Mundu osoko gobernuek erregai fosilen erabilera mugatu nahi dutenez, ibilgailu elektrikoen kopurua azkar hazten ari da. Denborak aurrera egin ahala, litio-ioizko baterien hondakinak azkar ugarituko dira. Metalen berezko balioari eusten dion birziklatzeko metodorik ez dago gaur egun. 2030etik aurrera Erresuma Batuak ziurtatu beharko du bateria berriek birziklatutako metalak dituztela Europako merkatuan saltzen jarraitzeko.
Ikerketa hori Birminghameko Unibertsitateak gidatutako ReLiB proiektuaren barruan dago, eta 18 milioi liberako aurrekontua da. Litio-ioizko bateriak berrerabili eta birziklatzeko erronkei teknologia konponbideak emateko helburua du proiektuak. ReliB proiektuaren barruan, Faraday Battery Challengek finantzatutako programa batean, Edinburgoko Unibertsitateko ikerketa taldeak metalen biobereizketa prozesu bat garatu du baterien "metalen zopa" batetik abiatuta.
Virginia Echavarri Bravoren ikerketa lantaldea dozena bat kide inguruk osatzen dute gaur egun. Guztien buru Louise Horsfall da, irakaslea, Bioteknologia Iraunkorreko Katedraduna. Taldea hainbat proiektu lantzen ari da. Olaztiarra baterien proiektuan 2018tik ari da lanean. Egitasmo hori Erresuma Batuko beste unibertsitate eta enpresa batzuekin elkarlanean garatzen ari dira.
Zein testuingurutan sortu zen proiektua?
Erresuma Batuko ekonomiarendako autogintza sektore garrantzitsua da. Horrekin batera, zero isuritara jotzeko politikak daude. Ondorioz erregai fosilak erabiltzen dituzten autoak erabiltzetik auto elektrikorako trantsizioa dago. Erresuma Batuko Gobernuak Faraday erakundearen bitartez auto elektrikoen baterien hainbat arlo ikertzeko proiektuak finantzatzen hasi zen. Ez soilik litiozkoak, bestelako osagai kimikoetakoak ere. Gu litio ioizko bateriak birziklatzeko proiektuaren barruan gaude.
Auto elektrikoekin zein aurreikuspen dituzte?
Erresuma Batuan 2016an zeuden 200 autoetatik bat zen elektrikoa. 2030erako hamabitik bat auto elektrikoa izatea espero dute, eta 2050erako hamarretik bederatzi. Baterien eskaera handitu eginen da etorkizunean, eta hazkunde horren zati handi bat mugikortasun elektrikoagatik izanen da. Harritzen duen datua: diesela erregaia duen eta bateria elektrikoa duen bi autoen bizitza zikloaren azterketa eginez gero, petrolioa erretzen duenez, erabiltzerakoan dieselak gehiago kutsatzen du, CO2 isuriak daudelako; baina auto elektriko bat fabrikatzeko diesel bat egiteko baino sei aldiz mineral gehiago behar dira.
"Auto elektriko bat fabrikatzeko diesel bat egiteko baino sei aldiz mineral gehiago behar dira"
Zein mineral erabiltzen dira auto baten bateria egiteko?
Ez da bakarrik litioa erabiltzen. Izan dezakete nikela, manganesoa, kobaltoa, aluminioa, kobrea eta burdin-fosfatoa. Bateriaren arabera elementu horien portzentajea desberdina izanen da.
Beraz, mineral horien eskaria handituko da.
Trantsizio elektrikoa egiteko material horien eskaera dago. Horien artean dagoeneko kritikoak diren elementu batzuk daude, esaterako: kobaltoa, grafenoa eta litioa. Europar Batasunean manganesoa ere kritikotzat jo dute. Nikel ugari dagoela pentsatzen bada ere, bateriak egiteko nahikoa purutasuneko nikela ere ez da hain ugaria. Beraz, elementuen kritikoen eremuan sartzen gara.
