Zašto se bojimo kemije? To sam pitanje postavio na predavanju „Kemija za dobro – kemija za zlo“ prilikom predstavljanja moje knjige „Kemičar u kući“. Razlog strahu od kemije našao sam i u raširenom vjerovanju da je kemija „neprirodna“, dakle nezdrava, iz čega logički slijedi da je „prirodno“ zdravo. Može tako biti, ali... Nije sve iz prirode zdravo. Nisu sve gljive jestive, neke su dapače smrtno otrovne, iz prirode nam dolaze opojne droge (morfij, kanabis i druge) i teški otrovi, primjerice alkaloidi iz bunike. Među tim neželjenim sastojcima biljaka je i oksalna kiselina, koju nalazimo u povrću, posebice u špinatu i blitvi. Ona tijelu ne služi ni za što osim da pravi bubrežne kamence, oksalatne naravno.

Što je oksalna kiselina? Najjednostavnije rečeno, oksalna kiselina je najjednostavnija organska kiselina s dvije karboksilne skupine. (To naglašavam zato što je najjednostavnija organska kiselina ipak metanska ili mravlja kiselina, HCOOH.) Formula joj je HOOC-COOH, dakle dvije karboksilne skupine izravno vezane jedna za drugu, bez ičega između. Oksalna kiselina je najjača organska kiselina, a usto gradi kelate s mnogim metalnim ionima, što znači da se za njih izravno veže. Što još treba reći? Riječ je o bijelom prahu topljivom u vodi koji se tali na 187 ^oC, a polaganim zagrijavanjem raspada se na vodu i smjesu ugljikova monoksida i dioksida. I još: služi za čišćenje od hrđe, upotrebljava se u tekstilnoj industriji, a ne dobiva se izolacijom iz blitve i špinata nego sintezom iz metanske kiseline.

I evo Kolumbova jajeta: ta jednostavna, svakom upućenijem u kemiju poznata kiselina trebala bi postati temelj postupka za recikliranje litij-ionskih baterija. Optimizam se temelji na radu švedskih znanstvenika „Complete and selective recovery of lithium from EV lithium-ion batteries: Modeling and optimization using oxalic acid as a leaching agent“, objavljenom u znanstvenom časopisu Separation and Purification Technology. Naglasak je na prvim riječima naslova: „complete and selective recovery (potpuno i selektivno obnavljanje)“.

Postupak opisan u spomenutom radu je jednostavan. Litij-ionska baterija se prvo izmrvi, a nakon odvajanja plastike i drugih materijala neprikladnih za recikliranje, ostaje frakcija koja se sastoji samo od elektroda, katode i anode, aluminijskog vodiča (u obliku folije) i separatora. Ta se frakcija, koja čini oko pola mase baterije, usitni u prah s česticama manjima od pola milimetra. Nakon toga treba prah usuti u vodenu otopinu oksalne kiseline – i kuhati.

Samo: kako kuhati i koliko dugo kuhati?

To je najveći problem, jer tehnološki proces ne treba samo izvesti nego i optimalizirati. To nije lako. Treba načiniti matematički model čitavog procesa, izvesti regresijske funkcije, a onda tražiti optimum. Na kraju treba vidjeti koliko se matematički model slaže s eksperimentom.

Ukratko: najbolji rezultat postignut je pri koncentraciji oksalne kiseline 0,6 mol/L (54 g/L) i temperaturi od 55 ^oC. Pri tim uvjetima proces traje 60 minuta. I što nastaje?

 U oksalnoj se kiselini prije svega razgrađuje materijal anode, litijev kobaltat, LiCoO₂ ili LCO. Aluminij, od kojeg su napravljeni električni vodovi, prelazi u aluminijev oksalat uz razvijanje vodika. No sve što reagira se i ne otapa. To kažem zato što su samo litijev oksalat, Li₂C₂O₄ (6,6 g/L), i aluminijev hidrogenoksalat, Al(HC₂O₄)₃, topljivi u vodi, dok su oksalati ostalih metala praktički netopljivi. Posljedica toga je da u otopinu ulazi 100 % aluminija i 98,8 % litija iz baterijskog praha. Bakar i mangan ekstrahiraju se manje od 2 %, kobalt samo 0,16 %, a nikal se uopće ne ekstrahira.

Dobro ili loše? Najvažnije je izdvojiti litij, dok je aluminij – najčešći metal u Zemljinoj kori – manje važan. Kobalt je dragocjen, no on zaostaje u talogu, pa će trebati iznaći drugu metodu za njegovo odvajanje, nakon što se izdvoji litij, razumije se.

Kako bilo da bilo, rad švedskih znanstvenika je korak u pravom smjeru: danas se vrlo malo litij-ionskih baterija reciklira, tek nekoliko postotaka (s izuzetkom Kine gdje ih se reciklira 30 – 40 %). Problem je posebno akutan za Europu, jer ona raspolaže samo s jedan posto svjetskih zaliha litija. Fugit tempus, rekli bi stari Latini, vrijeme bježi. Treba žuriti.

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 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemija – muza arhitekture“ (u koautorstvu sa Zvonkom Pađanom) i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.