» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Январь, 2018 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (10) 2018

Автор: Кядыкова Анна Сергеевна, магистр
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Проблема утилизации ХИТ

Статья просмотрена: 1008 раз

УДК 502/504

ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ ХИТ

Кядыкова Анна Сергеевна

Магистр, направление Теплоэнергетика и теплотехника

 Кафедра «Химии и электрохимической энергетики»

Азизова Татьяна Ашотовна

Магистр, направление Теплоэнергетика и теплотехника

 Кафедра «Инновационные технологии наукоемких отраслей»

Алтухова Татьяна Андреевна

Магистр, направление Теплоэнергетика и теплотехника

 Кафедра «Инновационные технологии наукоемких отраслей»

Жукова Екатерина Альбертовна

Магистр, направление Теплоэнергетика и теплотехника

 Кафедра «Энергетика высокотемпературных технологий»

Национальный Исследовательский Университет «Московский Энергетический Институт»,

г. Москва

 

Аннотация. В настоящее время не осталось сфер деятельности, в которых можно обойтись без автономной электротехники. Она широко применяется как в повседневной жизни – телефоны, ноутбуки, так и в медицине, сельском хозяйстве, разработке месторождений полезных ископаемых, транспорте. Быстрый темп развития автономной электротехники увеличивает число химических источников тока, наиболее часто используемых в настоящее время. Необходимость утилизации ХИТ обусловлена использованием веществ, представляющих опасность для здоровья человека и наносящих вред окружающей среде. По данным Всемирной организации здравоохранения кадмий, ртуть и свинец являются наиболее опасными химическими веществами для организма человека. Широкое применение свинца привело к значительному загрязнению окружающей среды и возникновению проблем со здоровьем населения во многих странах.

Ключевые слова: ХИТ, утилизация ХИТ, загрязнение окружающей среды, аккумуляторы

 

В настоящее время не осталось сфер деятельности, в которых можно обойтись без автономной электротехники. Она широко применяется как в повседневной жизни – телефоны, ноутбуки, так и в медицине, сельском хозяйстве, разработке месторождений полезных ископаемых, транспорте. Быстрый темп развития автономной электротехники увеличивает число химических источников тока, которые на данный момент используются чаще всего.

Химический источник тока (ХИТ) – устройство, в котором энергия химических реакций непосредственно превращается в электрическую, основой его работы является реакция взаимодействия окислителя и восстановителя. ХИТ состоят из положительного и отрицательного электродов, электролита и корпуса. При химической реакции окисления-восстановления электродов происходит накопление энергии.

Первый ХИТ – «элемент Вольта», изобретенный итальянским ученым Алессандро Вольта в 1800 году, представлял собой сосуд с солёной водой и помещенными в нее цинковой и медной пластинками с проволочными токовыводами. Позже ученый собрал первичный ХИТ (батарею) из этих элементов, названную впоследствии «вольтовым столбом». Вторичный ХИТ был создан в 1803 года Иоганном Вильгельмом Риттером, в отличие от батареи Алессандро, первый прообраз аккумулятора можно было многократно заряжать.

То, что положительный электрод, погруженный в разведенную серную кислоту, покрывается двуокисью свинца, а отрицательный не подвергается изменениям, установил немецкий военный врач Вильгельм Зинстеден в 1854 году. Если такой элемент замкнуть накоротко и прекратить пропускание через него тока от постоянного источника, то в нем появляется постоянный ток до тех пор, пока вся двуокись свинца не растворится в кислоте. Это вплотную приблизило Зинстедена к созданию аккумулятора, но врач ограничился наблюдениями, не делая практических выводов. Начало аккумуляторная техника получила только пять лет спустя, в 1859 году, когда французский инженер Гастон Планте случайно повторил открытие Зинстедена и построил первый в истории свинцовый аккумулятор.

В настоящее время используется огромное количество разнообразных ХИТ – солевые, литиевые, серебряные, ртутные и щелочные первичные ХИТ. Самый небольшой заряд, маленький срок хранения (2 года) и низкую цену имеют солевые батарейки. Щелочные или алкалиновые батарейки имеют срок хранения до 5 лет, их работоспособность практически не зависит от температуры окружающей среды. Литиевые батарейки – срок хранения до 12 лет, отличаются высокой плотностью и емкостью энергии, небольшой массой. Ртутные батарейки запрещены в ряде стран и не имеют широкого распространения в наше время из-за токсичности и проблем при утилизации, но 30 назад они широко использовались в качестве источника питания для электронных часов, кардиостимуляторов, слуховых аппаратов, в авиации и космических аппаратах. Также, различают свинцовые, никель-кадмиевые, никель-железные, серебряно-цинковые, серно-натриевые, литий-ионные и другие типы вторичных ХИТ. Масса таких устройств может составлять как несколько грамм, так и сотни килограмм. Наиболее широкое распространение как самые экономичные на данный момент получили свинцовые аккумуляторы, которые часто применяются в автомобилях в качестве стартовых.

