Elektroschrott in Gold verwandeln: Die überraschende Rolle von Käsenebenprodukten

Wichtige Dinge, die Sie wissen sollten:

• Das weltweite Problem des Elektroschrotts nimmt zu, da jedes Jahr Millionen Tonnen anfallen und innovative Recyclinglösungen erforderlich sind.
• Forscher haben eine bahnbrechende Methode entwickelt, bei der das Käsenebenprodukt Molkenprotein genutzt wird, um effizient Gold aus Elektroschrott zu extrahieren.
• Diese neue Technik verspricht nicht nur eine Verringerung der Umweltbelastung, sondern auch eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Recyclings von Elektroschrott.
• Der Prozess stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung einer nachhaltigen Elektroschrottbewirtschaftung dar und könnte möglicherweise die Recyclingindustrie verändern.

Während das Problem des Elektroschrotts weiter zunimmt, üben steigende Kosten für Rohmineralien, die zunehmende Knappheit wichtiger Elemente und die zunehmenden Umweltschäden Druck auf Regierungen, Ingenieure und die Öffentlichkeit auf der ganzen Welt aus. Forscher haben die Herausforderungen erkannt, mit denen Elektroschrott konfrontiert ist, und haben kürzlich eine potenzielle neue Technik demonstriert, die alte Käseabfälle nutzt, um Gold effizienter aus Elektronikgeräten zu gewinnen. Welche Herausforderungen bringt das Recycling von Elektroschrott mit sich, was haben die Forscher gezeigt und könnte ein solcher Prozess dazu beitragen, die Herausforderungen des Elektroschrotts für die nächste Generation zu bewältigen?

Welche Herausforderungen bringt das Recycling von Elektroschrott mit sich?

Die Rolle, die Elektronik im Alltag spielt, kann nicht unterschätzt werden; Es liegt praktisch allem zugrunde, was wir tun, von der Bezahlung von Rechnungen bis zur Suche nach Unterhaltungsquellen. Doch während die Elektronik weiterhin eine immer wichtigere Rolle in der Zivilisation spielt, bringt sie eine ganze Reihe von Herausforderungen mit sich, die angegangen werden müssen. 

Eine dieser Herausforderungen ist die extreme Veränderungsgeschwindigkeit in der Elektronikindustrie, die viele schnell zurücklassen kann. Wer in der Lage ist, mit den neuesten Technologietrends Schritt zu halten, kann die Vorteile neuer Hardware- und Softwareangebote voll ausschöpfen, während diejenigen, die dazu nicht in der Lage sind, oft auf der Strecke bleiben.

Eine weitere Herausforderung sind die zahlreichen Sicherheits- und Datenschutzprobleme, die beim Einbau von Elektronik in alltägliche Geräte auftreten. Die Integration von Mikrofonen, Kameras und Sensoranordnungen in Produkte sowie die Internetkonnektivität machen sie alle zu einem potenziellen Spionagegerät und einer Plattform für Angriffe. 

Die Auswirkungen von Elektroschrott auf die Umwelt sind erheblich: Weniger als 20 % werden ordnungsgemäß recycelt. Dies führt nicht nur zu einem erheblichen Verlust an Edelmetallen und anderen Ressourcen, sondern trägt auch zu schwerwiegenden Umweltschäden und Gesundheitsrisiken durch die Freisetzung giftiger Substanzen in Ökosysteme bei.

Die wachsende Krise der Elektroschrott-Ansammlung

Vor allem aber bleibt ein universelles Problem bestehen, das sich von Jahr zu Jahr verschärft: Elektroschrott. Einfach ausgedrückt, alle Elektronische Geräte gehen irgendwann kaputt, veraltet oder einfach unerwünscht und müssen entsorgt werden. Wenn man bedenkt, dass die meisten Benutzer elektronischer Geräte Verbraucher sind, landet ein Großteil dieses Elektroschrotts im Mülleimer, der selbst selten recycelt wird. 

