فراخوان بازیافت لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز از باتری‌های فرسوده

به گزارش روابط‌عمومی بنیاد ملی علم ایران (INSF)، براساس برنامه‌ریزی‌های صورت گرفته، بنیاد ملی علم ایران در راستای مأموریت‌گرا‌شدن پژوهش‌ها و حمایت از طرح‌های پژوهشی که به فناوری روز دنیا می‌پردازد و می‌تواند باری از دوش صنعتگران کشور بردارد، فراخوان‌هایی را با عنوان برنامه حمایت از پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان منتشر می‌کند. در این برنامه، نیاز‌های پژوهشی پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان، از طریق سامانه کایپر بنیاد ملی علم ایران به این نهاد اعلام می‌شود و پس از بررسی و داوری‌های لازم، فراخوان پژوهش‌های عمیق و پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان به پژوهشگران و محققان اعلام می‌شود.

فراخوان بازیافت لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز از باتری‌های فرسوده به عنوان هفتمین فراخوان در این برنامه، منتشر می‌شود.

توضیحات فراخوان

مقدمه:

با توجه به تغییرات اقلیمی بابت گرمایش زمین، بهره‌مندی از انرژی‌های تجدیدپذیر طی سال‌های گذشته به شدت مورد اهمیت قرار گرفته است. در این زمینه، باتری‌های لیتیومی به عنوان مهم‌ترین ذخیره‌ساز انرژی کاربرد گسترده‌ای پیدا نموده‌اند. رشد مصرف باتری‌های لیتیومی طی سال‌های اخیر موجب افزایش انباشت باتری‌های فرسوده شده‌است که در صورت عدم چاره‌اندیشی، این انباشت می‌تواند به معضلی زیست‌محیطی تبدیل شود. باتری‌های لیتیومی فرسوده منبعی غنی از لیتیوم، نیکل، منگنز و کبالت هستند که کشور ایران از منابع اولیه کبالت و نیکل محروم است و این منبع ثانویه می‌تواند بخشی از نیاز کشور را برطرف نماید.

پیشینه مسئله تحقیقاتی:

مواد حاصل از بازیافت باتری‌های لیتیوم-یونی عبارتند از لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز که در حوزه‌های مختلف صنعتی، فناوری و پزشکی کاربرد دارند. در کشور ایران تا به حال بازیافت باتری لیتیومی در مقیاس صنعتی به سرانجام نرسیده است و پژوهش کاملی در زمینه بازیافت تمام عناصر ارزشمند باتری‌های لیتیومی صورت نپذیرفته است. در سطح بین‌المللی بازیافت باتری‌های لیتیومی و استخراج فلزات ارزشمند از آن در شرکت‌های متعددی انجام می‌گیرد که عمده‌‌ی این شرکت‌ها در کشورهای آمریکا، چین و بلژیک از پیشتازان این عرصه هستند. ذخایری از این محصولات در کشور وجود دارند و در کنار استخراج فلزات معدنی مانند معادن مس و نیکل، این محصولات نیز استخراج می‌شوند؛ اما در حجم و مقیاس زیاد تولید نمی‌شود و تأمین این مواد برای استفاده در کشور، عموماَ از راه واردات صورت می‌گیرد.

شرح مسئله تحقیقاتی:

رشد مصرف باتری‌های لیتیومی در سال‌های اخیر موجب افزایش انباشت باتری‌های فرسوده شده‌است؛ که در صورت عدم چاره‌اندیشی این انباشت می‌تواند به معضلی زیست‌محیطی تبدیل شود. باتری‌های لیتیومی فرسوده، منبعی غنی از لیتیوم، نیکل، منگنز و کبالت هستند که کشور ایران از منابع اولیه کبالت و نیکل محروم است و این منبع ثانویه می‌تواند بخشی از نیاز کشور را برطرف نماید. هدف از انجام این پژوهش، دستیابی به روشی برای جدایش عناصر ارزشمند باتری لیتیومی است که هم از لحاظ اقتصادی صرفه داشته باشد و هم قابلیت پیاده‌سازی در فضای صنعتی را داشته باشد. مواد استخراج شده در این فرایند که شامل کربنات‌لیتیوم، سولفات‌کبالت، سولفات‌منگنز و سولفات نیکل می‌باشد، کاربردهای متنوعی در صنایع باتری‌سازی، صنایع هوا و فضا، الکترونیک، صنایع تولید فولاد و آلیاژ، صنایع خودرو، صنایع شیمیایی از جمله کودهای شیمیایی و تولید رنگ و لعاب، صنایع تولید شیشه و سرامیک و دیگر صنایع دارند.در انتخاب روش جداسازی باید این نکته مورد نظر قرار بگیرد که عناصر باید با خلوص بالا (۹۹/۹۹%) و در گرید باتری لیتیومی استخراج شده و همچنین صرفه اقتصادی داشته باشد. بنابراین نیاز است که در خصوص انتخاب بهترین روش، مطالعات جامعی انجام پذیرد.

