ในขณะที่การใช้งานรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ความสามารถในการจัดการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่หมดอายุการใช้งาน รวมถึงการพัฒนาเทคโนโลยีการกู้คืนแร่โลหะหายาก ได้กลายเป็นประเด็นสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์และวัสดุทั่วโลก
ภายใต้บริบทดังกล่าว บริษัทโตเรย์ (Toray Industries) ของญี่ปุ่นประกาศในช่วงต้นเดือนธันวาคม 2025 ว่า บริษัทได้พัฒนาเทคโนโลยีเมมเบรนนาโนฟิลเตรชัน (NF) ที่มีความทนทานและความสามารถในการคัดเลือกสูง ซึ่งสามารถขยายขนาดสู่ระดับใช้งานจริง เพื่อกู้คืนลิเทียมจากน้ำชะละลายที่เกิดขึ้นในกระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าใช้แล้วได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เมมเบรนดังกล่าวสามารถทนต่อสภาพกรดได้ดี รองรับน้ำชะกรดซัลฟิวริกที่ได้จาก “แบล็กแมส” ซึ่งเป็นผงที่เกิดจากการบดแบตเตอรี่ โดยมีอัตราการกู้คืนลิเทียมมากกว่า 95% เทคโนโลยีนี้ถูกมองว่าอาจช่วยบรรเทาภาระการจัดการแบตเตอรี่ใช้แล้วที่เพิ่มขึ้นตามการขยายตัวของ EV ควบคู่กับข้อจำกัดด้านทรัพยากรลิเทียมในระยะยาว
ความท้าทายเชิงโครงสร้างของการรีไซเคิลแบบเปียก
กระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับยานยนต์ในปัจจุบันนิยมใช้วิธีแบบเปียก (wet process) โดยเริ่มจากการบดแบตเตอรี่และละลายด้วยกรด จากนั้นจึงใช้ขั้นตอนต่าง ๆ เช่น การตกตะกอนหรือการสกัดด้วยตัวทำละลาย เพื่อแยกและกู้คืนโลหะ
แม้วิธีดังกล่าวจะเป็นเทคโนโลยีที่มีการใช้งานจริงแล้ว แต่กระบวนการที่ซับซ้อน การใช้สารเคมีจำนวนมาก และการใช้พลังงานสูง ยังคงเป็นข้อจำกัดสำคัญ นอกจากนี้ ภาระด้านสิ่งแวดล้อมจากการจัดการน้ำเสียและตะกอนก็ไม่สามารถมองข้ามได้
เมื่อคาดว่าปริมาณแบตเตอรี่ใช้แล้วจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงปลายทศวรรษ 2020 ผู้ประกอบการด้านรีไซเคิลจึงเริ่มให้ความสนใจกับกระบวนการที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น
เมมเบรน NF ของโตเรย์กับการแยกลิเทียมอย่างเลือกสรร
เมมเบรน NF ที่โตเรย์พัฒนาขึ้น มีคุณสมบัติในการแยกน้ำชะละลายผ่านเมมเบรน โดยปล่อยให้ไอออนลิเทียมผ่านได้เป็นหลัก ขณะเดียวกันสามารถยับยั้งการผ่านของไอออนโลหะอื่น เช่น นิกเกิลและโคบอลต์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
บริษัทนำองค์ความรู้ด้านการออกแบบวัสดุโพลิเมอร์และการควบคุมโครงสร้างรูพรุน ซึ่งสั่งสมจากการพัฒนาเมมเบรน RO สำหรับงานบำบัดน้ำ มาประยุกต์ใช้ ทำให้เมมเบรนสามารถคงสมรรถนะได้แม้ในสภาวะกรดเข้มข้น
อีกหนึ่งจุดเด่นคือการขยายเทคโนโลยีเมมเบรนจากระดับห้องปฏิบัติการไปสู่ขนาดที่สามารถติดตั้งในระบบรีไซเคิลจริงได้ ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญต่อการนำไปใช้งานเชิงพาณิชย์