 „Viel nachhaltiger geht es nicht!“ - Professor Raffaele Mezzenga, bezüglich der Verwendung eines Käsenebenprodukts zur Rückgewinnung von Gold aus Elektroschrott. 

Es ist von entscheidender Bedeutung, das Ausmaß des Elektroschrottproblems zu verstehen. Laut dem Global E-waste Monitor erzeugte die Welt allein im Jahr 53.6 unglaubliche 2019 Millionen Tonnen Elektroschrott, eine Zahl, die voraussichtlich exponentiell wachsen wird. Dies unterstreicht den dringenden Bedarf an innovativen Recyclingmethoden, die nicht nur Umweltschäden mindern, sondern auch wertvolle Ressourcen effizient zurückgewinnen.

Aufgrund der großen Menge an Elektroschrott, der nicht recycelt wird, lundfills können schnell werden mit zahlreichen Chemikalien und Verbindungen verunreinigt einschließlich Blei, Quecksilber und Arsen, die alle die lokale Umwelt verschmutzen können. Wenn dieser Abfall außerdem in eine Verbrennungsanlage gelangt, werden die entstehenden Verbindungen in die Luft geschleudert, was die Atmosphäre zusätzlich verschmutzt.

Der Silberstreif am Horizont: Wertvolle Metalle im Elektroschrott

Ein Vorteil moderner Elektronik besteht darin, dass sie viele Edelmetalle enthält, darunter Gold, Silber und Kupfer. Wenn man bedenkt, dass diese Elemente von Jahr zu Jahr teurer werden, steigen auch die wirtschaftlichen Erträge aus dem Recycling von Elektroschrott.

Allerdings ist die Gewinnung dieser wertvollen Mineralien aus Elektroschrott leichter gesagt als getan, und die Verwendung extrem ätzender Chemikalien (einschließlich Salpetersäure, Schwefelsäure und Salzsäure) macht den Recyclingprozess über alle Maßen gefährlich. Erschwerend kommt hinzu, dass die Energie, die zum Einschmelzen und Gewinnen der Edelmetalle benötigt wird, auch Herausforderungen hinsichtlich der CO2-Emissionen mit sich bringt. 

Der innovative Ansatz der ETH-Forscher, Molkenprotein aus Käsenebenprodukten zu nutzen, stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung nachhaltiges Elektroschrott-Recycling dar. Diese Methode reduziert nicht nur die Abhängigkeit von gefährlichen Chemikalien, sondern zeigt auch das Potenzial für Kreislaufwirtschaftspraktiken durch die Wiederverwendung von Abfällen aus der Lebensmittelindustrie zum Nutzen der Umwelt auf.

Abbildung 1 taucht im wahrsten Sinne des Wortes in den Kern der Umwandlung von Abfall in Gold ein. Hier sehen wir, wie Forscher Molke, ein Nebenprodukt von Käse, geschickt zusammen mit Elektroschrott nutzen, um reines Gold zu gewinnen. Es ist ein brillantes Beispiel dafür, wie die Kreislaufwirtschaft funktioniert und das, was wir normalerweise wegwerfen würden, in wertvolle Ressourcen verwandelt. Dieses Schema gibt uns einen Einblick in die Zukunft des Recyclings, in der jeder Abfall ein zweites Leben findet.

Auch das Recycling von Elektroschrott erfordert ein hohes Maß an Handarbeit, da die Geräte ordnungsgemäß organisiert und zerlegt werden müssen. Beispielsweise müssen bei E-Produkten Gehäuse, Kabel und Batterien entfernt werden vor nackt PCBs können in große Chemikalienbehälter geworfen werden.

Dieser Einsatz von Handarbeit erhöht die Recyclingkosten und setzt die Arbeiter gleichzeitig potenziell gefährlichen Mengen toxischer Verbindungen aus. Da außerdem große Mengen Elektroschrott in Entwicklungsländer gelangen, werden Sicherheitsvorkehrungen selten befolgt, was zu großen Schäden führt.

