专家称清洁能源技术需要设计成可回收利用的产品

摘要:

据The Verge报道,像苹果和三星这样的公司并不是唯一制造难以拆解和回收的高科技设备的公司。太阳能电池板、风力涡轮机和电动汽车电池等关键清洁能源技术的制造商也是如此--与消费科技行业不同的是,该行业正慢慢开始扭转其一些不可持续的设计做法,但在这方面却没有什么行动。

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电池、太阳能电池板和风力涡轮机都是应对气候变化的重要工具。然而,这些技术的制造需要相当多的能源和资源,确保我们能够持续制造更多的技术的最好方法是在使用结束后回收这些资源。但是今天,清洁能源的回收受到了阻碍拆卸的设计选择的限制,包括超强粘合剂的广泛使用。专家们说,如果为电动汽车制造超大电池和为风力涡轮机制造稀土磁铁的公司转向使用新的粘合剂,这些粘合剂可以利用光、热、磁场等进行“脱粘”,或者转向无胶设计,这种情况就会改变。

莱斯特大学的化学教授Andy Abbott表示:“为回收而设计的产品还没有真正进入这个市场,”他最近与人合著了一篇关于可脱胶粘合剂及其在清洁能源中的潜在用途的评论文章

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Abbott说,相反,制造商倾向于“过度设计”其产品的安全性和耐久性。以电动车电池为例,它是由几十个到几千个独立的、密封的电池在模块和电池组中粘在一起组成的。虽然大量使用粘合剂有助于确保电池在路上不会散架,但它会使电池极难拆开,以便重新利用单个电池或回收锂、钴和镍等关键金属。

研究报告的共同作者、英国伯明翰大学的电动车电池回收专家Gavin Harper告诉The Verge:“目前,由于所有的东西都被粘合在一起,很多电池最终都会被撕碎。材料混合在一起,这使得回收过程中的后续步骤更加复杂。”

太阳能电池板和风力涡轮机的设计方式也是为了耐用,这使得回收具有挑战性。大多数太阳能电池板是由涂在聚合物密封剂层中的硅电池组成的,这些聚合物密封剂将电池与防风雨的玻璃和塑料罩结合起来。虽然这种电子夹层设计意味着电池板可以在屋顶上暴露在大自然中几十年,但整个电池板使用的粘合剂和密封剂使其在使用寿命结束时很难将组件分离干净。同时,风力涡轮发电机内的稀土磁铁被涂在树脂和胶水中,这可能会对任何想要回收和再利用该材料的人造成严重污染。一台风力涡轮机可能包含数百磅的稀土元素,随着世界上建造更多的电动汽车和更多的涡轮机,对这些金属的需求将急剧上升。

Abbott说,制造商刚刚开始意识到,回收清洁能源技术内的关键材料对于巩固长期供应非常重要--而且需要新的设计方法来促进这一目标。他表示:“真的只是在过去18个月左右,这种对话才开始出现。”

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Abbott和Harper的新论文提出了一些潜在的路径,以实现一个更可回收的清洁技术部门。虽然太阳能制造商不太可能在短期内消除粘合剂,但作者建议制造商可以转向使用化学品、磁场、甚至是高频声波脉冲来解除粘附的粘合剂和密封材料。对于风力涡轮机磁铁来说,在强磁场下失去粘性的粘合剂是行不通的,但是可以用热量融化,或者在紫外线下脱粘的粘合剂可能是可行的。

使用较少粘合剂的设计可以帮助极大地改善电动车电池的回收。Harper说,如果电池能够更容易地拆解到各个单元,那么就可以更容易地回收阴极内的关键材料,包括今天很少回收的锂。至少有一家公司已经在将无粘合剂的电池设计商业化。2020年,中国电池制造商比亚迪宣布了一种新的“刀片电池”,其特点是长而薄的电池,无需使用胶水就能夹在主电池组中。Abbott说:“就拆卸而言,它是微不足道的。”

英国斯旺西大学的电池存储专家Jenny Baker说,对于那些不想放弃基于胶水的设计的电动车电池制造商来说,有“大量的方法”可以导致更多的可脱胶胶水。在她看来,挑战将是开发能够快速解粘的粘合剂,其过程可以在工业规模上完成。

Baker表示:“现在要做的是把一些科学知识运用到工程方面,以便我们能够为真正的大规模回收做好准备,因为我们知道会有很多这样的电池出现。”根据电动车和储能市场的预计增长,Harper估计,到2040年,全世界可能有大约800万吨的电池废料需要回收。到2030年,类似数量的太阳能电子垃圾可能会涌入回收厂。

Baker说,为了说服制造商(和消费者)采用更有利于回收的粘合剂和无粘合剂设计,他们将需要保证这些替代品不会影响产品的耐用性或寿命,而在清洁技术领域,这通常是以几十年为单位的。她怀疑,许多新的设计将不得不在寿命较短的产品中进行“路测”,因为过早失效 “风险较小”。

这可能包括消费技术市场,在那里,像Framework和Fairphone这样以可持续发展为导向的公司已经推出了模块化和无粘合剂的笔记本电脑和手机,旨在轻松地被拆开。甚至像苹果戴尔这样的行业巨头最近也宣布了以可回收性为重点的宏伟目标和产品概念。Abbott已经与一家手机制造商就可以更容易地拆开屏幕的胶水进行了初步会谈,尽管他说该公司还没有接受这个想法。

最终,如果政策制定者开始强制要求,或者如果世界面临制造这些技术所需的金属和矿物的短缺,制造商可能被迫克服他们不愿意为回收而调整产品设计。Baker表示,随着清洁能源转型导致对高科技金属的需求激增,公司将不得不开始对他们的来源进行更多的创新。

Baker表示:“如果你能得到(某种资源),但它的价格非常高,这很糟糕,但你可以把价格转嫁给消费者。如果你根本无法得到它,你就没有生意。”

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