लिथियम-आयन बैटरियों का पर्यावरणीय प्रभाव

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सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स फोन से लीथियम-आयन बैटरी

लिथियम बैटरी प्राथमिक बैटरी हैं जो एनोड के रूप में लिथियम का उपयोग करती हैं। इस प्रकार की बैटरी को लिथियम-आयन बैटरी भी कहा जाता है [1] और इसका उपयोग सामान्यतः इलेक्ट्रिक वाहनों और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए किया जाता है।[2] पहली प्रकार की लिथियम बैटरी 1970 के दशक की प्रारंभ में ब्रिटिश रसायनज्ञ एम. स्टेनली व्हिटिंगम द्वारा बनाई गई थी और इसमें इलेक्ट्रोड के रूप में टाइटेनियम और लिथियम का उपयोग किया गया था। इस प्रकार, इस बैटरी के अनुप्रयोग टाइटेनियम की ऊंची मूल्यों और प्रतिक्रिया से उत्पन्न अप्रिय गंध के कारण सीमित थे।[3] इस प्रकार आज की लिथियम आयन बैटरी, जिसे अकीरा योशिनो के व्हिटिंगम प्रयास के आधार पर तैयार किया गया था, पहली बार 1985 में विकसित की गई थी।

पर्यावरणीय प्रभाव

लिथियम का भौतिक खनन और लिथियम-आयन का उत्पादन दोनों श्रम-केंद्रित प्रक्रियाएं हैं। इसके अतिरिक्त, अधिकांश बैटरियों का उचित विधि से पुनर्चक्रण नहीं किया जाता है।[4]

निष्कर्षण

लिथियम की निष्कर्षण प्रक्रिया बहुत अधिक संसाधन की मांग वाली है और विशेष रूप से निष्कर्षण प्रक्रिया में बहुत अधिक पानी का उपयोग होता है। अनुमान है कि मीट्रिक टन लिथियम के खनन के लिए 500,000 गैलन पानी का उपयोग किया जाता है।[5] इस प्रकार लिथियम के उत्पादन में विश्व का अग्रणी देश चिली है,[6] इस प्रकार लिथियम खदानें अत्यंत विविध पारिस्थितिकी तंत्र वाले ग्रामीण क्षेत्रों में हैं।[7] चिली के सालार डी अटाकामा में, जो पृथ्वी पर सबसे शुष्क स्थानों में से है, जिसमे लगभग 65% पानी का उपयोग लिथियम के खनन के लिए किया जाता है; कई स्थानीय किसानों और समुदाय के सदस्यों को पानी खोजने के लिए कहीं और जाना पड़ा था।[8][9] पर्यावरण पर भौतिक प्रभाव के साथ-साथ, कार्यरत स्थितियाँ सतत विकास लक्ष्यों के मानकों का उल्लंघन कर सकती हैं। इसके अतिरिक्त, स्थानीय लोगों का आसपास की लिथियम खदानों के साथ संघर्ष होना सामान्य बात है। इस प्रकार इनमें से कई खदानों के आसपास के क्षेत्रों में मृत जानवरों और व्यर्थ खेतों के कई विवरण मिले हैं। चीन के गार्ज़े तिब्बती स्वायत्त प्रान्त के छोटे से शहर टैगोंग में, तिब्बती खदानों के पास कुछ नदियों में मरी हुई मछलियों और बड़े जानवरों के तैरने के रिकॉर्ड हैं। आगे की जांच के बाद, शोधकर्ताओं ने पाया कि यह वाष्पीकरण पूल के रिसाव के कारण हो सकता है जो महीनों और कभी-कभी वर्षों तक भी बना रहता है।[10]

निस्तारण

लिथियम-आयन बैटरियों में कोबाल्ट, निकल और मैंगनीज जैसी धातुएँ होती हैं, जो जहरीली होती हैं और यदि वे लैंडफिल से बाहर निकलती हैं तो जल आपूर्ति और पारिस्थितिक तंत्र को दूषित कर सकती हैं।[11] इसके अतिरिक्त, लैंडफिल या बैटरी-पुनर्चक्रण सुविधाओं में आग को लिथियम-आयन बैटरियों के अनुचित निस्तारण के लिए उत्तरदायी ठहराया गया है।[12] परिणामस्वरूप, कुछ न्यायक्षेत्रों में लिथियम-आयन बैटरियों को पुनर्चक्रित करने की आवश्यकता होती है।[13] इस प्रकार लिथियम-आयन बैटरियों के अनुचित निस्तारण की पर्यावरणीय निवेश के अतिरिक्त, पुनर्चक्रण की दर अभी भी अपेक्षाकृत कम है, क्योंकि पुनर्चक्रण प्रक्रिया महंगी और अपरिपक्व बनी हुई है।[14]

