הפיכת פסולת אלקטרונית לזהב: התפקיד המפתיע של תוצרי לוואי של גבינה

דברים עיקריים שכדאי לדעת:

• בעיית הפסולת האלקטרונית העולמית הולכת ומסלימה, כשמיליוני טונות מטריות נוצרות מדי שנה, המחייבות פתרונות מיחזור חדשניים.
• חוקרים פיתחו שיטה פורצת דרך באמצעות חלבון מי גבינה תוצר לוואי של גבינה כדי להפיק זהב ביעילות מפסולת אלקטרונית.
• טכניקה חדשה זו לא רק מבטיחה להפחית את הנזק הסביבתי אלא גם לשפר את הכדאיות הכלכלית של מיחזור פסולת אלקטרונית.
• התהליך מייצג צעד משמעותי לקראת ניהול פסולת אלקטרונית בר-קיימא, שעלול לשנות את תעשיית המיחזור.

ככל שבעיית הפסולת האלקטרונית ממשיכה לגדול, העלויות העולות של מינרלים גולמיים, המחסור הגובר באלמנטים מכריעים והנזק ההולך וגדל של הסביבה מפעילים לחץ על ממשלות העולם, המהנדסים והציבור כאחד. מתוך הכרה באתגרים העומדים בפני פסולת אלקטרונית, חוקרים הדגימו לאחרונה טכניקה חדשה פוטנציאלית המשתמשת בפסולת גבינה ישנה כדי להפיק זהב מאלקטרוניקה בצורה יעילה יותר. אילו אתגרים מציג מיחזור פסולת אלקטרונית, מה הוכיחו החוקרים, והאם תהליך כזה יכול לעזור להתמודד עם אתגרי הפסולת האלקטרונית עבור הדור הבא?

אילו אתגרים מציג מיחזור פסולת אלקטרונית?

לא ניתן להמעיט בתפקיד האלקטרוניקה בחיי היומיום; זה למעשה מהווה בסיס לכל מה שאנחנו עושים, מתשלום חשבונות ועד מציאת מקורות בידור. אבל בעוד האלקטרוניקה ממשיכה למלא תפקיד חשוב יותר ויותר בציוויליזציה, היא מציגה מגוון שלם של אתגרים שיש לטפל בהם. 

אתגר אחד כזה הוא קצב השינויים הקיצוני שנמצא בתעשיית האלקטרוניקה, שיכול להשאיר רבים מאחור במהירות. אלה שמסוגלים להתעדכן בטרנדים הטכנולוגיים העדכניים ביותר יכולים לנצל את מלוא היתרונות של הצעות חומרה ותוכנה חדשות, בעוד אלו שאינם מסוגלים לעשות זאת נותרים לרוב מאחור.

אתגר נוסף הוא בעיות האבטחה והפרטיות הרבות העומדות בפני הוספת אלקטרוניקה למכשירים יומיומיים. הכללת מיקרופונים, מצלמות ומערכים של חיישנים במוצרים, יחד עם קישוריות לאינטרנט, הופכים את כולם למכשיר ריגול פוטנציאלי וגם לפלטפורמה להפעלת התקפות. 

ההשפעה הסביבתית של פסולת אלקטרונית היא עמוקה, כאשר פחות מ-20% ממוחזרים כראוי. זה לא רק מוביל לאובדן משמעותי של מתכות יקרות ומשאבים אחרים אלא גם תורם להתדרדרות סביבתית חמורה וסיכונים בריאותיים עקב שחרור חומרים רעילים למערכות אקולוגיות.

המשבר ההולך וגובר של הצטברות פסולת אלקטרונית

עם זאת, נושא אוניברסלי אחד שממשיך להחמיר עם כל שנה שחולפת נשאר מעל הכל: פסולת אלקטרונית. במילים פשוטות, הכל מכשירים אלקטרוניים מתקלקלים בסופו של דבר, הופכים מיושנים, או פשוט לא רצויים, ויש לזרוק אותם. בהתחשב בכך שרוב משתמשי המכשירים האלקטרוניים הם צרכנים, חלק ניכר מהפסולת האלקטרונית הזו מוצא את עצמו בפח, שבעצמו ממוחזר רק לעתים רחוקות. 

 "אי אפשר להיות הרבה יותר בר-קיימא מזה!" - פרופסור רפאלה מצנגה, לגבי השימוש בתוצר לוואי של גבינה להשבת זהב מפסולת אלקטרונית. 

הבנת גודל בעיית הפסולת האלקטרונית היא חיונית. לפי ה-Global E-waste Monitor, העולם ייצר 53.6 מיליון טונות מטריות של פסולת אלקטרונית ב-2019 לבדה, נתון שצפוי לגדול באופן אקספוננציאלי. זה מדגיש את הצורך הדחוף בשיטות מיחזור חדשניות שלא רק מפחיתות את הנזק הסביבתי אלא גם מחזירות משאבים יקרי ערך ביעילות.

