skupinama teških (prijelaznih) i lakih metala (aluminij).

No, da ne duljim više i da dođem do srži: poljski su znanstvenici pronašli kemijski postupak kojim su učinkovito izdvojili metale iz crne mase i pri tome nisu upotrijebili nijednu kemikaliju, nijedan kemijski spoj koji se ne nalazi u ljudskom tijelu! Naslov njihova znanstvenog rada objavljenog u časopisu Molecules glasi „Recovery of metals from the 'black mass' of waste Li-ion portable batteries with choline chloride-based deep eutectic solvents and bi-functional ionic liquids by solvent extraction“.

Od čitatelja ne očekujem da će sve razumjeti, no prije nego što prijeđemo na opis samog postupka treba razjasniti pojam „ionske tekućine“ (ionic liquids). Ionske tekućine su, jednostavno govoreći, soli organskih kationa, u ovom slučaju kolina (kolin je kation, a kolin-klorid sol). Kako kolin-klorid ima visoko talište, dodaje mu se drugi organski spoj, u ovom slučaju malonska kiselina, kako bi nastala smjesa (otapalo) nižeg, pa i najnižeg tališta, eutektička smjesa ili eutektičko otapalo. Naravno, u navedenom radu iskušano je mnogo takvih „eutektičkih otapala“ pa se stoga u naslovu pojavljuje sintagma „eutectic solvents“.  

Ovisnost ekstrakcija metala iz crne mase otapalom (reagensom) DES 2 + 15 g glicina + H2O2 u ovisnosti o temperaturi
Ovisnost ekstrakcija metala iz crne mase otapalom (reagensom) DES 2 + 15 g glicina + H2O2 u ovisnosti o temperaturi

No samo eutektičko otapalo nije dovoljno. Metali u crnoj masi se trebaju oksidirati, a potom se s nečim vezati. Sredstvo za oksidaciju je vodikov peroksid (H2O2), a najbolje sredstvo za vezanje metala je najjednostavnija aminikiselina – glicin (H2N-CH2-COOH). Ta kombinacija označena u radu kao „DES 2 + 15 g glicina + H2O2“ pokazala se najboljom: njome su poljski znanstvenici uspjeli ekstrahirati četiri metala (kobalt, nikal, litij i mangan) praktički u stopostotnom iskorištenju, a peti, bakar, u visokom iskorištenju od 75 %. Ne manje važno, to su postigli pri niskoj temperaturi (333 K = 60 oC) što umnogome pojeftinjuje tehnološki postupak, budući da ne treba trošiti mnogo toplinske energije. Prednost opisanog postupka je i što traje samo dva sata, što također snizuje troškove.

Dramatis personae: kolin-klorid, malonska kiselina i glicin
Dramatis personae: kolin-klorid, malonska kiselina i glicin

Iako ništa ne piše o samom kemizmu, jer nije posebice istraživan, jasno je da je ključna kemikalija u postupku upravo glicin, jer on gradi kompleksne spojeve, kelate, s metalima. Glicin je aminokiselina i posve je jestiv, baš kao kolin i malonska kiselina, koja se nalazi u voću i povrću. Još nam ostaje vodikov peroksid (H2O2), kojeg poznajemo u obliku tekućine za ispiranje usta i ušiju, no i njega nalazimo u hrani, posebice u medu!

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su  „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i "Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti".