ERC Starting Grant – jedno z najważniejszych wyróżnień dla młodych badaczy
ERC Starting Grant to jeden z najbardziej prestiżowych programów grantowych w Europie, skierowany do naukowców 2–7 lat po doktoracie, którzy mogą pochwalić się wyjątkowym dorobkiem i odważnym pomysłem na własny projekt. W tegorocznej edycji złożono ponad 4 tys. wniosków, a finansowanie otrzymało 478 badaczy.
Wśród nich znalazła się prof. Anna Siekierka z Katedry Inżynierii Procesowej i Technologii Materiałów Polimerowych i Węglowych Politechniki Wrocławskiej, która zdobyła 1,5 mln euro na realizację projektu „Reverse salinity energy harvesting-assisted electromembrane system for metal ion fractionation and hydrogen production from battery waste” (o akronimie ReHeal4waste). Jej badania mają na celu opracowanie nowatorskich metod odzysku metali i energii ze zużytych baterii. To dopiero drugi taki grant w historii PWr – pierwszym laureatem był w 2023 roku dr inż. Łukasz Sterczewski z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów.
Zużyta bateria – źródło, nie odpad
Projekt prof. Anny Siekierki skupia się na odzysku cennych metali ze zużytych baterii, takich jak lit, kobalt, nikiel, mangan czy miedź. To tzw. surowce krytyczne – ich zasoby są ograniczone, a jednocześnie niezbędne w produkcji elektroniki, samochodów elektrycznych czy urządzeń medycznych.
Oddzielenie poszczególnych kationów jest procesem skomplikowanym, jednak opłacalnym – ze względu na dużą zawartość cennych pierwiastków oraz konieczność poszukiwania alternatywy dla tradycyjnego wydobycia w kopalniach. Dla przykładu, w jednej baterii znajduje się od 5 do 7% litu, podczas gdy w solankach (jedynym możliwym źródle tego metalu w Polsce) występuje on jedynie w ułamkach procenta.
– Oczywiście w przemyśle istnieją już metody separacji metali ze zużytych baterii i akumulatorów, ale nadal trwają poszukiwania technologii, które będą bardziej przyjazne dla środowiska, a jednocześnie ekonomiczne. Tym bardziej, że produkcja samochodów elektrycznych wzrasta, a zatem zwiększać się będzie także liczba zużytych akumulatorów. Z czasem problem ich zagospodarowania będzie się powiększał. Trzeba więc potraktować je nie jako kolejny odpad, ale źródło surowców – opowiada prof. Anna Siekierka.
Membrany – niepozorne, a przełomowe
Kluczowym elementem projektu ReHeal4waste będą membrany kationowymienne – cienkie, polimerowe struktury przypominające folię, które pozwolą selektywnie oddzielać jony metali ze zużytych baterii. Zespół prof. Anny Siekierki opracuje rozwiązania umożliwiające transport tylko wybranych kationów, np. kobaltu, niklu czy manganu. Membrany będą trwałe i wielokrotnego użytku, co zwiększy opłacalność całej technologii.
Badacze stworzą specjalny stos membranowy, w którym zastosują odwróconą elektrodializę (RED). Energia do procesu będzie pochodziła z różnicy zasolenia dwóch roztworów – tego ze zużytych baterii i roztworu kwasu o niskim stężeniu. Dodatkową korzyścią będzie produkcja wodoru i tlenu.
Pięć lat badań
Projekt ReHeal4waste potrwa pięć lat i obejmie opracowanie struktury oraz metod wytwarzania membran, badania ich selektywności i trwałości, modelowanie przepływów oraz optymalizację procesu separacji. Zespół prof. Anny Siekierki zajmie się także przygotowaniem procedur, które w przyszłości umożliwią komercjalizację technologii.
Do zespołu zostaną zatrudnieni specjaliści z chemii i fizyki organicznej, a projekt stworzy możliwości dla doktorantów i studentów, którzy zdobędą cenne doświadczenie badawcze. Efektem prac będzie m.in. opracowana procedura separacji kationów metali oraz baza wiedzy o membranach i procesach ich degradacji, stanowiąca podstawę dalszych badań rozwojowych.
– Nasz projekt to bardzo wymagające badania podstawowe. Będziemy opracowywać m.in. strukturę membran i sposób ich wytwarzania, a zatem pracować nad związkami chemicznymi potrzebnymi do ich powstania, oraz określać, w jakich warunkach będą ulegać degradacji czy modelować przepływy między membranami. Będziemy też oczywiście pracować nad wydajnością samego procesu – opowiada prof. Siekierka.
