लिथियम-आयन बॅटरी: रिसायकलिंगच्या वर्तुळात शाश्वत बदलांची गरज

Image Source: Getty

गेल्या काही दशकांमध्ये, जगभरातील उद्योग आणि सरकारांनी हवामान बदलाच्या प्रश्नाकडे दुर्लक्ष करण्याऐवजी, स्वच्छ आणि शाश्वत तंत्रज्ञान विकसित करण्यासाठी आणि त्यात आघाडी घेण्यासाठी ठोस पावले उचलली आहेत. या बदलत्या प्रवाहाच्या केंद्रस्थानी गतिशीलता क्षेत्र आहे. जिथे इलेक्ट्रिक वाहने (EV) मोठ्या वेगाने पारंपरिक अंतर्गत दहन इंजिनांच्या (ICE) जागी येत आहेत. हे केवळ 2050 पर्यंत निव्वळ शून्य कार्बन उत्सर्जनाचे उद्दिष्ट गाठण्यासाठी नाही, तर ऊर्जा सुरक्षितता वाढवण्यासाठी, शहरांमधील प्रदूषणाचा स्तर कमी करण्यासाठी आणि पर्यावरणपूरक आर्थिक विकासाला बळकटी देण्यासाठी एक प्रभावी उपाय म्हणून समोर येत आहे. आर्थिक वर्ष 2023 मध्ये 14 दशलक्ष इतकी झालेली ईव्ही विक्री, 2024 मध्ये तब्बल 25 टक्क्यांनी वाढली आहे . ही भरभराट या वाहनांच्या ‘हृदयाला’ म्हणजेच बॅटरीला केंद्रस्थानी आणते. बॅटरी हीच इलेक्ट्रिक वाहनांच्या क्रांतीचा मुख्य आधारस्तंभ ठरत आहे.

ईव्हीची कार्यक्षमता ही मुख्यतः त्यामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या बॅटरीवर अवलंबून असते  आणि त्या बॅटरीची कामगिरी तिच्या रसायनशास्त्रावर ठरते. आजच्या घडीला उपलब्ध असलेल्या अनेक बॅटरी प्रकारांमध्ये लिथियम-आयन बॅटरी (LIB) या सर्वाधिक परिणामकारक ठरल्या आहेत. त्यामागचं मुख्य कारण म्हणजे उच्च ऊर्जा साठवण क्षमता, अतिशय वेगवान चार्जिंग, डिस्चार्ज होण्याचा अत्यल्प दर, आणि तब्बल 1000 वेळा चार्ज होण्याची क्षमता असलेलं दीर्घायुष्य. यासोबतच, LIB बॅटरी 3.7 व्होल्टपर्यंतची उच्च इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमता प्रदान करतात आणि वजनानेही हलक्या असतात. ज्यामुळे कार्यक्षमता आणि खर्च यांच्यातला समतोल अतिशय प्रभावीपणे साधला जातो.

खाली दिलेला टेबल स्पष्टपणे दाखवते की, आजच्या आधुनिक ईव्ही तंत्रज्ञानात LIB बॅटरी का अव्वल आहेत, आणि का त्यांचे वर्चस्व दिवसेंदिवस अधिक बळकट होत आहे.

टेबल 1: स्त्रोत: यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी, सायन्स डायरेक्ट, टायकोरुन, विली ऑनलाइन लायब्ररी, बॅटरी युनिव्हर्स, लोहम, बॅटरी युनिव्हर्सिटी यांच्या माहितीवर आधारित लेखकाची स्वतःची निर्मिती

ईव्ही क्षेत्रातील जागतिक मागणीमुळे ऊर्जा संक्रमण खनिजांची (ETMs) मागणी लक्षणीय वाढली आहे, आणि लिथियम-आयन बॅटरी (LIB) या बदलाच्या केंद्रस्थानी आहे. या बॅटऱ्या कार्बन उत्सर्जन कमी करण्यात मदत करत असल्या तरी, त्यांचा टिकाऊपणा दुधारी तलवारीसारखा आहे. यांची पुरवठा साखळी लिथियम, कोबाल्ट आणि निकेलसारख्या घटकांच्या मोठ्या प्रमाणातील खाणकामावर अवलंबून असल्यामुळे पर्यावरणीय तसेच सामाजिक खर्चही वाढतो.

