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《【Nature Chemical Engineering】可持续的金属回收方法可降低成本和温室气体排放》

  • 来源专题：新能源汽车
  • 编译者： 王晓丽
  • 发布时间：2024-09-26

  • 莱斯大学詹姆斯-托尔（James Tour）领导的一个研究小组开发出了一种方法，可以更有效地从电子垃圾中回收有价值的金属，同时显著减少金属回收通常对环境造成的影响。

    金属回收可以减少对采矿的需求，从而减少与原材料开采相关的环境破坏，如森林砍伐、水污染和温室气体排放。 研究工艺显著降低了运营成本和温室气体排放，使其成为可持续回收领域的一个关键进步。 该研究团队的研究成果于9月25日发表在Nature Chemical Engineering杂志上。

    这项新技术提高了关键金属的回收率，并以 Tour 早先利用闪焦耳加热（FJH）进行废物处理的工作为基础。 研究人员利用闪焦耳加热的氯化和碳氯化工艺，从电子垃圾中提取有价值的金属，包括镓、铟和钽。 传统的回收方法（如湿法冶金和火法冶金）需要消耗大量能源，会产生有害的废液，并涉及大量的酸。 相比之下，新方法无需使用水、酸或其他溶剂，就能实现精确的温度控制和快速的金属分离，从而消除了这些难题，大大减少了对环境的危害。 

    科学家们发现，他们的方法能有效地从电容器中分离出钽，从废弃的发光二极管中分离出镓，从使用过的太阳能导电薄膜中分离出铟。 研究小组通过精确控制反应条件，使金属纯度超过 95%，产率超过 85%。此外，该方法还有望用于锂和稀土元素的提取。

    原文链接： Bing Deng et al, Flash separation of metals by electrothermal chlorination, Nature Chemical Engineering (2024). DOI: 10.1038/s44286-024-00125-2. www.nature.com/articles/s44286-024-00125-2

