Fundacja Środowiskowa Audi połączyła siły z Uniwersytetem Górnictwa i Technologii we Freibergu (TU Bergakademie Freiberg) w celu zbadania nowych sposobów odzyskiwania surowców w procesie recyklingu. Pierwiastki takie jak ind, gal, a nawet cyna, są niezbędne dla nowoczesnych technologii, takich jak światłowody, fotowoltaika i półprzewodniki, ale ich zasoby są ograniczone. Każde urządzenie elektroniczne składa się z komponentów zawierających te właśnie pierwiastki. W założeniach projektu, surowce te mają być odzyskiwane ze spalanych odpadów za pomocą selektywnej ekstrakcji. Obecnie są one często marnowane, gdy komponenty elektroniczne są wyrzucane do odpadów domowych. Nowy proces ma na celu utrzymanie tych cennych metali technologicznych w obiegu.
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.
