علماء للجزيرة نت: ابتكرنا بطاريات قابلة للتحلل والأكل!

طوّر باحثون من جامعة "تكساس إيه آند إم" بطارية قابلة للتحلل باستخدام المكونات الموجودة في جسم الإنسان.

وتتركب المادة الجديدة المؤسسة للبطارية من مكونين رئيسيين موجودين في الطبيعة هما الريبوفلافين، المعروف أيضا باسم فيتامين ب 2، وحمض الغلوتاميك، وهو حمض أميني يساعد على بناء البروتينات في الجسم.

ونشر الفريق المكون من 11 باحثا، بإشراف الدكتورة كارين وولي، والدكتورة جودي لوتكنهاوس، النتائج التي توصلوا إليها مؤخرا في دورية "بي إن إيه إس".

وعلى عكس بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، التي تعتمد على المعادن والبتروكيماويات، وتخلّف وراءها أطنانا من النفايات الإلكترونية، فإن هذا الابتكار الجديد مشتق بالكامل من البوليميرات الطبيعية ومصادر بيولوجية متجددة وقابلة للتحلل بأمان عند تعرضه للماء أو الإنزيمات، بل ولن تكون ضارة إذا أكلها أحدهم، مما يجعله حلا واعدا لتقليل نفايات البطارية، خاصة في الحالات التي لا يتم فيها إعادة تدوير البطاريات بشكل صحيح.

مصدر الصورة

مشكلة الليثيوم أيون

تقول الباحثة جودي لوتكنهاوس، في حديث للجزيرة نت، إن صعوبة إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون أو التخلص منها، والضغوط التي قد تواجه العديد من المواد المستخدمة في بطاريات أيونات الليثيوم على سلاسل التوريد في المستقبل، ألهمت فريقها لابتكار بطارية يمكن الحصول عليها من مواد متوفرة بكثرة في الأرض، ويمكن التخلص منها بطريقة آمنة.

وتُعتبر بطاريات الليثيوم أيون المهملة نفايات خطرة نظرا لقابليتها للاشتعال وفاعليتها الكيميائية.

وأدى الارتفاع الكبير في الطلب على بطاريات الليثيوم أيون، المستخدمة بشكل واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية وأجهزة تخزين الطاقة، إلى تدفق المزيد من النفايات الإلكترونية والتي من المتوقع استمرار تدفقها مستقبلا بوتيرة متسارعة.

تضيف الباحثة أن المواد الطبيعية تعد خيارا منطقيا نظرا لسهولة وصول الجميع إليها، كما أن البطارية الجديدة المبتكرة قابلة للتحلل إلى مركبات موجودة بالفعل في الطبيعة، مثل الأحماض الأمينية أو مشتقات الفيتامينات.

ولا تزال معدلات إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون منخفضة للغاية في العديد من الأماكن، ويُمثل الحجم المتزايد لنفايات بطاريات الليثيوم أيون تحديا كبيرا، وقد يؤدي التخلص غير السليم من بطاريات الليثيوم أيون عن طريق الحرق أو الدفن، إلى تسرب المعادن (مثل الكوبالت والنيكل) إلى التربة والمياه الجوفية، وانبعاث غازات سامة عند حرق البطاريات، وعند دخول بطاريات الليثيوم أيون إلى مجاري النفايات، فإنها قد تُلحق الضرر بالبنية التحتية، وتُشكل خطرا على العمال.

ومن الأسباب الأخرى التي تفاقم هذه المشكلة أن العديد من أنظمة إعادة التدوير لم تطور أو تعاد هيكلتها بشكل كاف للتعامل مع الكم الهائل من البطاريات المستهلكة من الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة.

مصدر الصورة

نتائج واعدة

تتميز المادة الجديدة بقدرتها على الأكسدة والاختزال، أي أنها قادرة على اكتساب وفقد الإلكترونات، وهي الآلية التي تخزن بها البطاريات الطاقة وتُطلقها.

وبينما يتولى الريبوفلافين معالجة الطاقة، يُوفر البولي بيبتيد سلسلة الأحماض الأمينية لبناء الهياكل اللازمة ويساعد المادة على التحلل الطبيعي.

تقول لوتكنهاوس إنه وعلى الرغم من نتائج الأداء الواعدة، بالنظر إلى الأصول الطبيعية للمادة، فإن هذه التقنية لاتزال بحاجة إلى تحسينات كبيرة في الأداء، حيث لا تزال بعيدة عن طاقة أو قوة بطاريات الليثيوم أيون.

ومع ذلك تعزز الباحثة ثقتها بالمزيد من الأبحاث التي يمكن أن تؤدي مستقبلا إلى التحسينات المطلوبة، على سبيل المثال، الحاجة إلى النظر في استبدال المجموعة النشطة بأخرى أكثر كثافة في الطاقة.

وأظهرت المادة الجديدة في الاختبارات المعملية ملاءمتها للعمل كأنود، وهو الجزء من البطارية الذي يخزّن الإلكترونات عند الشحن، والأهم من ذلك، فإن هذه المادة غير سامة، وهي نوع من الخلايا الموجودة في النسيج الضام، ما يؤهل البطاريات الجديدة لاستخدامها طبيا في الأجهزة القابلة للارتداء أو الأجهزة القابلة للزرع في جسم الإنسان.

مستقبل دائري أكثر استدامة

يأمل الباحثون أن يساعد هذا النوع من البطاريات في بناء مستقبل مستدام، وبدلا من إنتاج المزيد من المواد التي تنتهي إلى نفايات غير قابلة للتفكك أو التحلل، فإن هذا المنتج الجديد مصمم ليكون جزءا من حلقة الاقتصاد الدائري المغلقة، حيث يعاد استخدام المواد أو إعادة تدويرها أو إعادتها بأمان إلى الطبيعة، والأكثر من ذلك أن تصبح البطاريات الجديدة قابلة للأكل كغذاء في نهاية دورة حياتها.

تقول لوتكنهاوس للجزيرة نت إن فريقها لم يُجرِ تقييما لدورة حياة المنتج بعد، ولكن القيام بذلك سيساعدهم على سد الفجوة والاقتراب من الدائرية الكاملة.

ومع سير السلوك الكهروكيميائي للمادة الجديدة على قدم المساواة مع المواد البوليمرية الاصطناعية غير المستدامة، يأمل الباحثون بعدم التضحية بالأداء لتحقيق الاستدامة.

ومن المتوقع أن يحتاج الفريق من 5 إلى 10 سنوات لتطوير العمليات بحيث يصبح المنتج الجديد أقل تكلفة جنبا إلى جنب مع تحسين الأداء.