تعاني بطاريات الليثيوم أيون من مشكلة كيميائية إلى الأبد

تشير دراسة جديدة إلى أن بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن والمستخدمة في الأدوات اليومية والسيارات الكهربائية وتخزين الطاقة المتجددة يمكن أن تكون مصدرًا متناميًا “للمواد الكيميائية الأبدية” التي تلوث التربة والممرات المائية.

تشتمل “كيماويات فوريفر” على آلاف الأنواع المختلفة من المواد البيرفلوروالكيل والبولي فلورو ألكيل (PFAS). على مدى عقود، تم استخدامها لجعل المنتجات أكثر مقاومة للماء والبقع والحرارة. في الآونة الأخيرة، تم استخدام فئة فرعية معينة من PFAS تسمى bis-perfluoroalkyl sulfonimides (bis-FASIs) ككهارل ومجلدات في بطاريات الليثيوم أيون.

تظهر هذه الـ bis-FASIs الآن في التربة والرواسب والمياه والثلوج المحيطة بمنشآت التصنيع، وفقًا لبحث نُشر أمس في المجلة. اتصالات الطبيعة. وجد مؤلفو الدراسة أيضًا وجود ثنائي FASI في السوائل التي تتسرب من مدافن النفايات.

مجتمعة، تشير إلى أن بطاريات الليثيوم أيون هي ناقل محتمل للتلوث الكيميائي إلى الأبد من المهد إلى اللحد. وبدون اتخاذ إجراء، يمكن أن تنمو هذه المشكلة مع تحول المزيد من أجزاء حياتنا إلى كهربائية بالكامل – من السيارات إلى المنازل والمباني.

تقول جينيفر جيلفو، المؤلفة الرئيسية: “من المؤكد أنه ليس المقصود منها أن تكون مناهضة للطاقة النظيفة أو المستدامة… بل من المفترض حقًا تسليط الضوء على، دعونا ندرج تقييمات المخاطر البيئية للأشياء التي نستخدمها في هذه البنية التحتية”. أستاذ مساعد في الهندسة البيئية في جامعة تكساس التقنية.

“إنها في الأساس نقطة انطلاق. ويضيف بي لي فيرجسون، مؤلف دراسة آخر وأستاذ مشارك في الهندسة المدنية والهندسة، أن هذا يؤدي إلى مزيد من الاهتمام بهذه المركبات وغيرها من المركبات المشابهة لها في التطبيقات الناشئة في كل من الطاقة النظيفة وكذلك الإلكترونيات الاستهلاكية. الهندسة البيئية في جامعة ديوك.

أخذ الباحثون عينات من المياه والرواسب والتربة من 87 موقعًا مختلفًا في مينيسوتا وكنتاكي وبلجيكا وفرنسا بين يناير وأكتوبر 2022 – مستهدفين المناطق القريبة من الشركات المصنعة للمواد الكيميائية إلى الأبد بما في ذلك 3M وArkema، من بين آخرين. ووجدوا تركيزات من bi-FASIs في الأجزاء لكل مليار (ppb) الشائعة بالقرب من منشآت التصنيع. يقول جيلفو: “إنك لا تجد ذلك عادةً مثل التركيز في الخلفية”. “عادةً ما يكون الجزء في المليار أمرًا مرتبطًا بشكل ما من أشكال التأثير.”

للمقارنة، يعد هذا أقل تلوثًا بـ PFAS مما قد تجده في البيئة من إطلاق رغوة مكافحة الحرائق، وفقًا لجويلفو. قد تكون مستويات PFAS في أجزاء من المليون في هذا السيناريو، أي أعلى بنحو ألف مرة من تركيزات bi-FASI التي وجدتها جيلفو وزملاؤها عادةً بالقرب من الشركات المصنعة. لكن التلوث الذي وثقوه لا يزال أعلى من الحدود التي حددتها وكالة حماية البيئة هذا العام لأنواع أخرى من PFAS في مياه الشرب. والحد الأقصى الذي حددته الوكالة هو أربعة أجزاء في التريليون لاثنين من أكثر أنواع المواد الكيميائية شيوعًا.