परिमित संसाधन

जबकि लिथियम आयन बैटरियों का उपयोग स्थायी समाधान के भाग के रूप में किया जा सकता है, सभी जीवाश्म ईंधन से चलने वाले उपकरणों को लिथियम आधारित बैटरियों में स्थानांतरित करना पृथ्वी के लिए सबसे अच्छा विकल्प नहीं हो सकता है। अभी इसकी कोई कमी नहीं है, किन्तु यह प्राकृतिक संसाधन है जो ख़त्म हो सकता है।[15] इस प्रकार वोक्सवैगन के शोधकर्ताओं के अनुसार, लगभग 14 मिलियन टन लिथियम बचा है, जो 2018 में उत्पादन मात्रा का 165 गुना है।[16]

पुनर्चक्रण

ईपीए के पास यू.एस. में लिथियम बैटरियों के पुनर्चक्रण के संबंध में दिशानिर्देश हैं। एकल-उपयोग या रिचार्जेबल बैटरियों के लिए अलग-अलग प्रक्रियाएं हैं, इसलिए यह सलाह दी जाती है कि सभी आकार की बैटरियों को विशेष पुनर्चक्रण केंद्रों में लाया जाता है। इस प्रकार इससे अलग-अलग धातुओं को तोड़ने की सुरक्षित प्रक्रिया की अनुमति मिलेगी जिन्हें आगे उपयोग के लिए पुनः प्राप्त किया जा सकता है।[17] वर्तमान में लिथियम-आयन बैटरियों के पुनर्चक्रण के लिए तीन प्रमुख विधियों का उपयोग किया जाता है:

पाइरोमेटलर्जिकल पुनर्प्राप्ति

पायरोमेटालर्जी पुनर्प्राप्ति के अंतर्गत प्रक्रियाओं में पायरोलिसिस, रोस्टिंग और प्रगलन सम्मिलित हैं। अभी, अधिकांश पारंपरिक औद्योगिक प्रक्रियाएं लिथियम को पुनर्प्राप्त करने में सक्षम नहीं हैं। उनकी मुख्य प्रक्रिया कोबाल्ट, निकल और तांबे सहित अन्य धातुओं को निकालना है। इस प्रकार पदार्थो और पूंजीगत संसाधनों के उपयोग में पुनर्चक्रण दक्षता बहुत कम है। गैस उपचार तंत्र के साथ-साथ उच्च ऊर्जा आवश्यकताएं भी हैं जो कम मात्रा में गैस उपोत्पाद उत्पन्न करती है।[18]

हाइड्रोमेटालर्जिकल धातुओं का पुनर्ग्रहण

जलधातुकर्म अयस्कों से धातु को पुनर्प्राप्त करने के लिए जलीय घोल का अनुप्रयोग है। इस प्रकार इसका उपयोग सामान्यतः तांबे की पुनर्प्राप्ति के लिए किया जाता है। इस पद्धति का उपयोग अन्य धातुओं के लिए किया गया है जिससे सल्फर डाइऑक्साइड उपोत्पादों की समस्या को खत्म करने में सहायता मिल सके जो अधिक पारंपरिक गलाने का कारण बनती है।[19]

प्रत्यक्ष पुनर्चक्रण

चूँकि पुनर्चक्रण विकल्प है, फिर भी यह अभी भी अयस्कों के खनन की तुलना में अधिक महंगा है।[20] इस प्रकार लिथियम-आयन बैटरियों की बढ़ती मांग के साथ अधिक कुशल पुनर्चक्रण कार्यक्रम की आवश्यकता हानिकारक है क्योंकि कई कंपनियां सबसे कुशल विधि खोजने की प्रतिस्पर्धा में हैं। सबसे महत्वपूर्ण उद्देश्यों में से यह है कि जब बैटरियों का निर्माण किया जाता है, तो पुनर्चक्रण को डिजाइन प्राथमिकता नहीं माना जाता है।[21]

आवेदन

लिथियम-आयन बैटरियों के कई उपयोग हैं क्योंकि वे हल्की, रिचार्जेबल और कॉम्पैक्ट होती हैं। इनका उपयोग अधिकतर इलेक्ट्रिक वाहनों और हाथ से पकड़े जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है, किन्तु इनका उपयोग सैन्य और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में भी तेजी से किया जा रहा है।[22]