भारतामध्ये या महत्त्वाच्या खनिजांची मागणी वेगाने वाढत असताना, लिथियम, निकेल आणि ग्रॅफाइट यांसारख्या मुख्य घटकांचा सातत्यपूर्ण व स्थिर पुरवठा सुनिश्चित करण्यासाठी बॅटरींची circularity ठामपणे सुनिश्चित करणे अत्यावश्यक ठरेल. एक मजबूत पुनर्वापर प्रणाली केवळ आयातीवरील अवलंबित्व कमी करेल इतकंच नव्हे, तर देशांतर्गत संशोधन, अन्वेषण आणि तांत्रिक नवप्रवर्तनाच्या माध्यमातून पुरवठा साखळीला मजबुती देऊन शाश्वत ईव्ही संक्रमणाला बळकटी देईल. तथापि, सध्या अस्तित्वात असलेल्या सर्कुलर अर्थव्यवस्थेच्या मॉडेल्समध्ये जरी सामग्री रिसायकलिंग आणि पुनर्वापरावर भर दिला जात असला, तरी त्यामध्ये अनेक अकार्यक्षमता अद्यापही कायम आहेत.

LIB साठी सध्याचे सर्कुलर अर्थव्यवस्थेचे मॉडेल अपुरे का ठरते?

लिथियम-आयन बॅटरी (LIB) साठीची सर्कुलर अर्थव्यवस्था प्रामुख्याने तीन टप्प्यांवर आधारित आहे . इलेक्ट्रिक वाहनांमधील वापर, सेकंड-लाइफ ॲप्लिकेशन्स (Second-life applications) आणि त्यानंतर पुनर्वापर. ही संकल्पना तत्त्वतः आश्वासक वाटत असली, तरी प्रत्यक्षात अंमलबजावणीत ती अपुरी ठरत आहे. सध्याच्या घडीला, केवळ 3 टक्के LIB बॅटऱ्यांचा पुनर्वापर केला जातो आणि त्यातील लिथियम रिसायकलिंग दर हा 1 टक्क्यांपेक्षा देखील कमी आहे. पायरोमेटलर्जी आणि हायड्रोमेटलर्जी यांसारख्या पारंपरिक पुनर्वापर तंत्रज्ञानांमध्ये प्रचंड ऊर्जा लागते आणि त्यामुळे मौल्यवान साहित्याचा ऱ्हास होतो. त्यातच, बॅटरी डिझाइनची गुंतागुंत लक्षात घेता त्याचे विघटन खर्चिक ठरते. यामुळे सेकंड-लाइफ ॲप्लिकेशन्स मर्यादित राहतात. शिवाय, नव्या बॅटऱ्यांच्या किमती सतत घसरत असल्यामुळे पुनर्वापर किंवा पुनर्भरण (refurbishment) ही आर्थिकदृष्ट्या फारशी फायदेशीर प्रक्रिया राहत नाही. परिणामी, बॅटरी उत्पादकांसाठी या दिशेने काम करण्याचे प्रोत्साहन कमीच राहते. (संदर्भ: तक्ता 2)

चित्र 1: इलेक्ट्रिक वाहन बॅटरीचे जीवनचक्र

स्रोत: ड्रॅक्स

टेबल: 2,  स्त्रोत: ऑनलाइन स्त्रोतांवर आधारित लेखकाची स्वतःची निर्मिती

सर्कुलॅरिटीसाठी नियामक आणि बाजारातील अडथळे

डिसेंबर 2023 पर्यंत, चीन जागतिक बॅटरी पुनर्वापरात आघाडीवर आहे, त्यांनी 500,000 मेट्रिक टनांचा टप्पा ओलांडला आहे. तर अमेरिका आणि युरोप प्रत्येकी 200,000 मेट्रिक टनांवर पिछाडीवर आहेत. भारताची क्षमता 2024 मध्ये 61,000 टनांवरून 2030 पर्यंत 5,43,000 टनांपर्यंत वाढण्याची अपेक्षा आहे. तथापि, खंडित धोरणे, आर्थिक अडथळे आणि पायाभूत सुविधांच्या मर्यादा यांमुळे खरी सर्कुलरता अबाधित राहते.

