Odzyskiwanie metali technologicznych z odpadów elektronicznych: Fundacja Środowiskowa Audi finansuje badania nad nowym procesem recyklingu

Odzyskiwanie metali technologicznych z odpadów elektronicznych: Fundacja Środowiskowa Audi finansuje badania nad nowym procesem recyklingu

W 2019 r. w Niemczech zużyto około 16 ton surowców pierwotnych na mieszkańca. Obejmuje to wszystkie surowce wydobywane ze źródeł naturalnych, oprócz biomasy i paliw kopalnych, a także rudy żelaza, miedzi, ołowiu i cynku. Te ostatnie muszą być obecnie niemal w całości do Niemiec importowane. Surowce metaliczne są jednak zasobami wyczerpywalnymi - często rzadkimi lub występującymi jedynie w rozproszonych lokalizacjach. Co więcej, rudy zawierają również duże ilości tzw. ślepej skały, co oznacza, że metale nie występują w czystej postaci i zanim będą mogły zostać przetworzone, muszą zostać wyodrębnione przy użyciu złożonych procesów chemiczno-termicznych. Niemniej jednak są one niezbędne dla wielu technologii przyszłości, w tym dla elektromobilności, telekomunikacji i fotowoltaiki. Światowa Rada Zasobów Organizacji Narodów Zjednoczonych przewiduje, że do 2030 roku popyt na nie wzrośnie na całym świecie. Wynika to z faktu, że zapotrzebowanie na surowce, metale i wytwarzane z nich półprzewodniki rośnie wraz z rosnącą liczbą urządzeń elektrycznych. Ich elektronika sterująca składa się z niestandardowych elementów półprzewodnikowych, które z kolei nie mogą osiągnąć swojej wydajności bez rzadkich pierwiastków.

Jednak te rzadkie, ważne elementy są często nieumyślnie i bezpowrotnie tracone. Wiele osób omyłkowo wyrzuca małe urządzenia elektryczne, takie jak latarki, pamięci USB, wtyczki i kable do ładowania, a nawet telefony komórkowe do odpadów domowych zamiast oddawać je do punktów zbiórki e-odpadów. W Niemczech odpady z gospodarstw domowych są zazwyczaj poddawane recyklingowi termicznemu - są spalane. Cenne surowce nie są przez to skutecznie odzyskiwane i kierowane do użytku przemysłowego, ale pozostają w żużlu lub popiele. Ten z kolei jest składowany na wysypiskach, przez co interesujące technologicznie elementy również wypadają z cyklu i tym samym nie trafiają do dalszego wykorzystania. W tym miejscu pojawia się projekt badawczy dotyczący selektywnej ekstrakcji indu, galu i cyny, finansowany przez Fundację Środowiskową Audi.

Projekt ma na celu wydobycie metali zawartych w popiele lotnym lub żużlu po spaleniu odpadów z gospodarstw domowych, w celu ich późniejszego wykorzystania w nowych produktach. Dzięki ponownemu wykorzystaniu i recyklingowi, surowce nie muszą być wydobywane z ziemi, co może zmniejszyć wpływ górnictwa na środowisko i na emisje.

Wykonane na zamówienie głowice pęsety do jonów metali

Proces recyklingu opiera się na metodzie selektywnej ekstrakcji i jest obecnie opracowywany w laboratorium przez Betty Leibiger, doktorantkę chemii na Uniwersytecie Górnictwa i Technologii we Freibergu. „Wyzwaniem jest wytworzenie cząsteczek, które specyficznie wiążą pożądane jony metali” - wyjaśnia Leibiger. Mówiąc prościej, należy opracować specjalnie ukształtowaną „pęsetę”, która wyłapuje tylko bardzo specyficzne jony metali z roztworu popiołu lotnego, umożliwiając w ten sposób ich oddzielenie. Każda wykonana na zamówienie „główka pęsety” - zwana w żargonie technicznym ligandem - pasuje tylko do dokładnie jednego jonu metalu, takiego jak ind. „Następnie używamy kwasu, aby pęseta ponownie uwolniła jony” - wyjaśnia Leibiger. W ten sposób poszczególne jony metali mogą być oddzielane od mieszaniny krok po kroku i doprowadzane do technologicznie użytecznej czystości.

„Na tym etapie projektu skupiamy się na opracowaniu wielu odpowiednich głowic pęsetowych, które następnie zostaną przetestowane i zoptymalizowane na małą skalę” - mówi Leibiger. Po zoptymalizowaniu, proces mógłby zostać skalowalnie powiększony. Kolejnym krokiem będą eksperymenty z ekstrakcją prawdziwego popiołu lotnego lub roztworów ługujących z przetwarzania popiołu lotnego.

Świadome wykorzystywanie zasobów

Projekt i związana z nim praca doktorska mają trwać łącznie trzy lata i będą początkowo, do przyszłego roku, finansowane przez Fundację Środowiskową Audi. „Surowce są dostępne tylko w ograniczonych ilościach. Dlatego tym ważniejsze są sposoby ich ochrony. Zwłaszcza w dużych ilościach, które są interesujące dla gospodarki. Proces ten jest nie tylko kolejnym naukowym wkładem w ustalanie cykli zasobów, ale także łączy tradycyjną ochronę środowiska z innowacyjnymi technologiami zgodnie z naszym podejściem Greenovation” - mówi Rüdiger Recknagel, dyrektor zarządzający Fundacji Środowiskowej Audi. Celem jest również podniesienie świadomości na temat odpowiedzialnego korzystania z surowców.

Wiele projektów Fundacji Środowiskowej Audi podnosi świadomość tego, jak marnowane są surowce, jednocześnie sugerując, w jaki sposób można je oszczędzać:

- Weźmy na przykład niemiecko-indyjski start-up Nunam, który jest finansowany przez Fundację Środowiskową Audi. Zamienia on zużyte akumulatory w mobilne jednostki magazynowania energii. Nunam zmontował również nanosieć słoneczną z dwóch używanych modułów akumulatorów Audi e-tron pobranych z pojazdów testowych. Podejście to oszczędza zasoby i energię, która zostałaby wykorzystana do recyklingu i produkcji nowych akumulatorów.
- Zanieczyszczenie oceanów plastikiem to problem globalny. Wraz z CLEAR RIVERS, Fundacja Środowiskowa Audi chce przyczynić się do jego rozwiązania. Pułapki na śmieci w rzekach i portach, takie jak te już istniejące na Kanale Bruksela-Charleroi, w Budapeszcie i w Rotterdamie, mają na celu zapobieganie przedostawaniu się plastikowych odpadów do morza. Zebrane śmieci są sortowane, a następnie poddawane recyklingowi.
- Koncepcja zamkniętego obiegu odgrywa również ważną rolę w projekcie Audi „Zrównoważone wydobycie zaawansowanych technologicznie pierwiastków”. Wraz z Uniwersytetem Górnictwa i Technologii we Freibergu, Fundacja Środowiskowa Audi bada nowe sposoby wydobywania zaawansowanych technologicznie metali, takich jak gal, ind, german, a także pierwiastki ziem rzadkich.