Zeren arabera da elementu bat kritikoa?
Material kritikoak dira ekonomiagatik eta horniketa katean egon daitezkeen arriskuengatik garrantzia handikotzat jotzen direnak. Europarendako elementu batzuk kritikoak dira, baina beste kontinente edo herrialde batzuendako baliteke ez izatea. Esaterako, kobaltoa. Guretako zergatik da kritikoa? Erreserba handienak Kongoko Errepublikan daude eta ezegonkortasun ekonomikoa duen herrialde bat da. Gainera, mineral horiek ateratzeko praktikak ere kontuan hartu behar dira. Hor eztabaida asko zabal ditzakegu. Haien ekonomiaren parte da meatzaritza hori, dirua ateratzeko haien modua. Baina, aldi berean, kobalto kutsadurak hiltzen ditu. Kobaltoa erauzteak eta prozesatzeak sortzen duen kutsadura inguruan bizi diren populazioen edo komunitateen osasunarendako arriskua da. Giza eskubideak ere urratzen ari dira.
Eta?
Kobalto gutxiago duten litiozko bateriak egiten saiatzen ari dira. Baina kobaltoa ez bada beste elementu batzuk izan daitezke. Litioa ere material kritikoa da, birziklatzen zaila gainera. Auto elektrikoen bateriak modu jasangarrian birziklatzeko gai ez bagara, ez da erregai fosilen benetako alternatiba izanen. Gainera, gure proiektua sortu zen bateria horiek modu jasangarrian birziklatzeko gai izateko.
Nolakoak dira bateriak barrutik?
Autoen bateriak hainbat motatakoak izan daitezke: zilindro itxurakoa, prisma itxurakoa, sandwich baten modukoak, gutun-azaltxoen moduak, hainbat tamainakoak. Modulutan daude eta, gainera, bateriaren barruan hainbat modutara antola daitezke zati horiek. Bateria osatzen duten hainbat elementuren egitura mantentzeko itsasgarriak asko erabiltzen dira.
"Auto elektrikoen bateriak modu jasangarrian birziklatzeko gai ez bagara, ez da erregai fosilen benetako alternatiba izanen"
Birziklatzeko modukoak dira?
Ez daude erraz birziklatzeko diseinatuta. Gure laguntzaile batzuk horretan lan egiten ari dira: errazago birziklatzeko nola diseinatu. Gutxi zeudenez, orain arte ez da birziklatzeko arazorik izan. Eta birziklatzeko material horren zati handi bat ekoizpen katean sortutako hondarrak dira. Baina urteek aurrera egin ahala handitu eginen da. Espero denaren arabera, Erresuma Batuan birziklatu beharreko kopurua 28.000 tonatik 235.000era pasako da 2030etik 2040ra. Joera globala da.
Ugari sortuko da. Nola egin horren kudeaketa egokia?
Hasteko, arazo berria da; nola kudeatu behar zen zehazten zuen legerik ere ez zegoen. Zer hondakin mota da? Bateriak sukoiak dira. Newcastleko gure lankideak suhiltzaileekin batera lankidetzan aritu dira. Suhiltzaileek esaten zutenez, "sua pizten da, itzaltzen duzu eta berriro pizten da". Auto elektrikoek ez dute sarritan su hartzen, ez da kezkatzeko moduko kontua, baina bai kontuan hartzekoa. Hondakinak pilatuta gordetzen dira eta bateriak meta handitan pilatuta baditugu, suaren aukera kontuan hartu beharrekoa da, arriskutsua izan daitekeelako.
Gehiago?
Bateriak baliotsuak diren elementu kritikoz beteta daude. Baina, aldi berean, oso toxikoak dira, esaterako, nikela edo kobaltoa.
Bateria mota ugari daudela esan duzu.