  • 原文来源：https://phys.org/news/2024-09-sustainable-metal-recycling-method-greenhouse.html
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  • 《科学家开发的环保方法可降低回收锂离子电池的成本》
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    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2020-11-16
    • 据外媒报道，现在的锂电池大多使用一种名为钴的稀有和昂贵的金属作为阴极成分的一部分，但开采这种材料需要付出巨大的环境代价。其中一种更环保的替代品被称为磷酸锂离子， 而一项新的突破可以进一步提高这种阴极材料的环保性能，一旦用完就可以恢复到原来的状态，而使用的能量只是目前方法的一小部分。 这项研究由加州大学圣迭戈分校的纳米工程师进行，主要研究磷酸铁锂制成的阴极电池的回收技术。通过摒弃镍和钴等重金属，这些类型的电池可以帮助避免这些材料开采地的景观和水源的退化，以及工人暴露在危险条件下。 人们对钴相关问题的认识不断提高，推动了行业的转变，许多人都在寻找替代电池设计，包括IBM和特斯拉这样的大公司，他们今年开始销售采用磷酸铁锂电池的Model 3。这些电池更安全、寿命更长、生产成本更低，不过有一个不足之处是，一旦用完，回收成本很高。 “回收它们并不划算，”加州大学圣迭戈分校的纳米工程教授郑晨说。“这和塑料的困境是一样的--材料很便宜，但回收它们的方法却不便宜。” 回收突破的重点是磷酸铁锂电池性能退化背后的几个机制。当它们被循环使用时，这个过程会推动结构变化，随着锂离子的流失，阴极中产生了空位，同时铁和锂离子也会在晶体结构中交换位置。这就会夹带锂离子，防止它们在电池中循环。 该团队将市售的磷酸铁锂电池单元，并将其耗尽到一半的存储容量。然后，他们将电池拆解，并将所得粉末浸泡在含有锂盐和柠檬酸的溶液中，然后将其冲洗干净，晾干，再在约60至80℃的温度下加热。然后将这种粉末制成新的阴极，并在纽扣电池和小袋电池中进行测试，研究小组发现其性能恢复到初始状态。 这是因为这种回收技术不仅补充了电池的锂离子存量，而且使锂离子和铁离子重新回到阴极结构中的原始位置。这要归功于柠檬酸的加入，它给铁离子提供了电子，减少了通常排斥铁离子移动到原来位置的正电荷。这一切的结果是，锂离子可以被释放出来，再次在电池中循环。 根据该团队的研究，其技术与目前回收磷酸锂离子电池的方法相比，消耗的能量减少了80%至90%，排放的温室气体也减少了约75%。虽然这是一个很好的开始，但该团队表示，还需要进一步研究，以确定收集和运输大量这些电池的整体环境足迹。 “弄清楚如何优化这些流程是下一个挑战，”郑晨说。“而这将使这种回收过程更接近于行业采用。” 该研究发表在 《Joule》 杂志上。
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  • 《使用轻型驱动轴可减少有害气体的排放》
    • 来源专题：工业强基
    • 编译者：张欣
    • 发布时间：2024-07-05
    • 轻量化设计对于可持续移动性至关重要。例如，由具有热固性基体的碳纤维增强塑料（CFRP）制成的驱动轴可以减少对气候有害的排放。然而，这些轴的轻量化设计和资源节约潜力尚未完全实现。在Fraunhofer IAP，自动纤维铺放技术（AFP）用于生产由碳纤维增强塑料制成的新型、非常轻的驱动轴。由于采用热塑性基体，这些部件可以回收利用。 Fraunhofer应用聚合物研究所IAP的研究人员正在开发一种新的、非常轻的驱动和侧轴系统，用于基体由热塑性材料组成的汽车和卡车。这些材料可以回收利用，并具有额外的重量优势。 由纤维增强塑料制成的驱动轴重量轻，可降低车辆的油耗，从而有助于降低对环境的影响。在汽车和卡车中，它们将动力从变速箱传递到车轮，在此过程中必须承受高负载。因此，它们通常制造为多件式驱动轴，并由钢、铝或钛合金等重型材料制成。 目前的替代方案是由碳纤维增强塑料和热固性基体制成的驱动轴。由于它们的密度较低且所需的轴承位置较少，因此它们比金属产品轻约60%，并具有更好的机械性能。然而，它们仍然可以在重量和易于回收方面进一步优化。 Fraunhofer项目组“可持续轻量化技术中心”（ZenaLeb）的研究人员和行业合作伙伴致力于这项任务。ZenaLeb负责人Felix Kuke总结了这一方法：“第一步，我们希望使用热固性基体优化绕线传动和侧轴。第二步，我们将使用热塑性基体开发轴。”。 减少燃料消耗和CO2排放 具有热固性基体的驱动轴目前使用纤维缠绕生产。在此制造过程中，浸渍有树脂的细丝在张力下缠绕在旋转轴上，并在后续步骤中固化。然而，计划中的热塑性塑料传动轴和侧轴将使用自动纤维铺放技术（AFP）制造。 研究人员解释道：“使用AFP技术，预浸料坯，即含有碳纤维的预浸带，通过激光加热，然后完全自动地放置在旋转轴上，并由机器人控制。不需要额外的固化。” AFP技术还有更多优势：胶带可以在加工过程中被切割并放置在不同的位置以创造新的角度、缠绕图案和形状。换言之，与细丝缠绕相反，驱动轴可以自由缠绕，并且不受预定缠绕模式的限制。与当前的热固性设计方法相比，这种方法生产的产品重量更轻。 据Fraunhofer IAP计算，新设计可以在使用阶段降低0.3%的燃料消耗，并大大减少德国新注册的汽车和卡车的CO2排放量。与钢基驱动轴相比，甚至可以减轻65%以上的重量。Kuke解释道：“AFP工艺使制造商能够实现高生产率。我们的目标是实施大规模生产的制造理念。” 对产品全生命周期进行数字化监控 跟踪整个过程链以减少碳足迹需要使用集成传感器系统绘制和监测从基础材料生产到回收的产品生命周期。为此，光纤传感器和应变计被缠绕在驱动轴和相应装备的设备中。 预浸料已经带有二维码，可以提供有关纤维以及所用基质系统的信息，这对于回收至关重要。通过整合产品品牌概念和传感器系统，可以评估新轴生产对环境的影响，并确定所需的能源和资源消耗。 数字孪生形式的数字化和仿真工具支持优化过程和质量保证，并有助于使设计更加轻量化。
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