Forscher nutzen alte Käseabfälle, um Gold zu gewinnen

Es ist klar, dass der Recyclingprozess für Elektroschrott komplex und teuer ist, aber wenn man bedenkt, dass dabei beträchtliche Mengen an Gold, Silber und Kupfer anfallen, kann ein solches Unterfangen profitabel sein. Wenn dieser Prozess umweltfreundlicher gestaltet werden könnte, wäre das Recycling von Elektroschrott praktisch eine Selbstverständlichkeit. Forscher des EHT Zürich haben die Vorteile des Elektroschrott-Recyclings erkannt veröffentlichten ihre Ergebnisse an einer neu entwickelten Methode zur Gewinnung von Gold aus Elektroschrott, von dem behauptet wird, dass es den Energieverbrauch erheblich senkt und gleichzeitig die endgültige Gewinnspanne erheblich erhöht. 

Die Bedeutung dieser Forschung wird dadurch unterstrichen, dass die Fähigkeit der Methode, Gold selektiv aus Elektroschrott zu absorbieren, ohne dass zusätzliche chemische Prozesse erforderlich sind, bahnbrechend ist. Es veranschaulicht, wie interdisziplinäre Forschung zu Durchbrüchen führen kann, die sich sowohl mit der ökologischen Nachhaltigkeit als auch mit der Ressourcenrückgewinnung befassen.

Innovativer Ansatz zur Goldrückgewinnung aus Elektroschrott

Um eine effiziente Goldgewinnung zu erreichen, griffen die Forscher auf Käseabfälle zurück, die Molkenproteine ​​enthalten. Mithilfe der Amyloidbildung verwandelten die Forscher das Molkenprotein in eine Aerogelstruktur, die aus einer empfindlichen Molkenproteinstruktur mit großen Hohlräumen besteht. Wenn die Bildung des Aerogels sorgfältig kontrolliert wird, ist es möglich, eine Metastruktur mit selektiven Absorptionseigenschaften zu erzeugen, was bedeutet, dass ihre Struktur bestimmt, an welche Elemente es sich gut bindet. 

Anschließend wird der Elektroschrott nach seinen Platinen sortiert und in eine Königswasserlösung getaucht, die die meisten Metalle, einschließlich Gold, auflöst. An diesem Punkt wären zahlreiche Filtrationszyklen erforderlich, um das Gold weiter von der Lösung zu trennen, was an sich schwierig und energieintensiv ist (und gleichzeitig Reduktionsmittel erfordert).

Wenn jedoch die Molkenprotein-Aerogelstruktur in die Lösung gegeben wird, bilden Goldpartikel Flocken auf der Struktur. Diese Verwendung einer Metastruktur ermöglicht die Goldgewinnung ohne den Einsatz weiterer chemischer Prozesse. Sobald die Aerogelstruktur die Goldpartikel vollständig absorbiert hat, kann sie eingeschmolzen werden, um ein rohes Goldnugget zu bilden.

Das resultierende Nugget kann eine Reinheit von etwa 90 – 91 % aufweisen, was extrem hoch ist, wenn man bedenkt, dass das Verfahren noch in den Kinderschuhen steckt und viel Raum für Wachstum und Verfeinerung bietet. 

Abbildung 3 enthüllt die mikroskopischen Wunder der Goldgewinnung durch die Linse fortschrittlicher Materialwissenschaften. Hier erforschen wir die transformative Reise von Goldionen, während sie zu Nanopartikeln und kristallinen Formationen zusammenlaufen, was alles durch den bahnbrechenden Einsatz von AF-Aerogelen erleichtert wird. Diese visuelle Erzählung fängt nicht nur das Wesentliche der Spitzenforschung ein, sondern symbolisiert auch einen Sprung in Richtung nachhaltiger Recyclingpraktiken für Elektroschrott und verbindet die Bereiche von Technologie und Umweltschutz. 

