إعادة تدوير بطاريات ليثيوم-أيون التالفة والبلاستيك معاً إلى مواد ماصة للميكروويف عبر التحكم بمحفز Ni-Co

تحويل البطاريات القديمة ونفايات البلاستيك إلى دروع مفيدة

جبال من بطاريات السيارات الكهربائية المستهلكة وتغليف البلاستيك هما من أكبر مشكلات النفايات الحالية. تُظهر هذه الدراسة طريقة لمعالجة الاثنين معاً: تحويل بطاريات ليثيوم-أيون المستعملة ونفايات البلاستيك المختلطة إلى مادة جديدة تمتص الموجات الميكروويفية غير المرغوب فيها. تُعد مثل هذه المواد مهمة لتقليل التداخل الإلكتروني وتحسين تقنيات التخفي، كما أن هذا النهج يفعل ذلك مع خفض التلوث واسترجاع المعادن القيمة.

لماذا يصعب التعامل مع نفايات البطاريات والبلاستيك

تدوم بطاريات ليثيوم-أيون في المركبات الكهربائية عادة خمس إلى ثماني سنوات فقط قبل أن تستبدل، مما يترك كميات كبيرة من حزم البطاريات المستعملة المحمَّلة بمعادن حيوية مثل النيكل والكوبالت والمنغنيز والليثيوم. وفي الوقت نفسه، يُنتج أكثر من 380 مليون طن من البلاستيك سنوياً، الكثير منه يقاوم التحلل ويلوث الأراضي والمحيطات. الطرق التقليدية للتعامل مع هذه النفايات—مثل حرق البلاستيك أو صهر البطاريات—تستهلك طاقة كبيرة، وتطلق غازات دفيئة وأبخرة سامة، وغالباً ما تسترد المعادن بكمية بدلاً من تحويلها إلى منتجات ذات قيمة أعلى.

طهي النفايات معاً لصنع أنابيب دقيقة

صمّم الباحثون عملية يتم فيها تسخين مسحوق الكاثود المفروم من البطاريات والبلاستيك المختلط معاً داخل مفاعل فولاذي مغلق. مكوّن رئيسي هو بلاستيك زجاجات المشروبات الشائع بولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، والذي يُخلط مع بلاستيكات أخرى مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين. عند تسخينه إلى حوالي 550 °م، تتحلل البلاستيكات إلى غازات تُقلل أكاسيد المعادن في مادة البطارية وتزوّد الكربون. تتجمع ذرات النيكل والكوبالت إلى جسيمات صغيرة جداً، في حين يخرج الليثيوم على شكل كربونات الليثيوم التي يمكن غسلها لاحقاً بالماء.

كيف يحافظ PET على نشاط المعادن

في العديد من عمليات تحويل البلاستيك إلى كربون، تختنق المحفزات المعدنية بسرعة عندما تغطيها طبقات كربون كثيفة، ما يوقف المزيد من التفاعلات. هنا، يغيّر PET مزيج الغازات بحيث لا يتراكم الكربون بشكل عشوائي. تنتج تحللاته أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، اللذان يساعدان على نزع الكربون غير المرتب بينما تسمح غازات غنية بالكربون بنمو أنابيب كربون نانوية مرتبة. كما تعمل كربونات الليثيوم المتشكلة كفاصل، مما يمنع جسيمات النيكل–الكوبالت من النمو أكبر من نحو 100 نانومتر. يضمن هذا التحكم في الحجم بقاء المعادن نشطة ويُوجّه نمو غابات كثيفة من الأنابيب النانوية المتداخلة مع جسيمات دقيقة من المعادن وأكسيد المنغنيز.

من مسحوق أسود إلى درع للميكروويف

بعد خطوة «التحلل المشترك» الأولية، يُسخن المنتج الصلب لفترة وجيزة مرة أخرى عند نحو 800 °م في جو خامل. تُنظف هذه المعالجة الثانية الكربون الزغبي المتبقي وتحسّن ترتيب وأنبية الكربون والتوصيل الكهربائي لها. المادة النهائية هي مركب خفيف الوزن تُدَمج فيه جسيمات المعادن وأكسيد المعادن داخل شبكة موصلة من أنابيب كربون نانوية متعددة الجدران. عند اختباره عبر ترددات الرادار والاتصالات الشائعة، يُظهر هذا المسحوق—عند خلطه بمادة رابطة بسيطة—امتصاصاً قوياً للميكروويف. عند سمك طلاء نحو 2.4 مليمتر، يمكنه امتصاص أكثر من 90% من الموجات الواردة على نطاق عرضي يبلغ 7 جيجاهرتز، وتكون أعماق الامتصاص القصوى أعلى حتى.

مكاسب بيئية واقتصادية

بعيداً عن أداء المختبر، قيّم الفريق كيف تقارن هذه الطريق لإعادة التدوير مع ثلاث طرق صناعية رئيسية: الصهر عند درجات حرارة عالية، والنقع الكيميائي، وإعادة توليد الكاثود مباشرة. باستخدام تحليل دورة الحياة ونموذج لإعادة تدوير البطاريات، وجدوا أن نهج التحلل المشترك يستهلك طاقة ومياه أقل وينتج انبعاثات غازات دفيئة أقل بكثير لكل كيلوجرام من النفايات المعالجة. كما يتجنب الأحماض المعدنية القوية، مسترداً الليثيوم على شكل كربونات الليثيوم عبر نقع مائي بسيط. وبما أن المنتج النهائي مادة ماصة للميكروويف عالية القيمة، يمكن للعملية، وفق نموذجهم، أن تولد أرباحاً أعلى بكثير من مسارات إعادة التدوير التقليدية.

ماذا يعني هذا لحياة الناس اليومية

بعبارة بسيطة، تُظهر الدراسة أن بطاريات السيارات الكهربائية القديمة وبلاستيك الاستخدام الواحد يمكن أن تتحول إلى دروع عالية التقنية لإدارة الموجات الكهرومغناطيسية. من خلال التحكم الذكي بكيفية تحلل البلاستيك وسلوك جسيمات المعادن أثناء التسخين، يحول الباحثون النفايات المختلطة إلى مسحوق أسود ناعم يستعيد المعادن الحيوية ويعمل كمواد ماصة قوية للميكروويف. هذا يقدم مساراً عملياً لتقليل النفايات، وخفض أثر المناخ، وصنع مواد متقدمة من موارد كانت ستُهدر خلاف ذلك.

الاستشهاد: Qiu, B., Hou, Y., Shi, Z. et al. Co-upcycling spent lithium-ion batteries and plastics into microwave absorbing materials with Ni-Co catalyst control. Nat Commun 17, 2822 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69501-1

الكلمات المفتاحية: إعادة تدوير بطاريات ليثيوم-أيون, تحويل مخلفات البلاستيك إلى قيمة, أنابيب الكربون النانوية, مواد ماصة للميكروويف, الاقتصاد الدائري