การผนวกกระบวนการแยกด้วยเมมเบรนเข้ากับขั้นตอนบางส่วนของไลน์รีไซเคิล อาจช่วยลดจำนวนขั้นตอน ลดการใช้สารเคมีและพลังงาน และเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของกระบวนการกู้คืนลิเทียม
การพัฒนาระบบการเก็บคืนแบตเตอรี่และความคาดหวังต่อ “การรีไซเคิลแบบแนวราบ”
ในประเทศญี่ปุ่น กฎหมายส่งเสริมการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพ กำหนดให้ผู้ผลิตและผู้นำเข้าแบตเตอรี่ทุติยภูมิขนาดเล็กต้องดำเนินการเก็บคืนและรีไซเคิลโดยสมัครใจ ขณะที่แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าก็เริ่มอยู่ในประเด็นการพัฒนาระบบเก็บคืนและรีไซเคิลในหลายประเทศ
ความสามารถในการกู้คืนลิเทียมด้วยความบริสุทธิ์สูงและนำกลับไปใช้เป็นวัสดุแบตเตอรี่ใหม่ได้ อาจช่วยลดการพึ่งพาการนำเข้าทรัพยากร และสร้างมูลค่าเพิ่มภายในประเทศ
แนวคิดการนำทรัพยากรจากแบตเตอรี่ใช้แล้วกลับไปใช้ในแบตเตอรี่รุ่นถัดไป หรือที่เรียกว่า “การรีไซเคิลแบบแนวราบ (horizontal recycling)” กำลังได้รับความสนใจมากขึ้น โดยเทคโนโลยีเมมเบรนถือเป็นหนึ่งในทางเลือกที่มีศักยภาพ
งานวิจัยชี้ศักยภาพของเทคโนโลยีเมมเบรน
ในภาควิชาการ เทคโนโลยีการกู้คืนลิเทียมด้วยเมมเบรนก็ได้รับความสนใจเช่นกัน กลุ่มวิจัยจากมหาวิทยาลัยโทโฮคุของญี่ปุ่นรายงานว่า สามารถใช้เมมเบรน NF ที่ผ่านการปรับสภาพพื้นผิว แยกลิเทียมจากน้ำชะของแบตเตอรี่ใช้แล้ว และผลิตลิเทียมคาร์บอเนตที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 99% โดยแทบไม่ต้องใช้สารเคมี
อย่างไรก็ตาม การนำผลงานวิจัยไปประยุกต์ใช้ในระดับอุตสาหกรรมยังต้องเผชิญกับความท้าทายด้านความทนทาน ปริมาณการประมวลผล และต้นทุน
การแบ่งบทบาทระหว่างผู้ผลิตวัสดุในการพัฒนาเทคโนโลยีขยายขนาด หน่วยงานนโยบายในการจัดตั้งระบบเก็บคืน และสถาบันวิจัยในการนำเสนอหลักการใหม่ อาจเป็นปัจจัยเร่งให้การนำไปใช้งานจริงเกิดขึ้นเร็วขึ้น
จุดสนใจถัดไป: การใช้งานจริงและการแข่งขันทางเทคโนโลยี
การกู้คืนลิเทียมด้วยเมมเบรนกำลังแข่งขันกับวิธีอื่น เช่น การสกัดด้วยตัวทำละลายขั้นสูง หรือเทคโนโลยีไฟฟ้าเคมี ประเด็นสำคัญในระยะต่อไปคือ ความสามารถในการผสานเทคโนโลยีเข้ากับไลน์รีไซเคิลจริงได้อย่างรวดเร็วและมีเสถียรภาพ
เมมเบรน NF ของโตเรย์จึงถูกมองว่าเป็นเทคโนโลยีที่ก้าวข้ามขั้นวิจัยและมุ่งสู่การใช้งานจริง ในช่วงเวลาที่การเพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่ใช้แล้วกำลังใกล้เข้ามา การแข่งขันเพื่อครองความได้เปรียบด้านเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมในระบบเศรษฐกิจหมุนเวียนกำลังเริ่มต้นขึ้นอย่างจริงจัง