Розробка системи утилізації відпрацьованих батарейок та свинцевих акумуляторів: оцінка економічного ефекту з мінімізацією шкоди довкіллю
Анотація
Актуальність тематики визначається численними питаннями практичного застосування зарядних батарей та акумуляторів після завершення заявленого технічного терміну експлуатації, у зв'язку з проблемами забруднення через відсутність потенціалу для нормального утилізації. Основною метою даного дослідження є вивчення перспектив розробки та практичної реалізації системи утилізації відпрацьованих акумуляторів та свинцевих акумуляторів у контексті оцінки потенційного економічного впливу мінімізації шкоди довкіллю при повній реалізації поставленої мети. Основою методології цього наукового дослідження є поєднання кількісних і якісних методів. Застосування методів аналізу, синтезу, індукції та дедукції в даній дослідницькій роботі дає достатню інформацію про існуючі принципи відновлення свинцевих батарей та акумуляторів. Метод узагальнення передбачає здійснення якісної оцінки даних, отриманих у ході наукової роботи. Метод моделювання забезпечує відображення отриманих результатів за допомогою відповідних схем і діаграм. Проаналізовано наявні публікації ряду дослідників, які займалися науковою розробкою питань утилізації відпрацьованих свинцевих батарей та акумуляторів. Досліджено фактори економічного ефекту, якого можна досягти при якісній переробці свинцевих акумуляторів. Сформовано приблизну оцінку економічного ефекту із заданим напрямком мінімізації шкоди навколишньому середовищу. Отримані в цій дослідницькій роботі результати та сформульовані на їх основі висновки мають практичне значення з точки зору перспектив збільшення обсягів виробництва вторинної продукції міді шляхом утилізації використаних батарейок та зменшення шкоди, що наноситься навколишньому середовищу, коли воно безконтрольно забруднено вторинними продуктами їх використання
Ключові слова
переробка відпрацьованих акумуляторів, промислова переробка, зменшення шкоди довкіллю, економічна ефективність утилізації акумуляторів, утилізація свинцевих акумуляторів
[1] Akhmadova, H.F., Hasanova, F.G., Aliev, Z.M., & Shapiev, B.I. (2018). Recovery of lead from the metallized fraction of used battery scrap. Scientific Journal Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences, 5, 1-4.
[2] Bai, S., Kim, B., Kim, C., Tamwattana, O., Park, H., Kim, J., Lee, D., & Kang, K. (2021). Permselective metal-organic framework gel membrane enables long-life cycling of rechargeable organic batteries. Nature Nanotechnology, 16(1), 77-84. doi: 10.1038/s41565-020-00788-x.
[3] Bicer, Y., & Dincer, I. (2018). Life cycle environmental impact assessments and comparisons of alternative fuels for clean vehicles. Resources, Conservation and Recycling, 132, 141-157. doi: 10.1016/j.resconrec.2018.01.036.
[4] Cao, D., Sun, X., Li, Q., Natan, A., Xiang, P., & Zhu, H. (2020). Lithium dendrite in all-solid-state batteries: Growth mechanisms, suppression strategies, and characterizations. Matter, 3(1), 57-94. doi: 10.1016/j.matt.2020.03.015
[5] D’Adamo, I., Ferela, F., Gastaldi, M., Maggiore, F., Rosa, P., & Terzi, S. (2019). Towards sustainable recycling processes: Wasted printed circuit boards as a source of economic opportunities. Resources, Conservation and Recycling, 149, 455-467. doi: 10.1016/j.resconrec.2019.06.012.
[6] Danilov, А.А. (2014). State of the battery market. Economic Systems Management: Electronic Scientific Journal, 8, 1-11.
[7] Denisova, E.D. (2019). Construction of a battery recycling plant and its efficiency. Innovative Science, 1, 62-65.
[8] Denisova, E.D., & Pirogova, S.V. (2020). Logistics chain of investment project for construction of battery recycling plant in the Republic of Tatarstan. Economics and Business: Theory and Practice, 2(1), 86-88.
[9] Farhad, S., Gupta, R., Yasin, G., & Nguyen, T.A. (2022). Nano technology for battery recycling, remanufacturing, and reusing. Oxford: Elsevier.