Hala da, eta birziklatzea estandarizatzea erronka bat da. Zeren birziklatzeko prozesuan elementuen balioa ez dela galtzen ziurtatu behar dugu. Duela gutxira arte balioko metalak (kobaltoa, nikel) zituzten bateria askotik elementu horiek erauzteko pirolisia erabiltzen zen. Baina pirolisirako energia ugari behar da eta gas kutsatzaileak sortzen ditu. Eta prozesuan manganesoa, aluminioa eta beste desagertzen dira. Balio erantsi handiko metalak birziklatzeko erabiltzen zen pirolisia litiozko bateriak birziklatzeko ezin izanen da erabili.
Virginia Echavarri Bravo, ezkerretik bigarrena, Horsfall taldeko kideetako batzuekin. CHRIS CLOSE
Orduan, zer?
Horretarako dago gure ReLiB proiektua. Helburua da teknologia garatzea eskala handian modu jasangarrian birziklatzea lortzeko, lehenik, auto elektrikoen bateriak berrerabiltzea. Zeren %80ko gaitasunetik behera egiten dutenean, beste nonbait erabil daitezke, esaterako, eskorga elektriko batean. Eta behin bateria horri zuku guztia ateratakoan, hura osatzen duten elementuak nola banatu aztertzea. Katodoa zuzenean birziklatzeko metodoa honetan datza: katodoko partikulak bere onera ekartzea erabat disolbatu gabe. Birminghamen eta Lesterren lankideak aztertzen ari dira bere onera ekarri eta berrerabil daitezken. Katodoko elementuek edo partikulek bere kimika egitura eta konposizioa galdu badute beharrezkoa izanen da metalak disolbatzea eta banatzea bateriako material berria lortzeko.
Haien laborategiaz
Zergatik parte hartzen duzue ReLiB proiektuan?
Litekeena da gure lantaldeak ikerketa ikuspegi desberdinena izatea. Baterien proiektuarekin hasi aurretik, gure laborategian bakterioekin lan egiten zen, zehazki, metalez kutsatutako ur eta hondakinen bioerremediazioa ikertzen.
Zergatik erabili bioteknologia?
Lan egiten dugun bakterioek bere metal birziklatze funtzioa 20 eta 30 º C arteko tenperaturan egiten dute, ingurune urtsu batean egiten dute. Birziklatzeko beste metodo batzuk tenperatura handiagoan funtzionatzen dute eta, beraz, energia kontsumo handiagoa behar dute eta, orokorrean, erabiltzen diren erreaktiboak toxikoak dira. Bakterioek “zopan” disolbatutako metalak birziklatzen dituzte, tamaina oso txikiko partikula solidotan eraldatuz, 100 nanometro edo txikiagoak. Pentsatu milimetro batean, zatitu hura milioi bat zatitan, zati horietako bakoitza nanometro bat da.
Biologiak sor ditzakeen nanopartikulak metodo kimikoekin sortutakoen desberdinak dira, izan ere, mekanismo, baldintza edota molekula desberdinak erabiltzen baitira. Esaterako, gure laborategian aurkitu dugu bakterioekin sortutako paladio nanopartikulak katalizatzaile eraginkorragoak direla metodo kimiko jakin batzuekin egindako paladio katalizatzaileak baino.
"Birziklatzeko prozesuan elementuen balioa ez dela galtzen ziurtatu behar dugu"
Zein da prozesua?
Bateriaren katodoa, katodo hautsa edo xehatutako bateria disolbatu egiten dugu hainbat metal dituen halako "metal zopa" bat lortuz. Bioerreaktorean bakterioa hazi arazten dugu, eta disolbatutako bateriatik heldu diren metalak gehitzen ditugu. Bakterioek bere lana egiten dute, "metal hau bai, beste hori ez" eta disolbatuta dauden metalak nanopartikula bihurtzen dituzte; hau da, metala disolbatuta egotetik solido izatera pasatzen da. Disolbatuta dauden metaletatik horrela bereizten ditugu metalak forma solidoan. Gaur egun, gehienez ere, 30 litrorekin lan egin dugu.
