Dr hab. inż. Anna Siekierka, prof. uczelni z Wydziału Chemicznego została laureatką prestiżowego grantu przyznawanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. Jej wniosek został wybrany spośród ponad 4 tys. zgłoszeń z całej Europy. To dopiero drugi taki grant w historii PWr. Projekt naszej badaczki ReHeal4waste ma na celu opracowanie nowatorskich metod odzysku cennych surowców z roztworów ze zużytych baterii, przy jednoczesnym odzysku energii i produkcji wodoru.
ERC Starting Grant to jeden z najbardziej prestiżowych międzynarodowych programów grantowych. Adresowany jest do młodych, naukowców od 2 do 7 lat po doktoracie, z wyróżniającym ich dorobkiem i pomysłem na własny ambitny projekt naukowy.
W tegorocznej edycji programu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych napłynęło ponad 4 tys. wniosków z całego kontynentu. Finansowanie otrzymało 478 naukowców – w tym prof. Siekierka, której projekt wyróżnił się odwagą, innowacyjnością i ogromnym potencjałem aplikacyjnym.
Laureatka otrzymała 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). To projekt, który może w przyszłości zmienić sposób postrzegania zużytych baterii – nie jako odpadu, ale jako cennego źródła surowców i energii.
Pierwszym laureatem ERC Starting Grant na PWr był w 2023 roku dr inż. Łukasz Sterczewski z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów.
Zużyta bateria – źródło, nie odpad
Projekt prof. Siekierki koncentruje się na recyklingu baterii – a konkretnie odzysku cennych surowców z roztworu, który powstaje po przeróbce hydrometalurgicznej zużytych baterii.
Roztwory te zawierają mieszaninę kationów różnych metali, takich jak lit, kobalt, nikiel, mangan, miedź czy żelazo. Wiele z nich zalicza się do tzw. strategicznych surowców krytycznych – ich zasoby są ograniczone, a zapotrzebowanie stale rośnie, ponieważ mają kluczowe znaczenie dla gospodarki i codziennego funkcjonowania. Wykorzystuje się je m.in. przy produkcji urządzeń elektronicznych, pojazdów elektrycznych, samolotów, telefonów komórkowych, a także w medycynie.
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.
Według analiz organizacji Transport & Environment (grudzień 2024 r.), recykling zużytych baterii oraz odpadów z europejskich fabryk produkujących akumulatory do samochodów mógłby do 2030 r. pokryć 14% całego zapotrzebowania na lit, 16% na nikiel, 17% na mangan i aż 25% na kobalt niezbędny do produkcji akumulatorów.
– 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 – opowiada prof. Anna Siekierka. – 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.
Membrany – niepozorne, a przełomowe
Sednem projektu ReHeal4waste będą membrany kationowymienne – cienkie, polimerowe struktury, wyglądające jak kawałek folii czy kartka papieru. Choć niepozorne, kryją w sobie ogromny potencjał: pozwolą precyzyjnie selekcjonować jony metali z wieloskładnikowych roztworów.
Zadaniem zespołu prof. Siekierki będzie opracowanie membran, które będą transportować tylko kationy konkretnych metali (np. kobaltu, niklu czy manganu), czyli właśnie separować je z wieloskładnikowego roztworu ze zużytych baterii. Membrany będą wielokrotnego użytku, z żywotnością od 2 do nawet 5 lat, co czyni tę metodę także ekonomicznie uzasadnioną.
Badacze skonstruują stos membranowy, w którym będą przeprowadzać odwróconą elektrodializę (ang. reverse electrodialysis – RED). Do generowania energii potrzebnej do zasilania procesu wykorzystają różnicę potencjałów elektrycznych między
elektrodami zewnętrznymi, która powstaje w czasie mieszania dwóch roztworów o różnym zasoleniu – czyli roztworu ze zużytych baterii i tzw. permeatu (kwasu o niskim stężeniu). Dodatkowym efektem całego procesu będzie produkcja wodoru i tlenu.
Pięć lat badań
Projekt potrwa 5 lat i obejmie m.in. opracowanie struktury i sposobów wytwarzania membran, badania nad ich selektywnością i trwałością, modelowanie przepływów i optymalizację procesu separacji oraz przygotowanie procedur do potencjalnej komercjalizacji technologii.
– Nasz projekt to bardzo wymagające badania podstawowe – opowiada prof. Siekierka. – 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.
Prof. Siekierka zatrudni do swojego zespołu chemika i fizyka organika. Projekt stworzy również możliwość realizacji tematów rozpraw doktorskich, a udział w nim pozwoli studentom zdobywać cenne doświadczenie i rozwijać praktyczne umiejętności.
Badania potrwają pięć lat, a ich efektem będą m.in. opracowana procedura separacji kationów metalu z roztworu, biblioteka informacji na temat związków wykorzystywanych do produkcji membran (w kontekście ich selektywności) oraz kształtów prowadzenia strumieni w stosie membranowym – a zatem szczegółowe informacje, które pozwolą prowadzić kolejne badania
zmierzające w przyszłości do komercjalizacji takiego rozwiązania.
Sylwetka laureatki
Prof. Anna Siekierka jest pracowniczką Katedry Inżynierii Procesowej i Technologii Materiałów Polimerowych i Węglowych na naszym wydziale. Doktorat z wyróżnieniem obroniła w 2019 roku. Odbyła dwa staże naukowe w w zagranicznych ośrodkach: Deakin University (Australia) i Technical University of Liberec (Czechy).
Jej głównymi zainteresowaniami naukowymi są procesy elektromembranowe służące do selektywnej separacji jonów metali oraz odzysku energii. Specjalizuje się w otrzymywaniu selektywnych membran oraz sorbentów. Za swoje osiągnięcia została nagrodzona przez m.in. Ministerstwo Edukacji i Nauki (Wybitny Młody Naukowiec) oraz Fundację na rzecz Nauki Polskiej (Start). Obecnie pełni rolę kierownika projektu finansowanego z Narodowego Centrum Nauki. Jest autorką oraz współautorką wielu publikacji w prestiżowych czasopismach, m.in.: „Lithium and magnesium separation from brines by hybrid capacitive deionization” i „Ultra-selective chelating membranes for recycling of cobalt from lithiu-ion spent battery effluents by electrodialysis”.
W 2024 roku znalazła się w prestiżowym zestawieniu TOP2% Scientist (w kategorii najczęściej cytowanych publikacji w 2023 r.) w dziedzinach Engineering, Chemical Engineering, Environmental Science – rankingu przygotowanym przez Uniwersytet Stanforda, wydawnictwo Elsevier i firmę SciTech Strategies.
https://pwr.edu.pl/uczelnia/aktualnosci/rekordowe-76-osob-z-pwr-w-rankingu-top-2-13449.html
Jest członkiem zarządu Polskiego Towarzystwa Membranowego.