[10] Garche, J., & Brandt, K. (2018). Electrochemical power sources: Fundamentals, systems, and applications. Oxford: Elsevier. doi: 10.1016/C2015-0-00574-3.
[11] Garche, J., Karden, E., Moseley, P.T., & Rand, D.A.J. (2017). Lead-acid batteries for future automobiles. Oxford: Elsevier.
[12] Gupta, R., Nguyen, T.A., Song, H., & Yasin, G. (2022). Lithium-sulfur batteries. Oxford: Elsevier.
[13] Jin, C., Liu, T., Sheng, O., Li, M., Liu, T., Yuan, Y., Nai, J., & Tao, X. (2021). Rejuvenating dead lithium supply in lithium metal anodes by iodine redox. Nature Energy, 6(4), 378-387. doi: 10.1038/s41560-021-00789-7.
[14] Kim, H., Mattinen, U., Guccini, V., Liu, H., Salazar-Alvarez, G., Lindström, R.W., Lindbergh, G., & Cornell, A. (2020). Feasibility of chemically modified cellulose nanofiber membranes as lithium-ion battery separators. ACS Applied Materials and Interfaces, 12(37), 41211-41222. doi: 10.1021/acsami.0c08820.
[15] Kumaravel, V., Bartlett, J., & Pillai, S.C. (2021). Solid electrolytes for high-temperature stable batteries and supercapacitors. Advanced Energy Materials, 11(3), article number 2002869. doi: 10.1002/aenm.202002869.
[16] Levchenko, I., &Britchenko, I. (2021). Estimation of state financial support for non-priority territorial units using the example of bridge construction. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(13(109)), 26-34. doi: 10.15587/1729-4061.2021.225524.
[17] Li, C., Huang, Y., Feng, X., Zhang, Z., Gao, H., & Huang, J. (2021). Silica-assisted cross-linked polymer electrolyte membrane with high electrochemical stability for lithium-ion batteries. Journal of Colloid and Interface Science, 594, 1-8. doi: 10.1016/j.jcis.2021.02.128.
[18] Liu, T., Cheng, X., Yu, H., Zhu, H., Peng, N., Zheng, R., Zhang, J., & Shu, J. (2019). An overview and future perspectives of aqueous rechargeable polyvalent ion batteries. Energy Storage Materials, 18, 68-91. doi: 10.1016/j.ensm.2018.09.027.
[19] Liu, Z., Qin, L., Chen, X., Xie, X., Zhu, B., Gao, Y., Zhou, M., & Liang, S. (2021). Improving stability and reversibility via fluorine doping in aqueous zinc-manganese batteries. Materials Today Energy, 22, article number 100851. doi: 10.1016/j.mtener.2021.100851.
[20] Lizundia, E., & Kundu, D. (2021). Advances in natural biopolymer-based electrolytes and separators for battery applications. Advanced Functional Materials, 31(3), article number 2005646. doi: 10.1002/adfm.202005646.
[21] Ma, L., Chen, S., Long, C., Li, X., Zhao, Y., Liu, Z., Huang, Z., & Zhi, C. (2019). Achieving high-voltage and high-capacity aqueous rechargeable zinc ion battery by incorporating two-species redox reaction. Advanced Energy Materials, 9(45), article number 1902446. doi: 10.1002/aenm.201902446.
[22] Manthiram, A. (2020). A reflection on lithium-ion battery cathode chemistry. Nature Communications, 11(1), article number 1550. doi: 10.1038/s41467-020-15355-0.
[23] Meng, N., Lian, F., & Cui, G. (2021). Macromolecular design of lithium conductive polymer as electrolyte for solid-state lithium batteries. Small, 17(3), article number 2005762. doi: 10.1002/smll.202005762.
[24] Mir, S., & Dhawan, N. (2022). A comprehensive review on the recycling of discarded printed circuit boards for resource recovery. Resources, Conservation and Recycling, 178, article number 106027. doi: 10.1016/j.resconrec.2021.106027.
[25] Mittal, N., Ojanguren, A., Cavasin, N., Lizundia, E., & Niederberger, M. (2021). Transient rechargeable battery with a high lithium transport number cellulosic separator. Advanced Functional Materials, 31(33), article number 2101827. doi: 10.1002/adfm.202101827.
