Une équipe de recherche du Laboratoire chinois de recherche technique de Shenzhen pour le traitement des boues et des déchets alimentaires et la récupération des ressources a récemment publié une étude dans la revue Engineering, proposant une méthode innovante pour aborder le problème mondial de la rareté du phosphore (P).
Leur approche utilise les eaux usées municipales pour produire du phosphore, essentiel à la fabrication des batteries au phosphate de fer et de lithium (LiFePO4), un composant clé dans le marché en pleine expansion des véhicules électriques.
Méthode de Récupération Innovante
Face à la demande croissante de batteries LiFePO4, utilisée dans les batteries lithium-ion (LIBs), la rareté du phosphore devient une préoccupation majeure. Le phosphore est crucial pour produire des matériaux de cathode haute performance pour ces batteries. Les chercheurs ont conçu une solution respectueuse de l’environnement et rentable en récupérant le phosphore des eaux usées municipales, le transformant en une ressource précieuse pour la production de batteries.
La méthode innovante de l’équipe utilise les boues issues des processus de traitement chimique du phosphore (CPR) à base de coagulant de fer dans les stations d’épuration. Ces boues, riches en phosphore et en fer, subissent un traitement de frittage suivi d’un lavage à l’acide pour produire des oxydes de P–Fe purifiés (Fe2.1P1.0O5.6). Ces oxydes sont ensuite utilisés comme substitut pour jusqu’à 35 % du réactif FePO4 typiquement employé dans la synthèse des cathodes LiFePO4.
Impact Économique et Environnemental
Les cathodes LiFePO4 revêtues de carbone (LiFePO4/C) obtenues présentent des caractéristiques de performance impressionnantes. Elles atteignent une capacité de décharge spécifique de 114,9 mA·h·g−1 à 17 mA·g−1 et maintiennent une stabilité de cycle remarquable de 99,2 % après 100 cycles. Cette performance améliorée est attribuée aux impuretés bénéfiques des boues, qui contribuent à une structure cristalline plus stable dans les cathodes.
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Contrairement aux méthodes traditionnelles de récupération du phosphore, qui produisent principalement des engrais phosphatés, cette approche innovante convertit 100 % du phosphore des boues CPR en cathodes LiFePO4/C de grande valeur. Ce processus répond non seulement à la rareté mondiale du phosphore, mais offre également une solution durable pour la gestion des déchets urbains.
Vers un Développement Durable
Les avantages économiques sont considérables. Les chercheurs ont calculé que le phosphore récupéré des eaux usées municipales pourrait satisfaire jusqu’à 35 % de la demande en phosphore de l’industrie des LIBs en Chine. Cela positionne la nouvelle méthode de récupération comme une alternative très rentable aux voies conventionnelles de réutilisation du phosphore.
L’importance de cette recherche va au-delà de l’avancement technologique. En convertissant les boues d’eaux usées en un composant essentiel pour le stockage d’énergie propre, l’approche de l’équipe soutient à la fois la durabilité environnementale et l’effort mondial pour des solutions énergétiques plus propres. Le processus de récupération réduit les déchets urbains, diminue la dépendance aux ressources en phosphore limitées et contribue au développement de technologies durables. Il offre un double avantage en répondant à la rareté du phosphore tout en améliorant la performance des batteries LiFePO4, soutenant ainsi la transition vers un avenir plus durable et économe en énergie.
Article : « Green and high-yield recovery of phosphorus from municipal wastewater for LiFePO4 batteries » – DOI: 10.1016/j.eng.2024.05.018
