هل يمكن إعادة تدوير زجاج الألواح الشمسية لتحسين بطاريات الليثيوم الصلبة؟

مقدمة

تُعتبر الطاقة المتجددة من أبرز الحلول المستدامة التي يبحث العالم اليوم عن تطويرها بشكل مستمر. في هذا السياق، تلعب الألواح الشمسية دورًا أساسيًا في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء، لكن أحد التحديات التي يواجهها القطاع هو كيفية التعامل مع النفايات الناتجة عن الألواح الشمسية بعد انتهاء عمرها الافتراضي. في خطوة مبتكرة، قام باحثون من جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة بتطوير تقنية جديدة لإعادة تدوير زجاج الألواح الشمسية لاستخدامه في بطاريات الليثيوم الصلبة.  وتعد هذه التقنية ثورية في مجال تخزين الطاقة، حيث تعزز من استدامة قطاع الطاقة عن طريق تقليل النفايات وإعادة استخدام المواد في تطبيقات أخرى قيمة.

التقنية المستخدمة لإعادة تدوير الزجاج

في هذه الدراسة، قام فريق البحث في جامعة نانيانغ التكنولوجية بتطوير عملية مبتكرة لإعادة تدوير الزجاج من الألواح الشمسية المكسورة، حيث قاموا بطحن الزجاج إلى جسيمات نانوية بحجم 300 نانومتر، وهي الطريقة التي تتيح استخدام هذه الجسيمات كإضافة وظيفية في الإلكتروليتات البوليمرية الصلبة (SPE) المستخدمة في بطاريات الليثيوم.

تم دمج الزجاج المطحون بنسبة 2% من وزنه في مادة إلكتروليت بوليمير صلب تعتمد على البولي إيثيلين أكسيد (PEO)  مع ملح الليثيوم  (LiTFSI)، مما أدى إلى تحسين الاستقرار الكهروكيميائي والناقلية الأيونية للإلكتروليت. كانت النتائج مبهرة، حيث أظهرت البطاريات المصنوعة باستخدام هذه التقنية تحسنًا في الأداء بنسبة 8.3% مقارنةً بالبطاريات التقليدية، مما يعكس إمكانيات هذه التقنية في تحسين كفاءة البطاريات بشكل ملحوظ.

التحليل البيئي والاقتصادي لإعادة التدوير

تتمثل القيمة المضافة لهذه التقنية في خفض الأثر البيئي وتحسين الجدوى الاقتصادية مقارنة بالطرق التقليدية لإعادة تدوير زجاج الألواح الشمسية. فبدلًا من الاعتماد على عمليات حرارية كثيفة الطاقة لنزع طبقة الإيثيلين فينيل أسيتات  (EVA)، تعتمد المنهجية المقترحة على معالجة رطبة بطريقة الغمر الكيميائي لإذابة الطبقة اللاصقة وفصل المكوّنات المتبقية عن الزجاج. ويؤدي ذلك إلى:

• بيئيًا: تقليل استهلاك الطاقة والانبعاثات المرتبطة بالتسخين العالي، والحد من المخرجات الهوائية الضارة، مع إمكانية استرجاع المذيب وإعادة تدويره لخفض النفايات.
• اقتصاديًا: تقليص فاتورة الطاقة وتبسيط متطلبات المعدات، وتحسين نقاوة الزجاج المستعاد وزيادة قيمته التسويقية، فضلًا عن خفض تكاليف التشغيل والصيانة على المدى المتوسط.

وبذلك، تُقدِّم المعالجة الرطبة مسارًا أكثر استدامة وكفاءة، كما تتيح دمج النتائج بسهولة ضمن أطر تقييم دورة الحياة (LCA) وتكلفة دورة الحياة (LCC) لتوثيق المكاسب البيئية والاقتصادية بصورة معيارية.

تحسين الكفاءة واستدامة البطاريات

عند استخدام إلكتروليتات بوليميرية صلبة (SPE) معدلة بجسيمات الزجاج النانوية، حققت البطاريات تحسينًا في الناقلية الأيونية بنسبة 14% مقارنة بالإلكتروليت التقليدي. هذه النتيجة تعد دليلاً على أن زجاج الألواح الشمسية المكسور يمكن أن يكون مادة مضافة فعالة في تحسين أداء البطاريات، بما يساهم في تعزيز كفاءة تخزين الطاقة.

إلى جانب ذلك، أظهرت البطاريات المحضرة بهذه التقنية استقرارًا ممتازًا في الدورة، حيث استمرت في الحفاظ على سعة قدرها 123.07 مللي أمبير/غرام بعد 80 دورة شحن، مقارنة بـ 113.60 مللي أمبير/غرام في البطاريات التقليدية، مما يعكس فعالية إعادة تدوير الزجاج في تحسين كفاءة الأداء.

التطبيقات المستقبلية لإعادة تدوير زجاج الألواح الشمسية

لا تقتصر فائدة هذه التقنية على تحسين أداء البطاريات فقط، بل إنها تفتح آفاقًا جديدة في تخزين الطاقة بشكل مستدام. يمكن تطبيق هذه الطريقة في العديد من المجالات مثل:

• الأنظمة الكهربائية المستقلة: التي تعتمد على الطاقة المتجددة.
• المركبات الكهربائية: حيث يمكن استخدام البطاريات المُعاد تدويرها لتخزين الطاقة.
• الأنظمة الصناعية: التي تحتاج إلى تخزين الطاقة بشكل مستدام وفعال.

الخاتمة

إن استخدام زجاج الألواح الشمسية في تحسين بطاريات الليثيوم الصلبة يُعد خطوة كبيرة نحو مستقبل أكثر استدامة للطاقة المتجددة. من خلال هذه التقنيات المبتكرة، يمكننا تقليل النفايات الناتجة عن الألواح الشمسية المستهلكة، تحسين كفاءة تخزين الطاقة، والمساهمة في تحقيق أهداف الاستدامة البيئية.

📚  المصدر:

Yeow Boon Tay, Qinjie Wu, Ankit, Nripan Mathews,
“Re-using end-of-life solar waste for solid state lithium metal batteries,”
Resources, Conservation and Recycling,
Volume 222, 2025, 108425,
ISSN 0921-3449,
https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2025.108425