चित्र 2: जागतिक बॅटरी पुनर्वापराची क्षमता

स्रोत: लेखकाची स्वतःची माहिती

बॅटरीचा वापर आणि पुनर्वापर परिणामकारकतेचे एंड-टू-एंड ट्रॅकिंग सुनिश्चित करण्यासाठी, चीन 2018 च्या अंतरिम उपाय आणि ट्रेसबिलिटी तरतुदींच्या आधारावर कठोर LIB पुनर्वापर नियम लागू करतो. युरोपीय युनियनच्या 2023 च्या बॅटरी रेग्युलेशनमध्ये डिजिटल बॅटरी पासपोर्ट (डीपीपी), किमान पुनर्चक्रित सामग्री आणि एसओएच ट्रॅकिंग अनिवार्य करण्यात आले आहे. त्याच वेळी, अमेरिकेत फेडरल जनादेशांचा अभाव आहे आणि त्याऐवजी देशांतर्गत पुनर्वापराला प्रोत्साहन देण्यासाठी महागाई कमी अधिनियम (आयआरए) अंतर्गत कर सवलतींवर अवलंबून आहे. तरीही, नियामक प्रयत्न असतानाही, अंमलबजावणीमध्ये विसंगती आहे, विशेषत: उभरत्या बाजारपेठांमध्ये.

भारताच्या 2022 च्या बॅटरी वेस्ट मॅनेजमेंट रूल्स (BWMR) मध्ये नूतनीकरण, पुनर्भरण आणि पुनर्वापरासाठी स्पष्ट मार्गदर्शक तत्त्वे निश्चित करून बॅटरी सर्कुलरतेला औपचारिक रूप देण्यासाठी एक्सटेंडेड प्रोड्यूसर रिस्पॉन्सिबिलिटी (EPR) सुरू करण्यात आले आहे. हे धोरण अनुप्रयोगाच्या आधारावर बॅटरी कचऱ्याचे वर्गीकरण करते आणि विशिष्ट संकलन लक्ष्य अनिवार्य करते. हे एक सकारात्मक पाऊल असले तरी, अंमलबजावणीतील कमकुवतपणा आणि उत्तरदायित्वातील विसंगती त्याच्या प्रभावतेवर मर्यादा आणतात. प्रमाणित सामग्री लेबलिंग आणि केंद्रीकृत बॅटरी डेटा प्रणालीचा अभाव जीवनचक्र ट्रॅकिंगला अडथळा आणतो आणि पुनर्प्राप्तकर्त्यांना पुनःप्राप्त घटक ओळखण्यात अडचणींचा सामना करावा लागतो. त्याचबरोबर, भारतात कार्यक्षम रिव्हर्स लॉजिस्टिक्स प्रणालीचा अभाव असून मोठ्या प्रमाणावर संकलन नेटवर्क आणि स्वयंचलित वर्गीकरण अविकसित आहे, ज्यामुळे पुनर्वापराची कार्यक्षमता घटते. ईपीआर फ्रेमवर्क देखील आर्थिक अस्पष्टतेने ग्रस्त आहे, ज्यामुळे पुनर्वापरकर्त्यांना अपुरे पैसे मिळण्याचा धोका आहे आणि अनौपचारिक, अनियंत्रित पद्धती कायम राहण्याची शक्यता आहे. लिथियम आयर्न फॉस्फेट (LFP) बॅटरीच्या हाताळणीसाठी उत्पादक रिसायकलर्सना नुकसान भरपाई देणाऱ्या अमेरिका आणि युरोपीय युनियनच्या विपरीत, भारतातील कमी ईपीआर फ्लोअर किंमतीमुळे शाश्वततेच्या प्रयत्नांना आणि पुनर्वापराच्या आर्थिक व्यवहार्यतेला धोका निर्माण झाला आहे. बॅटरीचे रिसायकलिंग सशक्त करण्यासाठी, सरकारने अनुपालन न केल्यास कठोर दंड लागू करावा, रिसायकलिंगकर्त्यांना योग्य मोबदला सुनिश्चित करण्यासाठी ईपीआर फ्लोअर किंमत वाढवली पाहिजे, अनौपचारिक रिसायकलिंग रोखण्यासाठी देखरेख सुधारणे आवश्यक आहे, आणि कार्यक्षम ट्रॅकिंग आणि रिसायकलिंगसाठी प्रमाणित सामग्री लेबलिंगसह केंद्रीकृत बॅटरी डेटा व्यवस्थापन प्रणाली स्थापित केली पाहिजे.