Hainbat baldintzatan eta zenbait bakterioekin, batzuk genetikoki eraldatuta, egiten ditugu esperimentuak, eta horrela aukeratzen goaz metal kontzentrazio handitan eta haien gaikako bereizketan biziraun dezaketenak. Biologia ingeniaritza edo biologia sintetikoa erabilita aztertzen dugu bakterio horiek zergatik diren gai manganesoa selektiboki prezipitatzeko, edo nola diren gai kobaltoa edo nikela murrizteko eta nano partikulak sortzeko gai. Zer proteina, zer biomolekula dira horren arduradun? Behin hori ulertuta, ea posible dugun bakterioen gaitasun horiek esplotatzea. Horretarako genetika ingeniaritza erabiltzen da: ea horrela bakterioak metalei erresistenteagoak egin ditzakegun, ea birziklatzen diren metal kopurua handitu dezakegun... Ikerketa horiek guztiak edukiontzi itxi baten barruan egiten ditugu. Bakterio bizirik ez dira ingurumenean askatzen, aurretik hiltzen dira eta hondakin biologikoak modu ziurrean kudeatzen ira.
Laborategiko lankide bat biohidrometalurgia egiten ari da. Berak metal arraroak dituzten imanak jasotzen ditu. Aztertzen ari da metal arraro horiek gaika berreskuratzeko modurik ote dagoen. Beste erronka bat da metalak gaika disolbatzea haien birziklatzea errazteko. Sukaldari modukoak gara. Hasieran hainbat metal eta izozkailuan zeuden bakterioak eman zizkiguten. Eta probak egiten hasi ginen. Batzuetan inkubagailuko kultiboaren kolorea aldaketa hutsarekin badakizu zerbait gertatu dela. Ikerketa frustragarria, aspergarria izan daiteke, baina zerbait aurkitzen duzunean oso zirraragarria da.
“Hainbat baldintzatan eta zenbait bakterioekin egiten ditugu esperimentuak, eta aukeratzen goaz”
Lanaren adibideren bat.
Esaterako, katodoa azido sulfurikoan, edo beste azido batean, disolbatu eta berde gelditzen da nikel asko duelako. Bakterioetako bat sartu eta hark manganesoa bakarrik prezipitatzen du. Manganeso hautsa lortzen dugu eta lankideak aztertu eta osaera ematen dit: manganeso karbonatoa eta manganeso oxidoa izaten da. Berak bateria txiki batean jarriko du eta purua edo finduta erositako karbonato edo oxidoa bezain erabilgarria den aztertzeko. Disolbatutako frakzioan litioa, kobaltoa eta nikela daude. Badugu beste bakterio bat nikela eta kobaltoa prezipitatzen dituena eta litioa azkeneko frakzioan uzten du. Orain ikertzen ari gara litioa duen gatzun hori naturako gatz-lautaden alternatiba izan daitekeen. Zeren litioa prezipitatzeko kontzentrazio oso handia behar da, disolbagarritasun oso handia baitu. Horregatik, errazagoa da “metal zopatik” gainontzekoak bereizi eta litioa gelditzea.
Bakterioetatik metalak errazago bereizteko tresna bat jaso dugu maiatzaren 6an, eta birziklatze prozesua hobetzeko. Bestetik, bereizketa errazago eta azkarragoa egiten aztertzen ari gara. Eskala txikian lan egitea erraz samar da. 30 litroko bioerreaktorearekin esperimentatzea nahikoa neketsua da. Ikerketa buruak esan didanez, Eskoziako Gobernuak 300 litroko erreaktore bat finantzatzen ari da.
Laborategiko eskalarekin hasi eta handitzen ari zarete.
Bai, eta horretarako ere materiala prestatu behar da. Onena da proiektuko beste laborategiak ere beraien sistema zabaltzen ari direla.
300 litrorako jauzia, industriara jauzi egin aurreko pausoa izanen da?
