تحويل النفايات الإلكترونية إلى ذهب: الدور المفاجئ لمنتجات الجبن الثانوية

الأشياء الأساسية التي يجب معرفتها:

• تتصاعد مشكلة المخلفات الإلكترونية العالمية، حيث يتم إنتاج ملايين الأطنان المترية سنويًا، مما يستلزم حلولًا مبتكرة لإعادة التدوير.
• طور الباحثون طريقة رائدة باستخدام بروتين مصل اللبن الثانوي للجبن لاستخراج الذهب بكفاءة من النفايات الإلكترونية.
• لا تعد هذه التقنية الجديدة بتقليل الضرر البيئي فحسب، بل أيضًا بتحسين الجدوى الاقتصادية لإعادة تدوير النفايات الإلكترونية.
• وتمثل هذه العملية خطوة مهمة نحو الإدارة المستدامة للمخلفات الإلكترونية، مما قد يؤدي إلى إحداث تحول في صناعة إعادة التدوير.

مع استمرار مشكلة المخلفات الإلكترونية في النمو، فإن ارتفاع تكاليف المعادن الخام، والندرة المتزايدة للعناصر الحاسمة، والأضرار المتصاعدة التي تواجهها البيئة، تفرض ضغوطاً على حكومات العالم، والمهندسين، وعامة الناس على حد سواء. إدراكًا للتحديات التي تواجهها المخلفات الإلكترونية، أظهر الباحثون مؤخرًا تقنية جديدة محتملة تستخدم مخلفات الجبن القديمة لاستخراج الذهب من الإلكترونيات بشكل أكثر كفاءة. ما هي التحديات التي تطرحها إعادة تدوير المخلفات الإلكترونية، وما الذي أظهره الباحثون، وهل يمكن أن تساعد مثل هذه العملية في معالجة تحديات المخلفات الإلكترونية للجيل القادم؟

ما هي التحديات التي يطرحها إعادة تدوير النفايات الإلكترونية؟

لا يمكن التقليل من الدور الذي تلعبه الإلكترونيات في الحياة اليومية؛ فهو يدعم عمليا كل ما نقوم به، من دفع الفواتير إلى العثور على مصادر للترفيه. ولكن في حين تستمر الإلكترونيات في لعب دور متزايد الأهمية في الحضارة، فإنها تقدم مجموعة كاملة من التحديات التي تحتاج إلى معالجة. 

أحد هذه التحديات هو معدل التغيير الشديد الموجود في صناعة الإلكترونيات، والذي يمكن أن يترك الكثيرين وراءهم بسرعة. يمكن لأولئك القادرين على مواكبة أحدث اتجاهات التكنولوجيا الاستفادة الكاملة من عروض الأجهزة والبرامج الجديدة، في حين أن أولئك الذين لا يستطيعون القيام بذلك غالبًا ما يتخلفون عن الركب.

التحدي الآخر هو مشكلات الأمان والخصوصية العديدة التي تواجه إضافة الأجهزة الإلكترونية إلى الأجهزة اليومية. إن إدراج الميكروفونات والكاميرات ومصفوفات أجهزة الاستشعار في المنتجات، إلى جانب الاتصال بالإنترنت، يجعلها جميعًا أجهزة تجسس محتملة بالإضافة إلى منصة لشن الهجمات. 

إن التأثير البيئي للمخلفات الإلكترونية عميق، حيث يتم إعادة تدوير أقل من 20% منها بشكل صحيح. ولا يؤدي هذا إلى خسارة كبيرة في المعادن الثمينة والموارد الأخرى فحسب، بل يساهم أيضًا في التدهور البيئي الشديد والمخاطر الصحية بسبب إطلاق المواد السامة في النظم البيئية.

تفاقم أزمة تراكم النفايات الإلكترونية

ومع ذلك، تظل هناك مشكلة عالمية واحدة تستمر في التفاقم مع مرور كل عام، وهي النفايات الإلكترونية. ببساطة، كل شيء الأجهزة الإلكترونية تنهار في نهاية المطاف، أصبحت قديمة، أو ببساطة غير مرغوب فيها، ويجب التخلص منها. وبالنظر إلى أن معظم مستخدمي الأجهزة الإلكترونية هم مستهلكون، فإن الكثير من هذه النفايات الإلكترونية تجد نفسها في سلة المهملات، والتي نادراً ما يتم إعادة تدويرها. 