बीएमडब्ल्यू i3 में बैटरी पैक का चित्रण

विद्युतीय वाहन

लिथियम-आयन बैटरी का प्राथमिक उद्योग और स्रोत इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) है। वर्तमान के वर्षों में इलेक्ट्रिक वाहनों की बिक्री में भारी वृद्धि देखी गई है और 2019 तक सभी वैश्विक कार बाजारों में 90% से अधिक में ईवी प्रोत्साहन प्रयुक्त है।[23] ईवी की बिक्री में इस वृद्धि और उनकी निरंतर बिक्री से हम जीवाश्म ईंधन निर्भरता में कमी से पर्यावरणीय प्रभावों में महत्वपूर्ण सुधार देख सकते हैं।[24] वर्तमान में ऐसे अध्ययन हुए हैं जो विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों से पुनर्नवीनीकरण लिथियम आयन बैटरी के विभिन्न उपयोगों का पता लगाते हैं। विशेष रूप से चीन में पावर लोड पीक शेविंग में द्वितीयक उपयोग के लिए इलेक्ट्रिक वाहनों से पुनर्चक्रित लिथियम आयन बैटरियों का द्वितीयक उपयोग ग्रिड कंपनियों के लिए प्रभावी सिद्ध हुआ है।[25] इस प्रकार इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए बैटरी घटकों की भविष्य की आपूर्ति के विपत्ति के साथ व्यय की गई लिथियम-आयन बैटरियों से उत्पन्न होने वाले पर्यावरणीय खतरों को ध्यान में रखते हुए, लिथियम बैटरियों के पुन: निर्माण पर विचार किया जाना चाहिए। इस प्रकार एवरबैट मॉडल के आधार पर, चीन में परीक्षण आयोजित किया गया था जिसमें निष्कर्ष निकाला गया था कि लिथियम-आयन बैटरियों का पुनर्निर्माण केवल तभी निवेश प्रभावी होगा जब व्यय की गई बैटरियों की खरीद मूल्य कम रहती है। इस प्रकार पुनर्चक्रण से पर्यावरणीय प्रभावों पर भी महत्वपूर्ण लाभ होता है। ग्रीनहाउस गैस में कमी के संदर्भ में हम पुनर्विनिर्माण के उपयोग से कुल जीएचजी उत्सर्जन में 6.62% की कमी देखते हैं।[26]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Zeng, Xianlai; Li, Jinhui; Singh, Narendra (2014-05-19). "Recycling of Spent Lithium-Ion Battery: A Critical Review". Critical Reviews in Environmental Science and Technology (in English). 44 (10): 1129–1165. doi:10.1080/10643389.2013.763578. ISSN 1064-3389. S2CID 110579207.
  2. ↑ Zeng, Xianlai; Li, Jinhui; Singh, Narendra (2014-05-19). "Recycling of Spent Lithium-Ion Battery: A Critical Review". Critical Reviews in Environmental Science and Technology (in English). 44 (10): 1129–1165. doi:10.1080/10643389.2013.763578. ISSN 1064-3389. S2CID 110579207.
  3. ↑ Bottled lightning: superbatteries, electric cars, and the new lithium economy. 2011-11-01.
  4. ↑ "लिथियम बैटरियों का पर्यावरणीय प्रभाव". IER (in English). 2020-11-12. Retrieved 2022-04-25.
  5. ↑ Bauer, Sophie (2020-12-02). "Explainer: the opportunities and challenges of the lithium industry". Dialogo Chino (in English). Retrieved 2021-12-14.{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
  6. ↑ Rapier, Robert. "विश्व के शीर्ष लिथियम उत्पादक". Forbes (in English). Retrieved 2021-04-10.
  7. ↑ Agusdinata, Datu Buyung; Liu, Wenjuan; Eakin, Hallie; Romero, Hugo (2018-11-27). "Socio-environmental impacts of lithium mineral extraction: towards a research agenda". Environmental Research Letters. 13 (12): 123001. Bibcode:2018ERL....13l3001B. doi:10.1088/1748-9326/aae9b1. ISSN 1748-9326.
  8. ↑ "लिथियम बैटरियों का पर्यावरणीय प्रभाव". IER (in English). 2020-11-12. Retrieved 2021-12-14.
  9. ↑ Earth Resources Observation and Science (EROS) Center. "Lithium Mining in Salar de Atacama, Chile | U.S. Geological Survey". www.usgs.gov. Retrieved 2021-12-14.{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
  10. ↑ "हमारी लिथियम बैटरी की लत की बढ़ती पर्यावरणीय लागत". Wired UK (in British English). ISSN 1357-0978. Retrieved 2021-12-14.
