Lityum iyon pillerin geri kazanımı için patentli çözüm

Son yıllarda elektrikli araçlar ve taşınabilir elektronik cihazların yaygınlaşmasıyla hızla büyüyen lityum iyon pil atığı sorunu, çevre ve ekonomi açısından yeni zorluklar doğuruyor.

Birleşmiş Milletler Kalkınma Programı (UNDP) tarafından paylaşılan raporlara göre, dünya genelinde 2025 yılı itibarıyla yaklaşık 900 bin ton lityum iyon pilin kullanım ömrünü tamamlayarak atık haline geldiği tahmin ediliyor.

Raporlardaki öngörülere göre, 2030 yılında bu sayının dünya genelinde 11 milyon tona ulaşması beklenirken, pillerin oluşturacağı çevresel sorunlar birçok devlet için şimdiden çözülmesi gereken bir sorun olarak görülüyor.

YTÜ Kimya Metalurji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü öğretim üyeleri Prof. Dr. Metin Gençten, Doç. Dr. Burak Birol ve Dr. Sezgin Yaşa, bu soruna çözüm olarak, kullanım ömrünü tamamlamış lityum iyon pillerden başta kobalt sülfür olmak üzere pil üretiminde kullanılan maddelerin geri kazanılmasını sağlayan yenilikçi bir yöntem geliştirdi.

Türk Patent ve Marka Kurumu tarafından tescillenen bu yenilikçi yöntem, yalnızca sorunu bertaraf etmek üzerine değil, yeniden üretime odaklanan bir çözüm sunuyor.

Kullanılmış pillerden elde edilen katot malzemesinden, kimyasal işlemlerle kobalt sülfür başta olmak üzere diğer maddeler geri kazanılıyor. Elde edilen malzeme, enerji depolama sistemlerinden sensör teknolojilerine kadar geniş bir yelpazede kullanılabiliyor.

Araştırmacılar, geliştirdikleri yöntemle hem çevreye zarar veren atık yükünü azaltmayı hem de sanayi için değerli bir hammadde üretmeyi hedefliyor. Bu yaklaşım, geri dönüşüm süreçlerini maliyet kalemi olmaktan çıkarıp ekonomik fırsata dönüştürüyor.

Yöntem, Türkiye’nin çevre teknolojileri ve sürdürülebilir üretim alanındaki potansiyelini ortaya koyarken, lityum iyon pil atıkları konusunda dünya genelinde artan sorunlara da dikkati çeken bir çözüm modeli sunuyor.

“Her yıl yaklaşık 1 milyon ton civarı lityum iyon pil atığı ortaya çıkıyor”

Konuya ilişkin konuşan Prof. Dr. Metin Gençten, daha önce çalışan sistemleri kaynak alarak kendi çalışma fikirlerinin ortaya çıktığını söyledi.

Gençten, kurşunun büyük oranda tekrar dönüştürülebildiğini, ancak lityum sistemlerinde henüz bu geri dönüşümün tam anlamıyla yaygınlaşmadığını dile getirdi.

Yaklaşık 5-6 yıl önce lityum pil atık miktarının da artmaya başlamasıyla, bu pillerdeki aktif malzemelerin geri dönüştürülüp yeniden kullanılıp kullanılamayacağı sorusu üzerine çalışmalara başladıklarını belirten Gençten, “İlk olarak lityum kobalt oksit esaslı pillerin geri dönüşümü üzerine çalışıp, daha sonra lityum esaslı farklı pil kimyalarına girip, ‘Buradaki tüm bileşenleri yeniden kullanılabilir bir forma dönüştürebilir miyiz?’ diye yola çıktık. Bu noktada ilk aşamada yaptığımız çalışmalar, aktif malzemelerin süper kapasitörlerde yeniden kullanılması üzerineydi. Bu metalleri sülfürler olarak çöktürüp yeniden kazanma şeklindeydi. Ancak ilerleyen çalışmalarımızda direkt olarak lityum iyon pil kimyasında bulunan anot ve katot malzemelerinin geri dönüşümü temel çalışma noktamız oldu.” dedi.

Temel çıkış noktalarından birinin yıllık ortaya çıkan atık miktarı olduğuna dikkati çeken Gençten, şöyle konuştu:

Şu anda halihazırda her yıl yaklaşık 1 milyon ton civarı lityum iyon pil atığı ortaya çıkıyor. Bu atıkların büyük kısmı evsel kullanımdaki cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar gibi atık pillerden oluşuyor. Ancak elektrikli arabalar son yıllarda çok yaygınlaştı ve artan sayıya bağlı olarak yakın gelecekte yine yığın miktarda bir lityum iyon pil atığı ortaya çıkacak. Biz bu atıkların bir kaynak olarak, yeniden birincil kullanım amacıyla değerlendirilip değerlendirilmeyeceği konusuna odaklandık. Yeniden Nikel Manganez Kobalt (NMC) pillerden NMC katot aktif maddesini, Lityum Demir Fosfat (LFP) pillerden LFP katot aktif maddesini, anot bileşeninde kullanılan grafiti geri kazanıp sentezleme yoluna gittik.

“Ülke ekonomisine önemli bir kaynak kazandırılması anlamına geliyor”

Gençten, yaptıkları çalışmanın ülke ekonomisine büyük katkı sağlayabileceğini vurgulayarak, “Lityum kritik bir kaynak, her ülkede çıkan bir metal değil. Dolayısıyla biz buradaki atığı bir kaynak olarak düşünüyoruz. Bir lityum iyon pilin yapısında önemli miktarda lityum, nikel, mangan, kobalt gibi bileşenler var. Nikel değerli bir geçiş metali, ekonomik önemi olan bir metal. Kobalt aynı şekilde, üretimi Afrika’da gerçekleşen ve maalesef üretim esnasında bazı insani durumların ortaya çıktığı bir metal. Mangan aynı şekilde. Bunları yeniden ekonomiye kazandırmak önemli bir konu haline geliyor.” ifadelerini kullandı.