Hala da. Esan digute 300 litrorekin funtzionatzen badu industria eskalan funtzionatuko duen froga dela. Bestetik, ez ditugu kimika metodoak ordezkatu nahi, baizik eta metodo jasangarriagoak sortu elkarrekin edo elkar osatuz. Gure ustez, ohiko metodoen alternatiba izan daiteke ikertzen ari garen hau, horrela gaur egungo birziklatze sistemaren jasangarritasuna hobetzeko.
Virginia Echavarri Bravo bioerreaktore baten aldamenean. UTZITAKOA
Prozesuan erabiltzen dituzuen bakterioak berrerabil daitezke?
Bakterioen onena da oso azkar ugaltzen direla. Guk manganesoa bereiztea lortu dugu, baita kobaltoa eta nikela ere. Soluzio hori berrerabiltzen, bakterioak hazten eta baterietako materiala gehiago sartzen segi dezakegu? Hori ikertzen ari gara.
Ekoizpen eredu jasangarriagoa ekarriko du zuen lanak?
Hori esateko zuhurrak gara. Jasangarritasun analisia egiten ari gara (Life Cycle Assessement ingelesez) beste metodologia batzuekin alderatu ahal izateko eta, aldi berean, gure bioprozesuan hobetu daitezkeen puntuak, prozesuak edo eremuak identifikatzeko. Garatzen ari garen prozesua potentzialki jasangarriagoa izan daiteke. Baina, horretarako, materialen kontsumoen, energiaren eta isurien inbentarioak egin behar dira, eta haien eraginak aztertu. Aurretiazko emaitzek diote disolbatzaile bidezko erauzketa eta ioi truke likido bidezko ohiko metodoak baino ehun aldiz jasangarriagoa izan daitezkeela.
Baterien diseinuan eraginen du zuen lanak?
ReLiB proiektuko gure lankideak diseinua hobetzeko lanean ari dira, modu jasangarriagoan birziklatu ahal izateko eta osagaien balioa gal ez dadin. Zirkulu ekonomiaren printzipioetako batzuek ezartzen dutenez, produktuak diseinatu behar dira gehiago iraun dezaten, konpontzeko eta birziklatzeko.
“Esan digute 300 litrorekin funtzionatzen badu industria eskalan funtzionatuko duen froga dela”
Zuen ikerketa beste gailuetako bateriak birziklatzeko baliagarria izan daiteke?
Erabat. Telefono mugikorretako, ordenagailuetako bateriek kobalto, nikel, litioa, manganesoa, aluminioa badute. Gure laborategiko beste kide batzuek elementu arraroekin lan egiten dute. Baterien metalak birziklatzeko egungo prozesuan bi bakterio erabiltzen ditugu, baina beste espezie batzuk ikertzen segitzen dugu. Eraldatzen ditugu ea metal berrietara egokitu ditzakegun. Biologiak hainbat metalekiko espezifikotasuna izan dezake. Metal jakin batzuekiko afinitatea izan dezaketen molekula, proteina, kapsula batzuk sortzeko gai gara? Hori ere lantzen ari gara, beste metalekiko egokitzapena.
Elkarlanik?
Gu ez gaude laborategian itxita. Konferentzietara joaten gara, beste talde batzuekin biltzen gara. Beste pertsona batzuekin etengabeko harremanetan gaude arazoaren inguruan hizketatzen, birziklatze premia handiena izanen duten metalen inguruan, edo kutsagarrienak diren metalen inguruan. Beharrezkoa da komunikatzea, besteengandik ikastea eta denak elkarlanean aritzea. Elkarlanik gabe zailagoa da, batzuetan ezinezkoa, ikerketa bat emankorra izatea.
Antzeko ikerketen berri baduzue?
Guk dakigula, litio ioizko baterietatik materialak gaika berreskuratzeko bioteknologia erabiltzen dugun bakarrak gara. Badakigu beste ikerketa talde batzuek bakterioak edo beste mikroorganismoak erabiliz "zopak" sortzen dituztela. Guk erakutsi dugu gure bioprozesua erabil dezakegula "zopa" horietatik metalak berreskuratzeko.