  11. ↑ Jacoby, Mitch (July 14, 2019). "अब लिथियम-आयन बैटरियों के पुनर्चक्रण के बारे में गंभीर होने का समय आ गया है". cen.acs.org. Retrieved 2022-09-05.
  12. ↑ US EPA, OLEM (2020-09-16). "लिथियम-आयन बैटरियों पर बारंबार प्रश्न". www.epa.gov (in English). Retrieved 2022-09-05.
  13. ↑ Bird, Robert; Baum, Zachary J.; Yu, Xiang; Ma, Jia (2022-02-11). "लिथियम-आयन बैटरी पुनर्चक्रण के लिए नियामक वातावरण". ACS Energy Letters (in English). 7 (2): 736–740. doi:10.1021/acsenergylett.1c02724. ISSN 2380-8195. S2CID 246116929.
  14. ↑ "लिथियम-आयन बैटरी पुनर्चक्रण पर विश्वव्यापी विनियम". AZoM.com (in English). 2022-01-24. Retrieved 2022-09-05.
  15. ↑ Pyakurel, Parakram. "Lithium is finite – but clean technology relies on such non-renewable resources". The Conversation (in English). Retrieved 2022-04-25.
  16. ↑ "Lithium mining: What you should know about the contentious issue". www.volkswagenag.com. Retrieved 2022-04-25.
  17. ↑ US EPA, OLEM (2019-05-16). "प्रयुक्त लिथियम-आयन बैटरियाँ". www.epa.gov (in English). Retrieved 2022-04-22.
  18. ↑ Makuza, Brian; Tian, Qinghua; Guo, Xueyi; Chattopadhyay, Kinnor; Yu, Dawei (2021-04-15). "Pyrometallurgical options for recycling spent lithium-ion batteries: A comprehensive review". Journal of Power Sources (in English). 491: 229622. Bibcode:2021JPS...49129622M. doi:10.1016/j.jpowsour.2021.229622. ISSN 0378-7753. S2CID 233572653.
  19. ↑ "Hydrometallurgy - an overview | ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com. Retrieved 2022-04-22.
  20. ↑ "Are Lithium Ion batteries sustainable to the environment? -(I)". 2011-09-17. Archived from the original on 2011-09-17. Retrieved 2021-03-07.
  21. ↑ L. Thompson, Dana; M. Hartley, Jennifer; M. Lambert, Simon; Shiref, Muez; J. Harper, Gavin D.; Kendrick, Emma; Anderson, Paul; S. Ryder, Karl; Gaines, Linda; P. Abbott, Andrew (2020). "The importance of design in lithium ion battery recycling – a critical review". Green Chemistry (in English). 22 (22): 7585–7603. doi:10.1039/D0GC02745F.
  22. ↑ "Electrovaya, Tata Motors to make electric Indica | Cleantech Group". 2011-05-09. Archived from the original on 2011-05-09. Retrieved 2021-04-10.
  23. ↑ "Electric Vehicles – Analysis". IEA (in British English). Retrieved 2021-03-26.
  24. ↑ Li, Lin; Dababneh, Fadwa; Zhao, Jing (September 2018). "इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी पुनः निर्माण के लिए लागत प्रभावी आपूर्ति श्रृंखला". Applied Energy. 226: 277–286. doi:10.1016/j.apenergy.2018.05.115. ISSN 0306-2619. S2CID 115360445.
  25. ↑ Sun, Bingxiang; Su, Xiaojia; Wang, Dan; Zhang, Lei; Liu, Yingqi; Yang, Yang; Liang, Hui; Gong, Minming; Zhang, Weige; Jiang, Jiuchun (2020-12-10). "चीन में पावर लोड पीक शेविंग में द्वितीयक उपयोग के लिए इलेक्ट्रिक वाहनों से पुनर्चक्रित लिथियम-आयन बैटरियों का आर्थिक विश्लेषण". Journal of Cleaner Production (in English). 276: 123327. doi:10.1016/j.jclepro.2020.123327. ISSN 0959-6526. S2CID 225030759.
  26. ↑ Xiong, Siqin; Ji, Junping; Ma, Xiaoming (February 2020). "इलेक्ट्रिक वाहनों से लिथियम-आयन बैटरियों के पुनः निर्माण का पर्यावरणीय और आर्थिक मूल्यांकन". Waste Management. 102: 579–586. doi:10.1016/j.wasman.2019.11.013. ISSN 0956-053X. PMID 31770692. S2CID 208321682.
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