Elektrośmieci są pełne złota. Można go odzyskać prądem
Okazuje się, że złoto ze starej elektroniki można odzyskiwać przy znacznie mniejszym zużyciu chemikaliów niż teraz. Nowa metoda wykorzystuje do separacji energię elektryczną.
Stara płyta główna na pierwszy rzut oka nie wygląda jak kopalnia, ale pod względem zawartości cennych metali dokładnie nią jest. Problem zaczyna się jednak wtedy, gdy złoto trzeba oddzielić od całej reszty. Naukowcy opracowali metodę, w której część chemikaliów zastępuje prąd, a kluczem do wszystkiego jest specjalnie zaprojektowana cząsteczka.
Złoto mamy już wydobyte. Tylko wyrzucamy je do śmieci
Złoto w elektronice nie znajduje się dla ozdoby. Metal ten świetnie przewodzi prąd, nie koroduje i przez lata zachowuje swoje właściwości, dlatego niewielkie jego ilości można znaleźć w złączach, stykach, płytach drukowanych czy układach scalonych. Pojedynczy telefon albo komputer nie jest oczywiście skarbcem, za który kupimy willę pod Krakowem. Sytuacja wygląda jednak zupełnie inaczej, kiedy urządzenia liczymy w milionach.
Według globalnych danych w samych elektroodpadach powstałych w 2022 r. znajdowały się metale o wartości około 91 mld dol., w tym złoto wyceniane na około 15 mld dol. Tymczasem formalnie zebrano i poddano recyklingowi jedynie 22,3 proc. wszystkich elektrośmieci.
Jak pisaliśmy na Spider’s Web, elektronika jest jednym z najbogatszych strumieni odpadów pod względem zawartości strategicznych surowców. W telefonach, komputerach, przewodach i płytach głównych znajdują się również miedź, pallad, nikiel oraz inne metale, których ponowne wykorzystanie może ograniczać zapotrzebowanie na nowe wydobycie.
Tyle że wiedzieć, iż złoto znajduje się w starej elektronice, to jedno. Wydobyć je tanio, selektywnie i bez produkowania pokaźnej ilości odpadów chemicznych to zupełnie inna historia.
Nie wystarczy podłączyć płyty głównej do prądu
Nową metodę bardzo łatwo jest przedstawić zbyt efektownie, dlatego trzeba jedno wyjaśnić od razu. Naukowcy nie zbudowali maszyny, do której wrzuca się zużytą elektronikę, podłącza kabel i po chwili wysuwa się sztabka złota. Pierwszy etap nadal wymaga odpowiedniego przygotowania materiału. Cenne metale znajdujące się w elektroodpadach trzeba przeprowadzić do roztworu. Powstaje wtedy mieszanina zawierająca jony różnych pierwiastków i dopiero z niej można selektywnie wyłapywać interesujący nas metal. Badacze skupili się właśnie na tym etapie.
Wykorzystali ekstrakcję ciecz-ciecz. W takim procesie spotykają się dwa niemieszające się ze sobą fazy, najczęściej wodna i organiczna. Specjalna cząsteczka zwana ekstraktorem wiąże wybrany metal z jednej fazy i przenosi go do drugiej. Później metal trzeba ponownie uwolnić, aby można go było zebrać i oczyścić.
W tradycyjnych procesach do sterowania tym cyklem potrzebne są kolejne porcje kwasów, zasad i innych reagentów. Powstają koszty, dodatkowe strumienie odpadów i bardziej skomplikowana instalacja. W tej metodzie spora część tej chemicznej roboty zostaje zastąpiona po prostu prądem.
Jedna cząsteczka dostała tu trzy zadania
Zespół zaprojektował ekstraktor tak, aby wykonywał trzy rzeczy jednocześnie. Ma selektywnie wiązać jony wybranego metalu, pozostawać rozpuszczony w odpowiedniej fazie organicznej oraz posiadać własny trwały ładunek elektryczny.
Dzięki wbudowanemu ładunkowi cząsteczka pomaga przewodzić prąd w roztworze i można bezpośrednio sterować jej stanem za pomocą reakcji elektrochemicznych. Przy jednym ustawieniu wiąże metal i przenosi go do fazy organicznej, a po zmianie stanu wywołanej elektrycznie ponownie go uwalnia.
W efekcie część operacji wykonywanych wcześniej przez dodatkowe substancje chemiczne można przeprowadzić po prostu poprzez przyłożenie odpowiedniego potencjału elektrycznego.
W eksperymencie technologia selektywnie odzyskiwała złoto z roztworu otrzymanego z elektroodpadów. Badacze szacują, że nowa konstrukcja może ograniczyć zużycie reagentów w procesie ekstrakcji o 1-2 rzędy wielkości. Mówiąc prościej: chodzi o około 10-100-krotne zmniejszenie ich ilości.
To kolejny krok, a nie wynalazek zbudowany od zera
Pomysł rozwija technologię, nad którą ten sam zespół pracował już wcześniej. W 2024 r. badacze pokazali ciągły elektrochemiczny proces ekstrakcji ciecz-ciecz oznaczany jako e-LLE.
Już wtedy prąd pozwalał zastąpić znaczną część chemii potrzebnej do separowania złota i metali z grupy platynowców. Technologia potrafiła również odróżniać cenne pierwiastki od mniej wartościowych metali, takich jak miedź czy nikiel.
Pozostawał jednak jeden słaby punkt. Do przeprowadzenia całego cyklu nadal potrzebne były dodatkowe reagenty chemiczne. Zamiast przebudowywać całą instalację, naukowcy tym razem zmienili sam ekstraktor i wyposażyli go w trwały ładunek. To pozornie niewielka modyfikacja na poziomie cząsteczki, która pozwoliła uprościć cały proces.
Przeczytaj także:
Nie jest to zresztą jedyny pomysł na wyciąganie złota ze starych urządzeń. Opisywaliśmy wcześniej metodę wykorzystującą gąbkę stworzoną z białek serwatkowych. Z kolei inna technologia pozwalała wychwytywać złoto za pomocą grafenu.
Nowe rozwiązanie wyróżnia się tym, że nie szuka kolejnego materiału, na którym złoto po prostu osiądzie. Próbuje zelektryfikować jeden z podstawowych procesów wykorzystywanych do przemysłowego rozdzielania metali.
*Źródło grafiki wprowadzającej: Mikhail Nilov, Pexels / sitthiphong, Canva Pro
Redaktor Spider's Web specjalizujący się w tematyce naukowej. O nowych technologiach zaczął pisać w 2012 r. na łamach portalu Telix. Później współtworzył treści dla Komputer Świata i PCLabu. Epizod dziennikarski zaliczył także w lokalnej gazecie i w dziale blogowym SpeedTest. Współzałożyciel agencji BlueCopy, zajmującej się copywritingiem i poligrafią. Przez pewien czas właściciel firmy transportowej. Prywatnie fan starych polskich oper mydlanych (oglądanych obowiązkowo z konkubiną), dumny opiekun kotki brytyjskiej i pasjonat-amator druku 3D.