 Goldnanopartikel und Kristallbildung durch AF-Aerogele. a) Das Auftauchen von Goldnanopartikeln auf der Oberfläche des AF-Aerogels nach der Absorption einer 10 ppm Goldmetallmischung. b) Die Erzeugung von Goldkristallen auf AF-Aerogel in einem 4-ml-Glasfläschchen, das mit einer 1000-ppm-Metallmischung gefüllt ist. c) Lichtmikroskopische Schnappschüsse der in (b) dargestellten AF-Aerogelprobe. d) REM-Bilder zeigen ein AF-Aerogel, das mit frisch gebildeten Goldkristallen verziert ist. e) XRD-Analyse enthüllt die Struktur von Goldnanoplättchen, die durch Adsorption und anschließende Reduktion von Au3+ auf AF-Aerogel synthetisiert wurden. f) AFM-Bilder von goldenen sechseckigen Mikrotiterplatten, erstellt von AF (mit einem Einschub, der das Höhenprofil über die Mikrotiterplatte detailliert darstellt). g) Die HAADF-STEM-Visualisierung. h) Ein farbcodiertes EDS-Spektrumbild des in (g) gezeigten Partikels, das die Au-Lα- und C-Kα-Signalüberlagerung veranschaulicht. i) Eine BF-STEM-Aufnahme eines Au-Plättchens neben seinem im Elektronenbeugungsmodus erhaltenen SAD-Muster, das die [111]-Ebenenorientierung des Plättchens zeigt. 

Dieser Durchbruch hat das Potenzial, die Elektroschrott-Recyclingbranche zu verändern, indem er die Gewinnung von Edelmetallen nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch kostengünstiger macht. Wenn die Technologie ausgereifter und skalierbarer wird, könnte sie die Hürden für das Recycling von Elektroschrott erheblich senken und so zu einer weltweiten Verbreitung von Recyclingpraktiken führen.

Könnten solche Prozesse bei der Bekämpfung von Elektroschrott helfen?

Ungeachtet der Schwierigkeiten beim Recycling von Elektroschrott, es muss einfach deshalb getan werden Es ist nicht akzeptabel, zuzulassen, dass sich Elektroschrott auf Mülldeponien ansammelt. Der Versuch, alte Hardware wiederzuverwenden, ist nicht immer eine Lösung, was bedeutet, dass Schaltkreise irgendwann in ihre Rohmaterialien zerlegt und zu neuem Leben erweckt werden müssen. 

Aber wenn dieses Verfahren wirtschaftlich gestaltet werden kann, wird es nicht nur dazu beitragen, die Forschung zu finanzieren, um neue Wege zur Wiederverwendung alter Elektronikgeräte zu finden, sondern es wird auch Benutzer dazu ermutigen, ihre alten Elektronikgeräte zu recyceln. Wenn das Recycling von Elektroschrott hochprofitabel gestaltet werden kann, könnte es sogar dazu kommen, dass Benutzer Elektroschrott in Rückkaufprogrammen gegen Bargeld eintauschen.

Die Forscher haben gezeigt, dass wertvolle Metalle nicht nur effizienter aus Elektroschrott gewonnen werden können, sondern dass auch Abfälle aus anderen Prozessen genutzt werden können. Wenn der von den Forschern beschriebene Prozess weiter verfeinert werden kann, wird er sehr wahrscheinlich zu einem führen Neue Ära der Elektroschrott-VersorgungDies ebnet den Weg in eine Zukunft, in der Elektroschrott nicht länger als Hindernis, sondern als Quelle des Wirtschaftswachstums angesehen wird.

Darüber hinaus könnte die Anwendung solcher innovativen Recyclingtechniken den Weg für neue regulatorische Rahmenbedingungen und Anreize ebnen. Regierungen und Industrien könnten zu einer engeren Zusammenarbeit bei Lösungen für die Entsorgung von Elektroschrott angeregt werden und die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft in den Kern des Elektronikdesigns und der Elektronikintegration integrieren.

Bibliographie

• Aus Abfall Gold machen | ETH Zürich
• Goldrückgewinnung aus Elektroschrott durch Amyloid-Aerogele aus Lebensmittelabfällen – Advanced Materials – Wiley Online Library