 "لا يمكنك الحصول على أكثر استدامة من ذلك!" - البروفيسور رافائيل ميزنجابشأن استخدام منتج ثانوي للجبن لاستعادة الذهب من النفايات الإلكترونية. 

إن فهم حجم مشكلة النفايات الإلكترونية أمر بالغ الأهمية. وفقًا للمرصد العالمي للنفايات الإلكترونية، أنتج العالم كمية مذهلة بلغت 53.6 مليون طن متري من النفايات الإلكترونية في عام 2019 وحده، وهو رقم من المتوقع أن ينمو بشكل كبير. وهذا يسلط الضوء على الحاجة الملحة لطرق إعادة التدوير المبتكرة التي لا تخفف الضرر البيئي فحسب، بل تستعيد أيضًا الموارد القيمة بكفاءة.

بسبب الكمية الكبيرة من النفايات الإلكترونية التي لا يتم إعادة تدويرها، ليمكن أن تصبح andfills بسرعة ملوثة بالعديد من المواد الكيميائية والمركبات بما في ذلك الرصاص والزئبق والزرنيخ، وجميعها يمكن أن تلوث البيئة المحلية. علاوة على ذلك، إذا وجدت هذه النفايات طريقها إلى المحرقة، فسيتم طرد المركبات الناتجة إلى الهواء، مما يزيد من تلوث الغلاف الجوي.

البطانة الفضية: المعادن الثمينة في النفايات الإلكترونية

من مميزات الإلكترونيات الحديثة أنها تحتوي على الكثير من المعادن الثمينة، بما في ذلك الذهب والفضة والنحاس. وبالنظر إلى أن هذه العناصر أصبحت أكثر تكلفة بشكل متزايد كل عام، فإن العوائد الاقتصادية لإعادة تدوير النفايات الإلكترونية تتزايد أيضًا.

ومع ذلك، فإن القول بأن استخراج هذه المعادن القيمة من النفايات الإلكترونية أسهل من الفعل، كما أن استخدام المواد الكيميائية الكاوية للغاية (بما في ذلك حمض النيتريك وحمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك) يجعل عملية إعادة التدوير خطيرة للغاية. وما يزيد الطين بلة أن الطاقة اللازمة لصهر واستخراج المعادن الثمينة تفرض أيضاً تحديات فيما يتعلق بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. 

يمثل النهج المبتكر الذي اتبعه الباحثون في ETH Zürich، والذي يستفيد من بروتين مصل اللبن من منتجات الجبن الثانوية، قفزة كبيرة نحو إعادة التدوير المستدام للنفايات الإلكترونية. لا تقلل هذه الطريقة من الاعتماد على المواد الكيميائية الخطرة فحسب، بل تعرض أيضًا إمكانية ممارسات الاقتصاد الدائري من خلال إعادة استخدام نفايات صناعة الأغذية لتحقيق فوائد بيئية.

يغوص الشكل 1 في جوهر تحويل النفايات إلى ذهب، بكل معنى الكلمة. هنا، نرى كيف يستخدم الباحثون بذكاء مصل اللبن، وهو منتج ثانوي للجبن، إلى جانب النفايات الإلكترونية لاستخراج الذهب الخالص. إنه عرض رائع للاقتصاد الدائري في العمل، حيث يحول ما نتخلص منه عادة إلى موارد قيمة. يعطينا هذا المخطط نظرة خاطفة على مستقبل إعادة التدوير، حيث تجد كل قطعة من النفايات حياة ثانية.

تتطلب إعادة تدوير النفايات الإلكترونية أيضًا درجة عالية من العمل اليدوي، حيث يجب تنظيم الأجهزة وتجريدها بشكل صحيح. على سبيل المثال، تحتاج المنتجات الإلكترونية إلى إزالة غلافها وأسلاكها وبطارياتها قبل عارية يمكن إلقاء مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في أوعية كيميائية كبيرة.

يؤدي هذا الاستخدام للعمالة اليدوية إلى زيادة تكلفة إعادة التدوير مع تعريض العمال لمستويات خطرة محتملة من المركبات السامة. علاوة على ذلك، نظرًا لأن كميات كبيرة من النفايات الإلكترونية تجد طريقها إلى الدول النامية، نادرًا ما يتم اتباع احتياطات السلامة، مما يؤدي إلى أضرار واسعة النطاق.

يستخدم الباحثون مخلفات الجبن القديمة لاستخراج الذهب

ومن الواضح أن عملية إعادة تدوير النفايات الإلكترونية معقدة ومكلفة، ولكن بالنظر إلى أن المكافآت تشمل كميات كبيرة من الذهب والفضة والنحاس، فإن مثل هذا المشروع يمكن أن يكون مربحا. إذا أمكن جعل هذه العملية أكثر صداقة للبيئة، فإن إعادة تدوير النفايات الإلكترونية ستصبح عملية بديهية. إدراكًا لفوائد إعادة تدوير النفايات الإلكترونية، قام باحثون من EHT Zurich بذلك نشر النتائج التي توصلوا إليها على طريقة مطورة حديثاً لاستخلاص الذهب من النفايات الإلكترونية، والذي يُزعم أنه يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة مع زيادة هامش الربح النهائي بشكل كبير. 

ومن خلال تسليط الضوء على أهمية هذا البحث، فإن قدرة الطريقة على امتصاص الذهب بشكل انتقائي من النفايات الإلكترونية دون الحاجة إلى عمليات كيميائية إضافية تعد بمثابة تغيير جذري في قواعد اللعبة. إنه يجسد كيف يمكن للأبحاث متعددة التخصصات أن تؤدي إلى اختراقات تعالج الاستدامة البيئية واستعادة الموارد.

نهج مبتكر لاستعادة الذهب من النفايات الإلكترونية

ولتحقيق كفاءة استخراج الذهب، تحول الباحثون إلى نفايات الجبن التي تحتوي على بروتينات مصل اللبن. باستخدام تكوين الأميلويد، قام الباحثون بتحويل بروتين مصل اللبن إلى هيكل هوائي يتكون من بنية بروتين مصل اللبن الدقيقة مع فراغات كبيرة. إذا تم التحكم في تكوين الهلام الهوائي بعناية، يصبح من الممكن إنشاء بنية فوقية ذات خصائص امتصاص انتقائية، مما يعني أن بنيتها تحدد العناصر التي ترتبط بها جيدًا. 

يتم بعد ذلك فرز النفايات الإلكترونية الخردة إلى لوحات دوائرها وغمرها في محلول أكوا ريجيا، الذي يذيب معظم المعادن، بما في ذلك الذهب. في هذه المرحلة، ستكون هناك حاجة إلى العديد من دورات الترشيح لفصل الذهب عن المحلول، وهو أمر صعب في حد ذاته ويستهلك الكثير من الطاقة (في حين يتطلب أيضًا عوامل اختزال).

ومع ذلك، إذا تم وضع هيكل بروتين مصل اللبن في المحلول، فإن جزيئات الذهب تشكل رقائق على الهيكل. يسمح هذا الاستخدام للبنية الفوقية باستخراج الذهب دون الحاجة إلى استخدام المزيد من العمليات الكيميائية، وبمجرد أن يمتص هيكل الهلام الهوائي جزيئات الذهب بالكامل، يمكن صهره لتكوين كتلة صلبة من الذهب الخام.

الكتلة الناتجة قادرة على الحصول على درجة نقاء تبلغ حوالي 90 - 91٪، وهي نسبة عالية للغاية بالنظر إلى أن العملية لا تزال في مهدها ولديها مجال كبير للنمو والتحسين. 

ويكشف الشكل 3 عن العجائب المجهرية لاستعادة الذهب من خلال عدسة علم المواد المتقدمة. هنا، نستكشف الرحلة التحويلية لأيونات الذهب، حيث تتقارب في الجسيمات النانوية والتكوينات البلورية، وكل ذلك يتم تسهيله من خلال الاستخدام الرائد لـ aerogels AF. لا يجسد هذا السرد المرئي جوهر الأبحاث المتطورة فحسب، بل يرمز أيضًا إلى قفزة نحو ممارسات إعادة تدوير النفايات الإلكترونية المستدامة، والجمع بين عوالم التكنلوجيا والإشراف البيئي. 