Необходимость утилизации ХИТ обусловлена использованием веществ, представляющих опасность для здоровья человека и наносящих вред окружающей среде. Кадмий, свинец и ртуть являются наиболее опасными химическими веществами для организма человека по данным Всемирной организации здравоохранения. К значительному загрязнению окружающей среды и возникновению проблем со здоровьем населения во многих странах привело широкое применение свинца, так как он обладает кумулятивным токсическим воздействием на организм человека – мозг, почки, нервную систему, систему крови, желудочно-кишечную и сердечно-сосудистую системы. Особенно уязвимы к нейротоксическому воздействию свинца дети – даже относительно низкий уровень его воздействия может вызвать серьезные и даже необратимые неврологические последствия. Серная кислота в свинцово-кислотных батареях крайне агрессивна, и потенциально более вредна, чем кислоты, используемые в других аккумуляторных системах. Например, ее контакт с глазами может привести к постоянной слепоте, при проглатывании она повреждает внутренние органы, что может привести к смерти. Кадмий, используемый в никель-кадмиевых батареях, считается более вредным при попадании внутрь, чем свинец. В Японии было установлено, что рабочие на заводах, которые работают с никель-кадмиевыми батареями, испытывают серьезные проблемы со здоровьем, что является следствием длительного воздействия металла. Утилизация на свалке таких батарей запрещена во многих странах. Поведенческие и неврологические расстройства после вдыхания, проглатывания или кожного контакта с различными соединениями ртути проявляются такими симптомами, как тремор, бессонница, потеря памяти и нервно-мышечные расстройства. К проблемам использования лития относиться и опасность его воспламенения. 

Актуальной является и проблема дефицита сырья, например, лития, для изготовления ХИТ.  В мире перерабатывается лишь 3% от общего объема производимых аккумуляторов и батарей, при этом в распределении процента переработки по странам прослеживается неоднородность.

Таблица 1. Распределение процента переработки ХИТ

 

В странах Европейского союза несмотря на дороговизну процесса переработка батареек является обязательной, при производстве в их стоимость изначально закладывается процент на утилизацию, что позволяет при сдаче использованного ХИТ на утилизацию получить скидку на покупку нового. Переработкой батарей в Европе занимается около сорока предприятий, в Австралии ежегодно утилизируется 70000 тонн свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов. Батареи, которые нет возможности переработать в Австралии, экспортируются для утилизации на европейские предприятия. В России же до недавнего времени были компании, занимающиеся только сбором и хранением ХИТ. Одной из немногих российских организаций, принимающей ХИТ для дальнейшей полноценной переработки, является московский «Экоцентр» МГУП «Промотходы». Предприятие применяет вакуумную технологию, которая позволяет контролировать вредные выбросы при измельчении батареек. Весной 2013 года челябинская компания «Мегаполисресурс» также заявила о готовности утилизировать отработанные ХИТ. Их технологии позволяют утилизировать щелочные ХИТ на 80%. Данные компании сотрудничают с пунктами сбора, откуда по мере накопления отсылаются герметично упакованные ХИТ.

Мероприятия по утилизации позволяют не только сократить загрязнение окружающей среды, но и получить сырье, которое может быть использовано как для создания новых источников питания, так и в других областях. С учетом ухудшающейся экологической ситуации в стране и в мире, необходимо принять во внимание имеющийся в Европе и Азии положительный опыт по переработке ХИТ для организации большего числа собственных перерабатывающих предприятий.

 

Список литературы:

1. Коровин Н. В. Химические источники тока: Справочник/ Коровин Н. В., Скундин А. М. – М.: МЭИ, 2003. – 740 с.
2. Багоцкий В. С. Химические источники тока/ Багоцкий В. С., Скундин А. М. – М.: Энергоиздат, 1981. – 360 с.
3. Лотош В. Е. Фундаментальные основы природопользования. Книга 3. Переработка отходов природопользования/ Лотош В. Е. – Е.: Полиграфист, 2007. – 503 с.



Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: