Il sottoprodotto del formaggio converte i rifiuti elettronici in oro.
Cose chiave da sapere:
- Il problema globale dei rifiuti elettronici è in aumento, con milioni di tonnellate generate ogni anno, che richiedono soluzioni di riciclaggio innovative.
- I ricercatori hanno sviluppato un metodo innovativo che utilizza le proteine del siero di latte, sottoprodotti del formaggio, per estrarre in modo efficiente l’oro dai rifiuti elettronici.
- Questa nuova tecnica non solo promette di ridurre i danni ambientali, ma anche di migliorare la fattibilità economica del riciclaggio dei rifiuti elettronici.
- Il processo rappresenta un passo significativo verso la gestione sostenibile dei rifiuti elettronici, trasformando potenzialmente l’industria del riciclaggio.
Mentre il problema dei rifiuti elettronici continua a crescere, l’aumento dei costi dei minerali grezzi, la crescente scarsità di elementi cruciali e il crescente danno subito dall’ambiente stanno esercitando pressioni sui governi, sugli ingegneri e sul pubblico mondiale. Riconoscendo le sfide affrontate dai rifiuti elettronici, i ricercatori hanno recentemente dimostrato una potenziale nuova tecnica che utilizza vecchi scarti di formaggio per estrarre l’oro dai dispositivi elettronici in modo più efficiente. Quali sfide introduce il riciclaggio dei rifiuti elettronici, cosa hanno dimostrato i ricercatori e un processo del genere potrebbe aiutare ad affrontare le sfide dei rifiuti elettronici per la prossima generazione?
Quali sfide introduce il riciclaggio dei rifiuti elettronici?
Il ruolo svolto dall’elettronica nella vita di tutti i giorni non può essere sottovalutato; praticamente è alla base di tutto ciò che facciamo, dal pagare le bollette alla ricerca di fonti di intrattenimento. Ma se da un lato l’elettronica continua a svolgere un ruolo sempre più importante nella civiltà, dall’altro introduce tutta una serie di sfide che devono essere affrontate.
Una di queste sfide è l’estremo tasso di cambiamento riscontrato nel settore dell’elettronica, che può rapidamente lasciare molti indietro. Coloro che sono in grado di tenere il passo con le ultime tendenze tecnologiche possono sfruttare appieno le nuove offerte hardware e software, mentre coloro che non sono in grado di farlo vengono spesso lasciati indietro.
Un’altra sfida sono i numerosi problemi di sicurezza e privacy affrontati con l’aggiunta di componenti elettronici ai dispositivi di uso quotidiano. L’inclusione di microfoni, fotocamere e array di sensori nei prodotti, insieme alla connettività Internet, li rendono tutti un potenziale dispositivo di spionaggio e una piattaforma per lanciare attacchi.
L’impatto ambientale dei rifiuti elettronici è profondo e meno del 20% viene adeguatamente riciclato. Ciò non solo porta a una significativa perdita di metalli preziosi e altre risorse, ma contribuisce anche a un grave degrado ambientale e a rischi per la salute dovuti al rilascio di sostanze tossiche negli ecosistemi.
La crescente crisi dell’accumulo di rifiuti elettronici
Tuttavia, rimane soprattutto un problema universale che continua a peggiorare ogni anno che passa: i rifiuti elettronici. In poche parole, tutto i dispositivi elettronici prima o poi si rompono, diventano obsoleti o semplicemente indesiderati e devono essere scartati. Considerando che la maggior parte degli utenti di dispositivi elettronici sono consumatori, gran parte di questi rifiuti elettronici finiscono nei rifiuti, che a loro volta vengono raramente riciclati.
“Non c’è niente di più sostenibile di così!” - Professor Raffaele Mezzenga, riguardante l'utilizzo di un sottoprodotto del formaggio per recuperare l'oro dai rifiuti elettronici.
Comprendere l’entità del problema dei rifiuti elettronici è fondamentale. Secondo il Global E-waste Monitor, solo nel 53.6 il mondo ha generato l’incredibile cifra di 2019 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici, una cifra destinata a crescere in modo esponenziale. Ciò evidenzia l’urgente necessità di metodi di riciclaggio innovativi che non solo riducano i danni ambientali ma recuperino anche risorse preziose in modo efficiente.
A causa dell'elevata quantità di rifiuti elettronici non riciclati, leriempimenti possono diventare rapidamente contaminato da numerose sostanze chimiche e composti compresi piombo, mercurio e arsenico, che possono inquinare l'ambiente locale. Inoltre, se questi rifiuti finiscono in un inceneritore, i composti risultanti vengono espulsi nell'aria, inquinando ulteriormente l'atmosfera.
Il lato positivo: metalli preziosi nei rifiuti elettronici
Una caratteristica salvifica dell’elettronica moderna è che contiene molti metalli preziosi, tra cui oro, argento e rame. Considerando che questi elementi diventano ogni anno sempre più costosi, aumenta anche il ritorno economico del riciclaggio dei rifiuti elettronici.
Tuttavia, estrarre questi preziosi minerali dai rifiuti elettronici è più facile a dirsi che a farsi, e l’uso di sostanze chimiche estremamente caustiche (tra cui acido nitrico, acido solforico e acido cloridrico) rende il processo di riciclaggio pericoloso oltre ogni ragionevolezza. A peggiorare le cose, l’energia necessaria per fondere ed estrarre i metalli preziosi introduce anche sfide per quanto riguarda le emissioni di CO2.
L’approccio innovativo dei ricercatori dell’ETH di Zurigo, che sfrutta le proteine del siero di latte provenienti dai sottoprodotti del formaggio, rappresenta un passo significativo verso il riciclaggio sostenibile dei rifiuti elettronici. Questo metodo non solo riduce la dipendenza da sostanze chimiche pericolose, ma mostra anche il potenziale delle pratiche di economia circolare riutilizzando i rifiuti dell’industria alimentare per benefici ambientali.
La Figura 1 approfondisce il processo di trasformazione dei rifiuti in oro, letteralmente. Qui vediamo come i ricercatori utilizzano abilmente il siero di latte, un sottoprodotto del formaggio, insieme ai rifiuti elettronici per estrarre oro puro. È una brillante dimostrazione dell’economia circolare all’opera, che trasforma ciò che normalmente scarteremmo in risorse preziose. Questo schema ci offre uno sguardo al futuro del riciclaggio, dove ogni frammento di rifiuto trova una seconda vita.
Anche il riciclaggio dei rifiuti elettronici richiede un elevato livello di lavoro manuale, poiché i dispositivi devono essere adeguatamente organizzati e smontati. Ad esempio, i prodotti elettronici devono essere rimossi dall'involucro, dai cavi e dalle batterie prima nudo I PCB possono essere gettati in grandi vasche chimiche.
Questo utilizzo del lavoro manuale aumenta i costi del riciclaggio esponendo i lavoratori a livelli potenzialmente pericolosi di composti tossici. Inoltre, poiché grandi quantità di rifiuti elettronici finiscono nei paesi in via di sviluppo, le precauzioni di sicurezza vengono raramente seguite, con conseguenti danni su larga scala.
I ricercatori utilizzano gli scarti del formaggio vecchio per estrarre l’oro
È chiaro che il processo di riciclaggio dei rifiuti elettronici è complesso e costoso, ma considerando che i premi includono notevoli quantità di oro, argento e rame, un’impresa del genere può essere redditizia. Se questo processo potesse essere reso più rispettoso dell’ambiente, il riciclaggio dei rifiuti elettronici diventerebbe effettivamente un gioco da ragazzi. Riconoscendo i vantaggi del riciclaggio dei rifiuti elettronici, i ricercatori dell'EHT di Zurigo lo hanno fatto pubblicato i loro risultati su un metodo di nuova concezione per l’estrazione dell’oro dai rifiuti elettronici, che è stato affermato ridurre significativamente il consumo di energia aumentando allo stesso tempo sostanzialmente il margine di profitto finale.
Evidenziando l'importanza di questa ricerca, la capacità del metodo di assorbire selettivamente l'oro dai rifiuti elettronici senza la necessità di ulteriori processi chimici rappresenta un punto di svolta. Esemplifica come la ricerca interdisciplinare può portare a scoperte che affrontano sia la sostenibilità ambientale che il recupero delle risorse.
Approccio innovativo al recupero dell'oro dai rifiuti elettronici
Per ottenere un’estrazione dell’oro efficiente, i ricercatori si sono rivolti agli scarti del formaggio che contengono proteine del siero di latte. Utilizzando la formazione dell'amiloide, i ricercatori hanno trasformato le proteine del siero di latte in una struttura di aerogel che consiste in una delicata struttura di proteine del siero di latte con grandi vuoti. Se la formazione dell'aerogel viene controllata attentamente, diventa possibile creare una metastruttura con proprietà di assorbimento selettivo, nel senso che la sua struttura determina a quali elementi si lega bene.
I rottami elettronici vengono quindi smistati nei circuiti stampati e immersi in una soluzione di acqua regia, che dissolve la maggior parte dei metalli, compreso l'oro. A questo punto sarebbero necessari numerosi cicli di filtrazione per separare ulteriormente l’oro dalla soluzione, operazione di per sé difficile e ad alto consumo energetico (richiede anche agenti riducenti).
Tuttavia, se la struttura dell'aerogel delle proteine del siero di latte viene inserita nella soluzione, le particelle d'oro formano scaglie sulla struttura. Questo utilizzo di una metastruttura consente l'estrazione dell'oro senza la necessità di utilizzare ulteriori processi chimici e, una volta che la struttura dell'aerogel ha completamente assorbito le particelle d'oro, può essere fusa per formare una pepita d'oro grezza.
La pepita risultante è in grado di avere una purezza intorno al 90 – 91%, un valore estremamente elevato considerando che il processo è ancora agli inizi e ha ampi margini di crescita e perfezionamento.
La Figura 3 svela le meraviglie microscopiche del recupero dell’oro attraverso la lente della scienza dei materiali avanzata. Qui esploriamo il viaggio di trasformazione degli ioni d'oro, mentre convergono in nanoparticelle e formazioni cristalline, il tutto facilitato dall'uso pionieristico degli aerogel AF. Questa narrazione visiva non solo cattura l'essenza della ricerca all'avanguardia, ma simboleggia anche un salto verso pratiche sostenibili di riciclaggio dei rifiuti elettronici, sposando i regni di la tecnologia e tutela ambientale.
Nanoparticelle d'oro e formazione di cristalli attraverso aerogel AF. a) L'emergere di nanoparticelle d'oro sulla superficie dell'aerogel AF in seguito all'assorbimento di una miscela di metallo oro a 10 ppm. b) La generazione di cristalli d'oro su aerogel AF all'interno di una fiala di vetro da 4 ml riempita con una miscela metallica da 1000 ppm. c) Istantanee al microscopio ottico del campione di aerogel AF raffigurato in (b). d) Immagini SEM che mostrano un aerogel AF ornato con cristalli dorati appena formati. e) Analisi XRD che rivela la struttura delle nanoplacche d'oro sintetizzate tramite l'adsorbimento e la successiva riduzione di Au3+ su aerogel AF. f) Immagini AFM di micropiastre esagonali d'oro create da AF (con un riquadro che descrive in dettaglio il profilo di altezza attraverso la micropiastra). g) La visualizzazione HAADF-STEM. h) Un'immagine dello spettro EDS codificata a colori della particella mostrata in (g), che illustra la sovrapposizione del segnale Au-Lα e C-Kα. i) Una micrografia BF STEM di una piastrina Au accanto al suo pattern SAD ottenuto in modalità di diffrazione elettronica, che mostra l'orientamento del piano [111] della piastrina.
Questa svolta ha il potenziale per trasformare l’industria del riciclaggio dei rifiuti elettronici rendendo l’estrazione di metalli preziosi non solo più rispettosa dell’ambiente ma anche più economica. Man mano che la tecnologia matura e si espande, potrebbe ridurre in modo significativo le barriere al riciclaggio dei rifiuti elettronici, incoraggiando un’adozione più diffusa delle pratiche di riciclaggio a livello globale.
Tali processi potrebbero aiutare a contrastare i rifiuti elettronici?
Indipendentemente dalle difficoltà incontrate dal riciclaggio dei rifiuti elettronici, deve essere fatto semplicemente perché consentire l’accumulo di rifiuti elettronici nelle discariche non è accettabile. Cercare di riutilizzare il vecchio hardware non è sempre una soluzione, il che significa che, a un certo punto, i circuiti devono essere scomposti nelle loro materie prime e dare una nuova prospettiva di vita.
Ma se questo processo può essere reso economico, non solo aiuterà a finanziare la ricerca per trovare nuovi modi per riutilizzare i vecchi dispositivi elettronici, ma incoraggerà anche gli utenti a riciclare i loro vecchi dispositivi elettronici. In effetti, se il riciclaggio dei rifiuti elettronici potesse essere reso altamente redditizio, gli utenti potrebbero scambiare i rifiuti elettronici con denaro contante in programmi di riacquisto.
Ciò che i ricercatori hanno dimostrato è che non solo è possibile estrarre metalli preziosi dai rifiuti elettronici in modo più efficiente, ma è possibile farlo anche utilizzando i rifiuti di altri processi. Se il processo descritto dai ricercatori potrà essere ulteriormente perfezionato, molto probabilmente porterà a a nuova era della gestione dei rifiuti elettronici, aprendo la strada a un futuro in cui i rifiuti elettronici non saranno più visti come un ostacolo, ma come una fonte di crescita economica.
Inoltre, l’applicazione di tali tecniche di riciclaggio innovative potrebbe aprire la strada a nuovi quadri normativi e incentivi. I governi e le industrie potrebbero essere ispirati a collaborare più strettamente sulle soluzioni di gestione dei rifiuti elettronici, integrando i principi dell’economia circolare al centro della progettazione e dello smaltimento dei componenti elettronici.
Riferimenti
- Trasformare i rifiuti in oro | Politecnico federale di Zurigo
- Recupero dell'oro dai rifiuti elettronici mediante aerogel di amiloide dei rifiuti alimentari – Materiali avanzati – Libreria online Wiley