कच्च्या मालाच्या खाणकामापेक्षा LIB चे रिसायकलिंग महाग होऊ शकते. नवीन ईव्ही बॅटरीमुळे कोबाल्टवरील अवलंबित्व कमी होत असल्यामुळे बॅटरी रिसायकलिंगसाठी आर्थिक प्रोत्साहन आणखी कमी होते. रिसायकलिंग आर्थिकदृष्ट्या तेव्हाचं व्यवहार्य ठरते जेव्हा पुनर्प्राप्त सामग्री व्हर्जिन सामग्रीच्या कार्यक्षमतेशी जुळते आणि तांत्रिक प्रगतीमुळे प्रक्रिया खर्च कमी होतो. उच्च रिसायकलिंग उत्पादनाशिवाय, उत्पादकांना पुनर्वापर आर्थिकदृष्ट्या आकर्षक वाटत नाही. ईयू बॅटरी पुनर्भरणास प्रोत्साहन देते, परंतु बहुतेक जागतिक धोरणे अद्याप रिसायकलिंग पेक्षा पुनर्वापरास प्राधान्य देतात, ज्यामुळे बॅटरीची अकाली विल्हेवाट लावली जाते जी अन्यथा दुसऱ्या आयुष्यातील अनुप्रयोगांना सेवा देऊ शकते.

मोठ्या प्रमाणात सर्कुलर प्राप्त करण्यासाठी, सामग्री रिसायकलिंग वाढविण्यासाठी, खर्च कमी करण्यासाठी आणि बॅटरी जीवनचक्र वाढविण्यासाठी बॅटरी-ॲस-ए-सर्व्हिस (Baas), क्लोज्ड-लूप रिसायकलिंग आणि शहरी खाणकाम यांसारख्या मॉडेल्सचा संगठित वापर केला जाऊ शकतो. टेक-बॅक सिस्टीममध्ये समन्वयित गुंतवणूक, प्रगत पुनर्वापर तंत्रज्ञान आणि सेकंड-लाईफ ॲप्लिकेशन्ससाठी धोरणात्मक प्रोत्साहन याशिवाय मोठ्या प्रमाणात सर्कुलॅरिटी साधता येणे कठीण आहे.

"डिझाइन फॉर सर्कुलॅरिटी" ॲप्रोच

खऱ्या अर्थाने सर्कुलर अर्थव्यवस्था तयार करण्यासाठी डिझाइन-फर्स्ट दृष्टीकोन आवश्यक आहे, जो सुरुवातीपासूनच पुनर्वापर, पुनरुत्पादन क्षमता आणि भौतिक कार्यक्षमतेस प्राधान्य देतो. सध्याचे LIB टिकाऊपणापेक्षा कामगिरीसाठी ऑप्टिमाइझ केले जातात, ज्यामुळे सामग्री रिसायकलिंग अकार्यक्षम आणि महाग होते. लूप बंद करण्यासाठी, उत्पादकांनी मॉड्युलर, प्रमाणित आणि सहजपणे विघटित होणारी बॅटरी डिझाइन अवलंबली पाहिजे, जेणेकरून दुसऱ्या बॅटरीच्या आयुष्याचा वापर आणि कार्यक्षम पुनर्वापर शक्य होईल. सॉलिड-स्टेट आणि सोडियम-आयन बॅटरीसारखे उदयोन्मुख पर्याय कोबाल्ट आणि निकेलची आवश्यकता दूर करतात, पर्यावरणीय प्रभाव आणि आगीचा धोका कमी करतात. तथापि, उच्च खर्च आणि अनिश्चित पुनर्वापर यामुळे त्यांचे व्यवसायीकरण अजूनही अडचणीचे आहे.

अ) सामग्रीची रचना आणि सुरक्षिततेचा विचार

LIB च्या रचनेला त्याच्या सर्कुलॅरिटीत महत्त्वपूर्ण स्थान आहे. उच्च-निकेल एनएमसी बॅटरी जरी अधिक ऊर्जा घनता प्रदान करत असली, तरी तिचा पुनर्वापर करणे अवघड असते. पर्यावरणीय जोखमींनाही तोंड देत, उच्च कोबाल्ट आणि निकेल रिसायकलिंग दरामुळे ती आर्थिकदृष्ट्या मूल्यवान ठरतात. दुसरीकडे, एलएफपी बॅटरी सुरक्षित आणि टिकाऊ असल्या तरी त्यांना समान आर्थिक पुनर्वापर प्रोत्साहन मिळत नाही, ज्यामुळे त्यांचे शेवटी व्यवस्थापन आर्थिकदृष्ट्या कमी आकर्षक ठरते. सॉलिड-स्टेट आणि सोडियम-आधारित बॅटरी द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सऐवजी घन इलेक्ट्रोलाइट्सद्वारे सुरक्षित आणि अधिक टिकाऊ पर्याय उपलब्ध करतात. तथापि, कार्यक्षम रिसायकलिंग प्रक्रिया नसल्यानं, त्यांना एलएफपी बॅटरीसारखेच आर्थिक आव्हाने येऊ शकतात.