Elkarren berri izan eta elkar laguntzeko aukerak sortzen dira. Eta ondoren argitaratzen diren publikazioak askoz aberatsagoak dira. Ikuspegi desberdinek aberastu egiten dute ikerketa edo proiektu hori. Lana hobetzeko galdera kritikoak behar dituzu, ez dute suntsitzaileak izan beharrik. Hobe da galdera gogor horiek hasieran izatea, dena bide onetik doala uste duzunean baino. Gainera, baliabideak bateratzen baditugu errazagoa da, ikerketa garestia baita. Elkarlanik gabe ez dago ikerketarik. Ikerketak denbora eskatzen du. Askotan, zerbaitez gehiago dakizunean, orduan jabetzen zara gutxiago dakizula, eta galdera gehiago sortzen zaizkizu.
Soslaia
Nafarroako Unibertsitate Publikoak (NUP) agronomia ingeniaritza ikasketak egin zituen. Karrerako azken ikasturtean Lurreko Zientzian ikerketa proiektu baterako beka jaso zuen. Bigarren beka batekin Txilen karrera akaberako proiektua egiteko aukera izan zuen, lurrari lotutako gaiekin hori ere. Edinburgon ingelesa ikasi zuen. Bueltan Gamesan eta Indar Electricen lan egin zuen. Zientzia eta ingurumenarekin lotutako lanera bueltatzeko harra zuen eta, arlo horretan aukeraren bat izateko, Edinburgora bueltatu eta han zerbait ikasteko apustua egin zuen. Izan ere, Erresuma Batuan lana opatzea errazagoa baita hango titulazioa izanez gero. Biodibertsitatea eta itsas bizitza/biologia masterra egin zuen Heriot-Watt Unibersitatean. Ikastetxe berean, beka batekin, doktoretza egin zuen: gero eta produktu gehiagotan dauden zilarrezko nanopartikulek itsasoan, naturan, dauden bakterioengan duten efektua ikertu zuen. Doktoregoa bukatu berritan, 2015ean, Edinburgoko Unibertsitatean doktoratu ondorengo gisa lanean hasi zen bere nagusi Louise Horsfallekin.
Ez du lanpostu finkorik. Hasieran zortzi hilabete eta erdiko kontratuak izan zituen. Ondoren, sei hilabetekoa. Bateriekin hasi zenean hiru urteko kontratua izan zuen. Emaitzen arabera finantzazioa jaso dute. Laborategian lanean jarraitzen du emaitzak lortu eta horiek erakutsi dutelako, eta finantzazioa eskatzen segi dutelako. Horretarako asko mugitu behar izan dute: konferentziak, tailerrak, ezagutzera eman zer egin dezaketen eta hori erakutsi. Beste urte baterako kontratua du. Eta aurrera egiteko mugitzen, borrokatzen, ari dira. Lankideekin pozik dago, elkarri asko laguntzen diote. Gainera, master edo doktoretza ikasleen lanak gainbegiratzen ditu. Klaserik ez du ematen, tutoretzaren bat bai. Horrela etorkizuneko ikertzaileak trebatzen laguntzen du.
Aitortza Parisen
Olaztiarra kide den lantaldeak Parisko 2050NOW La Maison 's global trends foroan parte hartu zuen. Antolakuntzak urteko 3.000 berrikuntzen analisia egin zuen eta hamar sailetan ikerketa lanik onenak aukeratu zituen. Echavarriren lantaldeak "bizitza birprogramatu" mailan jasangarritasunaren arloan egindako ikerketarik onenaren aitortza jaso zuen lehenik. Beste bederatzi mailatan ere sari bana banatu zuen antolakuntzak. Eta hamar ikerketa onenen artean onenaren saria, Top 10 Global Science and Technology Innovation Awards saria, bateriak birziklatzeko lanean ari den taldearendako izan zen.