چالش‌های نیاز فناورانه:

پیچیدگی‌ها و چالش‌های این طرح در خصوص دست‌یابی به روش مناسب برای جداسازی عناصر است. گلوگاه این طرح، جداکردن نیکل و کبالت به دلیل رفتار مشابه این دو عنصر می‌باشد. یکی دیگر از چالش‌های طرح، جداسازی منگنز است. همچنین دست‌یابی به فرآیندی اقتصادی و با قابلیت صنعتی‌شدن و تولید محصولات با قابلیت استفاده در صنایع پیشرفته (خلوص بالای ۹۹/۹۹ درصد) از دیگرپیچیدگی‌های طرح می‌باشد. باتوجه به این‌که خلوص بالای محصولات نهایی اهمیت زیادی دارد و با توجه به اینکه نتایج تست‌ها ممکن است در انواع آزمایشات و آزمایشگاه‌ها متغیر باشد، بنابراین نیاز است که تیم مجری در این خصوص مطالعات جامعی انجام داده و نتایج تست‌ها و تکرارپذیری نتایج در چند آزمایشگاه معتبر و مرجع صحت‌سنجی شود.

همچنین در صورت اجرای طرح در فاز پایلوت، موضوع اقتصادی‌بودن و فروش محصولات نهایی چالش مهمی می‌باشد؛ بنابراین در طراحی فاز پایلوت باید این موارد مد نظر قرار گیرد.

از دیگر مواردی که باید در این طرح مورد نظر قرار گیرد، چالش‌های مربوط به تأمین و نگهداری باتری‌های فرسوده می‌باشد. تیم مجری باید برای میزان مورد نیاز و منبع تأمین باتری‌های فرسوده، نحوه جمع‌آوری ونگهداری باتری‌ها برنامه جامع و شفافی ارائه نماید.

گام‌های تحقیقاتی و الزامات طرح:

گام‌های تحقیقاتی اصلی طرح پیشنهادی حاضر شامل موارد زیر می‌باشد:

1. مطالعه و بررسی اقدامات فعلی در کشور؛
2. تدقیق نیازمندی‌ها و الزامات طرح؛
3. طراحی فرآیند بازیافت باتری لیتیومی فرسوده؛
4. تهیه و آماده‌سازی مواد اولیه و تجهیزات آزمایشگاهی؛
5. تولید آزمایشگاهی، تست، آنالیز و طبقه‌بندی داده‌ها؛
6. دست‌یابی به دانش فنی فاز پایلوت؛
7. تدوین دانش فنی و تهیه طرح توجیهی.

خروجی نهایی تحقیق:

• ارائه فرآیند جدید بازیافت باتری لیتیومی فرسوده و تولید کربنات لیتیوم، سولفات کبالت، سولفات منگنز و سولفات نیکل با خلوص مشخص (۹۹/۹۹%) جهت استفاده در صنایع پیشرفته.
• دستیابی به دانش فنی طراحی فاز پایلوت

راهکارهای غیرجذاب

• انتخاب روش جداسازی نامناسب و غیر اقتصادی
• تولید محصولی با خلوص پایین و عدم امکان استفاده از آن در صنایع پیشرفته

تسهیم مالکیت فکری:

1. مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با هماهنگی و اخذ نظر کارفرما بلامانع می‌باشد.
2. مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب و کار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری، قابلیت اشتراک بین متقاضی و مجری را با هماهنگی و اخذ نظر موافق کارفرما دارا می‌باشد. لازم است مدل پیشنهادی در پروپوزال ارسالی ارائه گردد.

نحوه پذیرش:

رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود.

1. ترکیب متخصصین تیم پیشنهادی مرتبط باشد.
2. افراد پیشنهاد شده، دارای سابقه پژوهشی و فنی در آن موضوع باشند.
3. زمان‌بندی اجرایی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش مورد تقاضا باشد. (در این بخش، مجری می‌تواند برآورد اولیه خود را اعلام کند اما بدیهی است جزئیات اجرایی بعد از فاز صفر، در ابتدای امر مشخص نیست و مجری و کارفرما با علم به این موضوع وارد این توافق خواهند شد)
4. مدت زمان فاز صفر (تدوین و تکمیل پروپوزال) باید حداکثر ۳ ماه باشد.
5. تیم پیشنهاددهنده، زیرساخت انجام پژوهش اعم از آزمایشگاه، پایلوت و کارگاه را داشته باشند.
6. پروپوزال طبق فرمت پیشنهادی بنیاد، تهیه و ارسال شده باشد.

هزینه‌های قابل قبول

1. حق‌التحقیق نیروی انسانی
2. تست‌ها و آنالیزها
3. خدمات
4. مواد مصرفی و آزمایشگاهی

حوزه های اولویت دار

مهندسی / متالورژی / مواد-استخراج فلزات

واجدین شرایط

پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیئت علمی یکی از دانشگاه‌ها و موسسات آموزش عالی کشور باشد.

پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه، ارزیابی انجام گرفته و در صورت کسب امتیاز بالا، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد و شرکت متقاضی دعوت خواهد شد.

تاریخ فراخوان

کلیه افراد واجد شرایط تا ۱۵ بهمن فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال نمایند.

مبلغ حمایت

پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر ۲ میلیارد تومان، توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد. بدیهی است که مابقی هزینه‌ها باید توسط شرکت متقاضی پژوهش تامین شود.

کارگروه مسئول

در صورت هرگونه سوال می‌توانید با کارگروه دانش‌بنیان با ایمیل: amini.m@insf.org و شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۱۲۱ تماس بگیرید.‌‌‌‌‌‌‌

جهت بارگذاری پروپوزال کلیک کنید.

علاقمندان می‌توانند اخبار و رویدادهای بنیاد ملی علم ایران را در شبکه‌های اجتماعی زیر دنبال کنند:

کانال بنیاد ملی علم ایران در بله: https://ble.ir/insf_pr
کانال بنیاد ملی علم ایران در تلگرام: https://t.me/insf_pr
صفحه بنیاد ملی علم ایران در اینستاگرام