Новые технологии для переработки электронных отходов

Наше общество потребления производит огромное количество электронных отходов — около 50 миллионов тонн в год по всему миру. Это самый быстрорастущий поток отходов. Стоимость содержащихся в них ценных материалов оценивается в 50–60 миллиардов евро, однако лишь около 20% этого объема перерабатывается по сертифицированным процессам. Из примерно шестидесяти химических элементов в электронном мусоре перерабатывается лишь десять (золото, серебро, платина, кобальт, олово, медь, железо, алюминий и свинец). Остальное в конечном итоге отправляется на свалки, которые, однако, представляют собой настоящие «городские шахты».

Новая стратегия: разборка, сортировка, измельчение, растворение

Современная переработка включает механическое измельчение устройств или их модулей с последующим разделением частиц физическими методами (по плотности, магнитным свойствам). Затем для дальнейшего разделения химических элементов чаще всего применяется жидкостная экстракция: металлы растворяются в кислоте, которая смешивается с органическим растворителем в присутствии специальных молекул-экстрагентов, способствующих переходу целевых металлов в растворитель. Этот процесс часто требует десятков или сотен повторений для достижения нужной чистоты, а его оптимизация — изучения множества параметров.

Микрофлюидные технологии для оптимизации извлечения элементов

Чтобы ускорить разработку новых процессов экстракции, в лаборатории SCARCE создали миниатюрное автоматизированное микрофлюидное устройство. В нем используются каналы толщиной около 100 µm, что позволяет работать с микролитровыми объемами растворителей и миллиграммами веществ. Интеграция методов анализа (рентгеновские лучи, инфракрасная спектроскопия, сенсоры) позволяет непрерывно и быстро изучать различные комбинации параметров, сокращая время исследований с месяцев до нескольких дней. Дополнительное преимущество — лучший контроль и понимание процессов на границе раздела фаз.

Извлечение редкоземельных элементов: ценных и мало перерабатываемых материалов

Этот подход уже позволил изучить извлечение стратегических металлов из мобильных телефонов. Редкоземельные элементы, критически важные для современных технологий, сегодня перерабатываются менее чем на 5%. Результаты показали, что комбинация двух специфических экстрагирующих молекул повышает эффективность извлечения редкоземельных элементов почти в 100 раз по сравнению с раздельным использованием. Кроме того, удалось добиться эффективной экстракции при концентрациях кислоты в 10–100 раз ниже промышленных, что снижает загрязнение. Также были найдены параметры, позволяющие эффективно разделять разные редкоземельные элементы между собой — задача, традиционно требующая множества стадий. Сейчас ведутся работы по масштабированию этих результатов до промышленного уровня.