Atık pillerin içerisindeki malzemelerin aslında yüksek saflık oranında olduğuna da işaret eden Gençten, “Atık pil dediğiniz, normal bir madenden aldığınız gibi yüksek oranda safsızlık içermiyor. Ağırlıklı olarak bahsettiğimiz bileşenleri de saf halinde içeriyor. Dolayısıyla bu metallerin tamamının etkin bir şekilde geri dönüştürülmesi ülke ekonomisine önemli bir kaynak kazandırılması anlamına geliyor.” diye konuştu.

Atık pilleri muhafaza etmenin hem güvenlik hem de çevre açısından büyük bir risk ve ekonomik kayıp olduğunu kaydeden Gençten, şunları kaydetti:

Bu metalleri biz etkin şekilde yeniden alıp yüksek verimle yeniden katot malzeme sentezinde kullanılıp dışa bağımlılığı ortadan kaldırabilecek bir potansiyeli ortaya çıkarabiliriz. Çünkü bir elektrikli arabanın yapısında, ortalama kapasitesine, menziline bağlı olmak kaydıyla, 400-800 kilogram arası batarya, lityum iyon pil kullanılıyor. Bunun da içerisinde kapasitesine bağlı olmakla birlikte yaklaşık 10 kilogram lityum, ayrı ayrı 40-50 kilogram mangan, nikel, kobalt, 50-100 kilogram arası grafit var. Aktif bileşenler yeniden kazanılarak, üretilen bataryalar cep telefonları ve elektrikli araçlar başta olmak üzere, birincil kullanım amacına uygun tüm alanlarda yeniden kullanılabilecek hale getirilebilir. Dışa bağımlılığı da bu konuda ortadan kaldırmak büyük bir potansiyel. Bulunduğumuz konum gereği de lityum iyon pil atıklarının toplanması noktasında bence iyi bir noktadayız.

Gençten, atık kavramının önemli oranda değişikliğe uğradığını belirterek, “Artık proseslerde kullanılan atıklar veya bir malzemede kullanılan proses atığı olarak baktığımız bileşenlerin büyük kısmı ya başka bir sistemin girdisi oluyor ya da geri dönüştürülüp yeniden birincil amaçla kullanıma uygun bileşenler haline dönebiliyor. Artık günümüz dünyasında bu atık dediğimiz kavram setine böyle bakmak gerekiyor. Bunların her birinin geri dönüştürülebilir, ekonomiye kazandırılabilir bir potansiyeli var. Bu şekilde malzemelere yaklaşırsak, sürdürülebilir bir dünya açısından da bence önemli bir adım elde ederiz diye düşünüyorum.” ifadelerini kullandı.

“Geri dönüşümle tekrar üretirsek ham maddeyi ülkemizde tutmuş olacağız”

Doç. Dr. Burak Birol ise normal şartlarda metallerin ve malzemelerin cevher denilen doğadan çıkan kaynaklardan kullanıldığını, bu kaynaklar kullanılırken ham maddenin cevher içerisinde düşük miktarlarda bulunduğunu, metal üretiminde büyük enerji harcandığını söyledi.

Metaller ve malzemeler elde edildikten sonra bir süre kullanıldığını ve ardından ömürlerinin dolduğunu, bu malzemelerin de zamanla atık adını aldığını dile getiren Birol, “Ancak bu atıklar içerisinde de bu metallerden büyük miktarlarda bulunuyor. Bunların yeniden ham madde olarak değerlendirilmesi, cevherden üretime kıyasla daha az enerjiyle ve daha yüksek saflıkta üretim imkanı sağlar.” dedi.

Bu sayede normal madencilikle karşılaştırıldığında şehir madenciliği adı verilen bu uygulamanın daha düşük maliyetle yüksek kalitede ürün elde edebilme imkanı sunduğunu aktaran Birol, “Bataryalarda da bu şekilde. Bataryaların içerisinde büyük oranda nikel, mangan, kobalt, lityum bulunmakta. Bunların her birinin madenciliği yüksek enerji, emek istiyor ve çeşitli ülkelerde sınırlı halde bulunmakta. Ancak biz bunu geri dönüşümle, yani şehir madenciliği ile eğer tekrar üretirsek hem ham maddeyi kendi ülkemizde tutmuş oluyoruz hem de daha ucuz ve yüksek kalitede üretim yapabiliyoruz.” şeklinde konuştu.

Günümüzde kullanılan her malzeme ve ürünün bir batarya içerdiğini söyleyen Birol, şu ifadeleri kullandı:

Artan elektrikli araçlar, sürdürülebilir enerji dediğimiz solar paneller… Rüzgar türbinlerinden elde edilen enerjiler yine bataryalarda birikmekte ve zaman içerisinde bu bataryalar yine atık halini alacaktır. Bu malzemeler atık haline gelmeden önce ham madde olarak değerlendirilirse, hem dışa bağımlılık azalır hem de bu kaynaklar ülke içinde tutulmuş olur. Özellikle sıfır atık yaklaşımı bu konuda büyük önem taşıyor. Çünkü bu atık bataryalar çevreye zararlı. Çevreye verdikleri zararı engellemek için geri dönüşüm önemli bir yer kazanıyor.