YTÃœ’lü bilim insanlarından lityum iyon pillerin geri kazanımına yönelik patentli çözüm

Yıldız Teknik Üniversitesinde (YTÜ) görevli öğretim üyeleri, kullanım ömrünü tamamlamış lityum iyon pillerden pil üretiminde kullanılan maddelerin geri kazanılmasını sağlayan, Türk Patent ve Marka Kurumu tarafından tescillenen bir yöntem geliştirdi.

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 AA muhabirine 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 baÅŸlamasıyla, bu pillerdeki aktif malzemelerin geri dönüştürülüp yeniden kullanılıp kullanılamayacağı sorusu üzerine çalışmalara baÅŸladıklarını belirten Gençten, “Ä°lk olarak lityum kobalt oksit esaslı pillerin geri dönüşümü üzerine çalışıp, daha sonra lityum esaslı farklı pil kimyalarına girip, ‘Buradaki tüm bileÅŸenleri yeniden kullanılabilir bir forma dönüştürebilir miyiz?’ diye yola çıktık. Bu noktada ilk aÅŸamada yaptığımız çalışmalar, aktif malzemelerin süper kapasitörlerde yeniden kullanılması üzerineydi. Bu metalleri sülfürler olarak çöktürüp yeniden kazanma ÅŸeklindeydi. 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:

“Åžu 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 oluÅŸuyor. Ancak elektrikli arabalar son yıllarda çok yaygınlaÅŸtı ve artan sayıya baÄŸlı olarak yakın gelecekte yine yığın miktarda bir lityum iyon pil atığı ortaya çıkacak. Biz bu atıkların bir kaynak olarak, yeniden birincil kullanım amacıyla deÄŸerlendirilip deÄŸerlendirilmeyeceÄŸi konusuna odaklandık. Yeniden Nikel Manganez Kobalt (NMC) pillerden NMC katot aktif maddesini, Lityum Demir Fosfat (LFP) pillerden LFP katot aktif maddesini, anot bileÅŸeninde kullanılan grafiti geri kazanıp sentezleme yoluna gittik.”

“Ãœlke ekonomisine önemli bir kaynak kazandırılması anlamına geliyor”

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

Atık pillerin içerisindeki malzemelerin aslında yüksek saflık oranında olduÄŸuna da iÅŸaret eden Gençten, “Atık pil dediÄŸiniz, normal bir madenden aldığınız gibi yüksek oranda safsızlık içermiyor. Ağırlıklı olarak bahsettiÄŸimiz bileÅŸenleri de saf halinde içeriyor. Dolayısıyla bu metallerin tamamının etkin bir ÅŸekilde geri dönüştürülmesi ülke ekonomisine önemli bir kaynak kazandırılması anlamına geliyor.” diye konuÅŸtu.

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 ÅŸekilde 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 baÄŸlı olmak kaydıyla, 400-800 kilogram arası batarya, lityum iyon pil kullanılıyor. Bunun da içerisinde kapasitesine baÄŸlı olmakla birlikte yaklaşık 10 kilogram lityum, ayrı ayrı 40-50 kilogram mangan, nikel, kobalt, 50-100 kilogram arası grafit var. Aktif bileÅŸenler yeniden kazanılarak, üretilen bataryalar cep telefonları ve elektrikli araçlar baÅŸta olmak üzere, birincil kullanım amacına uygun tüm alanlarda yeniden kullanılabilecek hale getirilebilir. Dışa bağımlılığı da bu konuda ortadan kaldırmak büyük bir potansiyel. BulunduÄŸumuz konum gereÄŸi de lityum iyon pil atıklarının toplanması noktasında bence iyi bir noktadayız.”

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

“Geri dönüşümle tekrar üretirsek ham maddeyi ülkemizde tutmuÅŸ 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 dolduÄŸunu, 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 deÄŸerlendirilmesi, cevherden üretime kıyasla daha az enerjiyle ve daha yüksek saflıkta üretim imkanı saÄŸlar.” dedi.

Bu sayede normal madencilikle karşılaÅŸtırıldığında ÅŸehir madenciliÄŸi adı verilen bu uygulamanın daha düşük maliyetle yüksek kalitede ürün elde edebilme imkanı sunduÄŸunu aktaran Birol, “Bataryalarda da bu ÅŸekilde. Bataryaların içerisinde büyük oranda nikel, mangan, kobalt, lityum bulunmakta. Bunların her birinin madenciliÄŸi yüksek enerji, emek istiyor ve çeÅŸitli ülkelerde sınırlı halde bulunmakta. Ancak biz bunu geri dönüşümle, yani ÅŸehir madenciliÄŸi ile eÄŸer tekrar üretirsek hem ham maddeyi kendi ülkemizde tutmuÅŸ oluyoruz hem de daha ucuz ve yüksek kalitede üretim yapabiliyoruz.” ÅŸeklinde konuÅŸtu.

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

“Artan elektrikli araçlar, sürdürülebilir enerji dediÄŸimiz 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 deÄŸerlendirilirse, hem dışa bağımlılık azalır hem de bu kaynaklar ülke içinde tutulmuÅŸ 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.”

Kaynak: AA