[26] Molina, A., Patil, N., Ventosa, E., Liras, M., Palma, J., & Marcilla, R. (2020). New anthraquinone-based conjugated microporous polymer cathode with ultrahigh specific surface area for high-performance lithium-ion batteries. Advanced Functional Materials, 30(6), article number 1908074. doi: 10.1002/adfm.201908074.
[27] Morachevsky, А.G. (2014). Used lead batteries are the most important source of secondary lead. Materials Science. Power Industry, 4(207), 127-137.
[28] Nowroozi, M.A., Mohammad, I., Molaiyan, P., Wissel, K., Munnangi, A.R., & Clemens, O. (2021). Fluoride ion batteries – past, present, and future. Journal of Materials Chemistry A, 9(10), 5980-6012. doi: 10.1039/d0ta11656d.
[29] Popovic, J., Brandell, D., Ohno, S., Hatzell, K.B., Zheng, J., & Hu, Y.-Y. (2021). Polymer-based hybrid battery electrolytes: Theoretical insights, recent advances and challenges. Journal of Materials Chemistry A, 9(10), 6050-6069. doi: 10.1039/d0ta11679c.
[30] Prasad, M.N.V., & Vithanage, M. (2019). Electronic waste management and treatment technology. Oxford: Butterworth-Heinemann. doi: 10.1016/C2017-0-03655-8.
[31] Rovin, S.L., & Ohremchuk, S.S. (2013). Addressing battery scrap recovery and lead production in Belarus. Casting and Metallurgy, 3(71), 87-89.
[32] Saldaña, G., Martín, J.I.S., Zamora, I., Asensio, F.J., & Oñederra, O. (2019). Analysis of the current electric battery models for electric vehicle simulation. Energies, 12(14), article number 2750. doi: 10.3390/en12142750.
[33] Shea, J.J., & Luo, C. (2020). Organic electrode materials for metal ion batteries. ACS Applied Materials and Interfaces, 12(5), 5361-5380. doi: 10.1021/acsami.9b20384.
[34] Smyrnov, O., Borysenko, A., Trynova, I., Levchenko, I., Marchenko, A. (2020). Determining the technical and economic parameters for designing hybrid power units for the budget segment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8(103)), 43-49.
[35] Sun, J., Yao, X., Li, Y., Zhang, Q., Hou, C., Shi, Q., & Wang, H. (2020). Facilitating interfacial stability via bilayer heterostructure solid electrolyte toward high-energy, safe and adaptable lithium batteries. Advanced Energy Materials, 10(31), article number 2000709. doi: 10.1002/aenm.202000709
[36] Tabelin, C.B., Park, I., Phengsaart, T., Jeon, S., Villacorte-Tabelin, M., Alonso, D., Yoo, K., Ito, M., & Hiroyoshi, N. (2021). Copper and critical metals production from porphyry ores and E-wastes: A review of resource availability, processing/recycling challenges, socio-environmental aspects, and sustainability issues. Resources, Conservation and Recycling, 170, article number 105610.
[37] Torabi, F., & Ahmadi, P. (2019). Simulation of battery systems. London: Academic Press.
[38] Tran, H.P., Schaubroeck, T., Swart, P., Six, L., Coonen, P., & Dewulf, J. (2018). Recycling portable alkaline/ZnC batteries for a circular economy: An assessment of natural resource consumption from a life cycle and criticality perspective. Resources, Conservation and Recycling, 135, 265-278. doi: 10.1016/j.resconrec.2017.08.018.
[39] Wang, S., Fernandez, C., Chunmei, Y., Yongcun, F., Wen, C., Stroe, D-I., & Chen, Z. (2021). Battery system modeling. Oxford: Elsevier. doi: 10.1016/C2020-0-03232-9.
[40] Xu, C., Yang, Z., Zhang, X., Xia, M., Yan, H., Li, J., Yu, H., & Shu, J. (2021). Prussian blue analogues in aqueous batteries and desalination batteries. Nano-Micro Letters, 13(1), article number 166. doi: 10.1007/s40820-021-00700-9.