 جزيئات الذهب النانوية وتكوين البلورات من خلال aerogels AF. a) ظهور جسيمات الذهب النانوية على سطح الأيروجيل AF بعد امتصاص مزيج من معدن الذهب بنسبة 10 جزء في المليون. b) توليد بلورات الذهب على ايروجيل AF داخل قارورة زجاجية 4 مل مملوءة بخليط معدني 1000 جزء في المليون. c) لقطات مجهرية بصرية لعينة airgel AF المبينة في (ب). d) تُظهر صور SEM هلامًا هوائيًا للتركيز البؤري التلقائي مزينًا ببلورات ذهبية حديثة التكوين. e) يكشف تحليل XRD عن بنية صفائح الذهب النانوية التي تم تصنيعها عن طريق الامتزاز والتخفيض اللاحق لـ Au3 + على aerogel AF. f) صور AFM للصفائح الصغيرة السداسية الذهبية التي تم إنشاؤها بواسطة AF (مع ملحق داخلي يوضح ملف تعريف الارتفاع عبر اللوحة الدقيقة). g) تصور HAADF-STEM. h) صورة طيف EDS مرمزة بالألوان للجسيم الموضح في (g)، توضح تراكب إشارة Au-Lα وC-Kα. i) صورة مجهرية BF STEM للصفائح الدموية جنبًا إلى جنب مع نمط SAD الخاص بها الذي تم الحصول عليه في وضع حيود الإلكترون، مما يعرض الاتجاه المستوي [111] للصفائح الدموية. 

هذا الاختراق لديه القدرة على تحويل صناعة إعادة تدوير النفايات الإلكترونية من خلال جعل استخراج المعادن الثمينة ليس أكثر ملاءمة للبيئة فحسب، بل أيضًا أكثر فعالية من حيث التكلفة. ومع نضوج التكنولوجيا وتوسيع نطاقها، يمكن أن تقلل بشكل كبير من الحواجز التي تحول دون إعادة تدوير النفايات الإلكترونية، مما يشجع على اعتماد ممارسات إعادة التدوير على نطاق أوسع على مستوى العالم.

هل يمكن لمثل هذه العمليات أن تساعد في معالجة النفايات الإلكترونية؟

وبغض النظر عن الصعوبات التي تواجه إعادة تدوير النفايات الإلكترونية، يجب أن يتم ذلك ببساطة لأنه إن السماح بتراكم النفايات الإلكترونية في مدافن النفايات أمر غير مقبول. إن محاولة إعادة استخدام الأجهزة القديمة لا تعد دائمًا حلاً، مما يعني أنه في مرحلة ما، يجب تقسيم الدوائر إلى موادها الخام ومنحها فرصة جديدة للحياة. 

ولكن إذا أمكن جعل هذه العملية اقتصادية، فلن تساعد فقط في تمويل الأبحاث لإيجاد طرق جديدة لإعادة استخدام الأجهزة الإلكترونية القديمة، ولكنها ستشجع أيضًا المستخدمين على إعادة تدوير أجهزتهم الإلكترونية القديمة. في الواقع، إذا كان من الممكن جعل إعادة تدوير النفايات الإلكترونية مربحة للغاية، فقد يؤدي ذلك إلى قيام المستخدمين بتبادل النفايات الإلكترونية مقابل النقود في خطط إعادة الشراء.

ما أثبته الباحثون هو أنه لا يمكن فقط استخلاص المعادن الثمينة من النفايات الإلكترونية بكفاءة أكبر، ولكن يمكن القيام بذلك باستخدام النفايات الناتجة عن عمليات أخرى. إذا كان من الممكن تحسين العملية التي وصفها الباحثون بشكل أكبر، فمن المرجح جدًا أن تؤدي إلى عصر جديد لإدارة النفايات الإلكترونيةمما يمهد الطريق لمستقبل حيث لم يعد يُنظر إلى النفايات الإلكترونية على أنها عائق، بل كمصدر للنمو الاقتصادي.

علاوة على ذلك، فإن تطبيق تقنيات إعادة التدوير المبتكرة هذه يمكن أن يمهد الطريق لأطر تنظيمية وحوافز جديدة. ويمكن إلهام الحكومات والصناعات للتعاون بشكل أوثق في حلول إدارة النفايات الإلكترونية، ودمج مبادئ الاقتصاد الدائري في جوهر تصميم الإلكترونيات والتخلص منها.

مراجع حسابات

• تحويل النفايات إلى ذهب | ETH زيورخ
• استعادة الذهب من النفايات الإلكترونية بواسطة نفايات الطعام أميلويد إيروجلس – مواد متقدمة – مكتبة وايلي على الإنترنت