لا توجد أي لوائح اتحادية حتى الآن بخصوص bis-FASIs على وجه الخصوص، والتي لم يتم استخدامها في كل مكان مثل الأنواع الأخرى من PFAS لفترة طويلة. نظرًا لاستخدام PFAS في كل شيء بدءًا من المقالي غير اللاصقة وحتى تغليف المواد الغذائية، وواقي القماش، وخيط تنظيف الأسنان، فمن المحتمل أن تكون أنواع معينة من PFAS قد دخلت بالفعل إلى مجرى الدم لدى معظم الأمريكيين.

لا يزال العلماء يحاولون فهم كيفية تأثير التعرض لـ PFAS على الأشخاص، ولا يُعرف سوى القليل عن bi-FASIs على وجه التحديد. لكن الدراسات التي أجريت على أنواع أكثر شيوعًا من PFAS ربطت التعرض العالي لزيادة خطر الإصابة بأنواع معينة من السرطان وتلف الكبد وارتفاع نسبة الكوليسترول ومشاكل الصحة الإنجابية بما في ذلك انخفاض الوزن عند الولادة. ويشير البحث الجديد إلى أنه من المرجح أن تستمر Bis-FASI لفترة طويلة في البيئة، ولكن من المحتمل أن يتم تنظيفها باستخدام طرق مماثلة لمعالجة أنواع أخرى من المواد الكيميائية الأبدية في مياه الشرب.

ونظرًا لوجود العديد من أنواع PFAS المختلفة والمخاوف المتزايدة بشأن المخاطر التي تشكلها كفئة من المواد الكيميائية، يقول الباحثون أننا قد لا نرغب في الانتظار للعثور على مشاكل لاحقًا إذا تمكنا من اتخاذ تدابير الآن لحماية الصحة والبيئة. وقد التزمت شركة 3M، التي تواجه عددًا كبيرًا من الدعاوى القضائية لإنتاج PFAS على مر السنين، بالتخلص التدريجي من المواد الكيميائية إلى الأبد بحلول نهاية العام المقبل ومواصلة تنظيف التلوث بالقرب من منشآتها بعد ذلك. وتقول الشركة إن ذلك يشمل التوقف عن تصنيع bi-FASIs الحافة في رسالة بريد إلكتروني. لم تستجب Arkema على الفور لطلب التعليق الحافة.

يقول جيلفو: “أود أن أزعم أننا يجب أن نتخذ موقفًا استباقيًا فيما يتعلق بتخفيف الإطلاقات البيئية لـ PFAS بدلاً من الانتظار حتى نجري عقودًا من أبحاث علم السموم لنقول: “مرحبًا، ربما ينبغي لنا تخفيف ذلك في مياه الشرب”.

علاوة على ذلك، أصبح الطلب على بطاريات الليثيوم أيون متزايدًا في السيارات الكهربائية والطاقة الشمسية وطاقة الرياح. اختبر مؤلفو الدراسة 17 بطارية مختلفة مستخدمة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، والهواتف الذكية، والأجهزة اللوحية، والمركبات الكهربائية، والمزيد، واكتشفوا جزيئات bis-FASI في 11 منها. وبما أنه من المقدر أن حوالي 5 بالمائة فقط من بطاريات الليثيوم أيون يتم إعادة تدويرها، فقد قرروا البحث بالقرب من مدافن النفايات عن بطاريات bi-FASI أيضًا. وقاموا بتحليل عينات معملية موجودة من المواد المرتشحة التي تم جمعها من مدافن النفايات في ولاية كارولينا الشمالية ووجدوا تركيزات تقترب من نطاق الأجزاء لكل مليار.

وقال أ. دانيال جونز، المدير المساعد في مركز جامعة ولاية ميشيغان لأبحاث PFAS، والذي لم يشارك في البحث، في رسالة بالبريد الإلكتروني إلى: “هذه دراسة مثيرة للاهتمام للغاية أجرتها مجموعة من الباحثين المؤهلين للغاية”. الحافة. “يلفت هذا العمل الانتباه إلى مادة PFAS الكيميائية التي غالبًا ما يتم إهمالها ويشير إلى أنها تنتقل بسهولة عبر البيئة. ومن المهم أيضًا أن تلفت هذه الدراسة الانتباه إلى الحاجة إلى وعي أكبر بآثار دورات الحياة الكاملة لبطاريات الليثيوم.