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Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (NTU Singapura) desenvolveram um método eficiente de recuperação de silício de alta pureza de painéis solares expirados para produzir baterias de iões de lítio que poderiam ajudar a satisfazer a crescente procura global para alimentar veículos eléctricos.
O silício de alta pureza constitui a maioria das células solares, mas normalmente são descartadas no final de sua vida útil operacional, após 25 a 30 anos. É um desafio separar o silício de outros componentes das células solares, como alumínio, cobre, prata, chumbo e plástico. Além disso, o silício reciclado apresenta impurezas e defeitos, o que o torna inadequado para outras tecnologias baseadas em silício.
Os métodos existentes para recuperar silício de alta pureza consomem muita energia e envolvem produtos químicos altamente tóxicos, tornando-os caros e limitando sua ampla adoção entre os recicladores.
Os pesquisadores da NTU superaram os desafios por meio de um novo método de extração utilizando ácido fosfórico, substância comumente utilizada na indústria de alimentos e bebidas.
A abordagem NTU demonstrou maior taxa de recuperação e pureza do que as atuais tecnologias de recuperação de silício. O processo também é mais eficiente, envolvendo apenas um único reagente (ácido fosfórico), enquanto os métodos convencionais incluem pelo menos dois tipos de produtos químicos (altamente ácidos e altamente alcalinos).
O investigador principal do estudo, Professor Associado Nripan Mathews, Presidente do Reitor em Ciência e Engenharia de Materiais e Diretor de Cluster do Instituto de Pesquisa Energética), disse: “Nossa abordagem para a recuperação de silício é eficiente e eficaz. Não precisamos usar vários produtos químicos , reduzindo o tempo gasto no pós-tratamento dos resíduos químicos. Ao mesmo tempo, alcançamos uma alta taxa de recuperação de silício puro comparável àquelas produzidas por técnicas de extração com uso intensivo de energia.”
Embora a utilização de energia solar renovável tenha aumentado nas últimas décadas, a vida útil limitada de 30 anos dos painéis solares significa que 78 milhões de toneladas de painéis solares deverão expirar até 2050.
A equipe de pesquisa da NTU acredita que seu método de recuperação de silício pode potencialmente resolver o problema crescente de resíduos de painéis solares, mantendo os recursos em circuito.
O estudo, publicado na revista científica Materiais de Energia Solar e Células Solares em agosto, significa o compromisso da NTU com o seu Plano Estratégico 2025, no qual a sustentabilidade e a inovação para uma economia circular são pilares fundamentais. Também apoia o Manifesto de Sustentabilidade da NTU, que traça o rumo da Universidade para a sustentabilidade, neutralidade de carbono e impacto social.
Impulsionando o crescimento de baterias de íons de lítio para veículos elétricos
O silício é considerado um dos materiais mais promissores para baterias de íons de lítio de próxima geração para alimentar veículos elétricos (EVs) devido à sua capacidade de oferecer maior alcance e tempos de carregamento rápidos.
Com os fabricantes de automóveis correndo para desenvolver baterias de íons de lítio à base de silício para veículos elétricos avançados, a equipe de pesquisa da NTU acredita que seu método de recuperação de silício recém-desenvolvido pode atender à demanda esperada por silício de alta pureza.
A abordagem NTU envolve primeiro mergulhar a célula solar expirada em ácido fosfórico diluído a quente durante 30 minutos para remover metais (alumínio e prata) das suas superfícies. Este processo é repetido com ácido fosfórico fresco para garantir a remoção completa dos metais, resultando em pastilha de silício puro ao final de mais 30 minutos.
Usando análises espectroscópicas avançadas para avaliar o conteúdo elementar do wafer recuperado, os pesquisadores descobriram que sua amostra alcançou uma taxa de recuperação de 98,9% com uma pureza de 99,2% – resultados comparáveis aos do silício recuperado através dos métodos atualmente disponíveis.
Quando o silício recuperado foi reciclado em um ânodo de bateria de íons de lítio e testado quanto à eficiência, seu desempenho foi semelhante ao silício novo comprado comercialmente.
O autor principal do estudo, Dr. Sim Ying, pesquisador do Instituto de Pesquisa Energética, disse: “O desempenho comparável entre nossa bateria de íons de lítio à base de silício reciclada e as recém-adquiridas prova que a abordagem NTU é viável. Prevemos nosso processo mais rápido e um método mais barato de recuperação de silício será um impulso positivo para o desenvolvimento de baterias EV. Além dos EVs, também existem aplicações potenciais, como dispositivos termoelétricos.”
A equipe apresentou uma divulgação tecnológica à NTUitive – empresa de inovação e empreendimento da NTU – para seu método de recuperação de silício, abrindo caminho para uma potencial comercialização. Enquanto isso, os pesquisadores procuram colaboradores da indústria para explorar aplicações de mercado.
O projeto faz parte do programa Aliança Singapura-CEA para Pesquisa em Economia Circular (SCARCE), uma colaboração entre a NTU e a Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica. O SCARCE é apoiado pela Fundação Nacional de Pesquisa de Cingapura e pela Agência Nacional do Meio Ambiente (NEA) no âmbito da Iniciativa de Financiamento Fechando o Ciclo de Resíduos (Prêmio nº USS-IF-2018-4).
O programa procura desenvolver uma variedade de inovações que transformem lixo em tesouros, abrindo assim novas áreas de crescimento económico para a gestão e reciclagem de resíduos.
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