ब) एआय-चालित बॅटरी व्यवस्थापन प्रणाली (BMS)

बॅटरी पुनर्निर्मितीच्या प्रक्रियेत अचूक डिग्रेडेशन मूल्यांकन आवश्यक असते, परंतु विविध बॅटरी डिझाइनमुळे मूल्यांकन प्रक्रिया जटिल बनते. एआय-संचालित बीएमएस सेकंड-लाईफ ॲप्लिकेशन्संना ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी अधोगतीचे नमुने विश्लेषित करू शकते. तथापि, बॅटरी डेटावर मर्यादित प्रवेश असल्यामुळे स्वतंत्र मूल्यांकनावर मर्यादा येतात. ओरिजिनल इक्विपमेंट मॅन्युफॅक्चरर्स (ओईएम) द्वारे प्रमाणित बॅटरी डिझाइन मूल्यांकन प्रक्रिया सोपी केली जाऊ शकते. यामुळे सर्कुलॅरिटीचा प्रवास सोपा होईल आणि ऊर्जा साठवणूक प्रणाली (ईएसएस) मध्ये एकीकरणाचे आव्हाने कमी होतील. सेकंड-लाइफ सोल्यूशन्सचे प्रमाण वाढविण्यासाठी एक हायब्रीड दृष्टिकोन आवश्यक आहे, जो एआय-चालित निदान, प्रमाणित पुनर्रचना फ्रेमवर्क आणि अधिक पारदर्शकता एकत्र करतो.

क) पुनर्वापर तंत्रातील नावीन्य

पारंपारिक पुनर्वापर पद्धती मौल्यवान सामग्रीचा ऱ्हास करतात आणि खर्चिक ठरतात. डायरेक्ट रिसायकलिंग (कॅथोड-टू-कॅथोड) कॅथोड मटेरियलला न तोडता टिकवून ठेवते. हे अधिक टिकाऊ आणि किफायतशीर पर्याय प्रदान करते, जरी त्याची स्केलेबिलिटी एक आव्हान राहते. त्याचप्रमाणे, डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (डीईएस) वापरून हायड्रोमेटलर्जिकल प्रक्रिया, सेंद्रिय आम्लांचा वापर करून हिरवे लिथियम निष्कर्षण उपलब्ध करतात, परंतु त्यामध्ये उच्च खर्च, रासायनिक अस्थिरता आणि स्केलेबिलिटीची समस्या येते. या पद्धती परिपक्व होईपर्यंत, सध्याच्या रिसायकलिंग तंत्रात सुधारणा करणे शाश्वतता आणि कच्च्या मालावर अवलंबित्व कमी करण्याची गुरुकिल्ली आहे.

निष्कर्ष

शाश्वत LIB परिसंस्था रिसायकलिंगच्या पलीकडे जाते आणि ती "कचरा व्यवस्थापन" या मानसिकतेपासून "डिझाइन-फॉर-रियूज" कडे एक विरोधाभासी बदलाची मागणी करते. बॅटरी रिसायकलिंग आणि सेकंड-लाइफ वापरासाठी बॅटऱ्या तयार केल्या पाहिजेत, स्मार्ट डिझाइन आणि उत्तम जीवनचक्र व्यवस्थापन एकत्र केले पाहिजे. तथापि, धोरणात्मक विखंडन आणि पायाभूत सुविधांच्या मर्यादा प्रगतीमध्ये अडथळा आणतात. या तफावतीला भरून काढण्यासाठी जागतिक मानकीकरण, कडक अंमलबजावणी आणि सेकंड-लाइफ ॲप्लिकेशन्समध्ये गुंतवणूक आवश्यक आहे. समन्वित कृती न केल्यास, LIB स्वच्छ ऊर्जा उपाय होण्यापासून पुरवठा साखळीच्या संकटाकडे वळू शकते.

मणिनी ह्या नवी दिल्लीच्या सेंटर फॉर इकॉनॉमी अँड ग्रोथमध्ये रिसर्च असिस्टंट आहेत.

• Developing and Emerging Economies
• European Union
• India
• USA and Canada
• ai driven energy management system
• battery as a service baas
• battery waste management rules
• Developing and Emerging Economies
• European Union
• India
• LiB circular economy
• lithium ion batteries in electric vehicles
• lithium ion batteries manufacturing
• lithium ion battery recycling in india
• sustainable development
• sustainable lib ecosystem
• USA and Canada

The views expressed above belong to the author(s). ORF research and analyses now available on Telegram! Click here to access our curated content — blogs, longforms and interviews.

PREV NEXT