בגלל הכמות הגבוהה של פסולת אלקטרונית שאינה ממוחשבת, lומילוי יכול להפוך במהירות מזוהם בהרבה כימיקלים ותרכובות כולל עופרת, כספית וארסן, כולם יכולים לזהם את הסביבה המקומית. יתר על כן, אם פסולת זו מוצאת את דרכה למשרפה, אזי התרכובות המתקבלות נפלטים לאוויר, מה שמזהם עוד יותר את האטמוספרה.

בטנת הכסף: מתכות יקרות בפסולת אלקטרונית

אחד החן המציל של האלקטרוניקה המודרנית הוא שהם מכילים הרבה מתכות יקרות, כולל זהב, כסף ונחושת. בהתחשב בכך שאלמנטים אלה הולכים ונעשים יקרים יותר מדי שנה, התשואה הכלכלית על מיחזור פסולת אלקטרונית עולה גם היא.

עם זאת, הפקת מינרלים יקרי ערך אלו מפסולת אלקטרונית היא קלה יותר לומר מאשר לעשות, והשימוש בכימיקלים קאוסטיים במיוחד (כולל חומצה חנקתית, חומצה גופרתית וחומצה הידרוכלורית) הופך את תהליך המיחזור למסוכן מעבר להגיון. מה שהופך את המצב לגרוע יותר, האנרגיה הדרושה כדי להתמוסס ולהפיק את המתכות היקרות גם מציגה אתגרים בכל הקשור לפליטת CO2. 

הגישה החדשנית של חוקרי ETH ציריך, הממנפת חלבון מי גבינה מתוצרי לוואי של גבינה, מייצגת קפיצת מדרגה משמעותית לקראת מיחזור פסולת אלקטרונית בר-קיימא. שיטה זו לא רק מפחיתה את ההסתמכות על כימיקלים מסוכנים, אלא גם מציגה את הפוטנציאל לשיטות כלכלה מעגלית על ידי שימוש מחדש בפסולת תעשיית המזון לטובת יתרונות סביבתיים.

איור 1 צולל ללב הפיכת פסולת לזהב, פשוטו כמשמעו. כאן אנו רואים כיצד חוקרים משתמשים בחוכמה במי גבינה, תוצר לוואי של גבינה, לצד פסולת אלקטרונית כדי להפיק זהב טהור. זהו חלון ראווה מבריק של כלכלה מעגלית בעבודה, שהופך את מה שבדרך כלל היינו זורקים למשאבים יקרי ערך. הסכימה הזו נותנת לנו הצצה לעתיד המיחזור, שבו כל פיסת פסולת מוצאת חיים שניים.

מיחזור פסולת אלקטרונית דורש גם רמה גבוהה של עבודת כפיים, שכן יש לארגן ולהפשיט מכשירים כראוי. לדוגמה, מוצרים אלקטרוניים צריכים להסיר את המעטפת, החוטים והסוללות שלהם לפני חשוף ניתן לזרוק PCB למיכלי כימיקלים גדולים.

שימוש זה בעבודת כפיים מגדיל את עלות המיחזור תוך חשיפת עובדים לרמות שעלולות להיות מסוכנות של תרכובות רעילות. יתר על כן, מכיוון שכמויות גדולות של פסולת אלקטרונית מוצאות את דרכן למדינות מתפתחות, אמצעי זהירות בטיחותיים מבוצעים רק לעתים רחוקות, וכתוצאה מכך נזק בקנה מידה גדול.

חוקרים משתמשים בפסולת גבינה ישנה כדי להפיק זהב

ברור שתהליך המיחזור של פסולת אלקטרונית הוא מורכב ויקר, אך בהתחשב בכך שהתגמולים כוללים כמויות נכבדות של זהב, כסף ונחושת, מיזם כזה יכול להיות רווחי. אם ניתן היה להפוך את התהליך הזה לידידותי יותר לסביבה, אז מיחזור פסולת אלקטרונית היה למעשה הופך לפשוטה. חוקרים מ-EHT Zurich מכירים ביתרונות של מיחזור פסולת אלקטרונית פרסמו את ממצאיהם על שיטה חדשה שפותחה להפקת זהב מפסולת אלקטרונית, שנטען כי הוא מפחית באופן משמעותי את צריכת האנרגיה תוך הגדלת שולי הרווח הסופי באופן מהותי. 

בהדגשת המשמעות של מחקר זה, היכולת של השיטה לספוג זהב באופן סלקטיבי מפסולת אלקטרונית ללא צורך בתהליכים כימיים נוספים היא משנה משחק. הוא מדגים כיצד מחקר בין-תחומי יכול להוביל לפריצות דרך המתייחסות הן לקיימות סביבתית והן לשחזור משאבים.

גישה חדשנית לשחזור זהב מפסולת אלקטרונית

כדי להשיג מיצוי זהב יעיל, פנו החוקרים לפסולת גבינה המכילה חלבוני מי גבינה. באמצעות יצירת עמילואיד, החוקרים הפכו את חלבון מי גבינה למבנה איירגל המורכב ממבנה חלבון מי גבינה עדין עם חללים גדולים. אם היווצרות האירוג'ל נשלטת בקפידה, אפשר ליצור מטא-מבנה בעל תכונות ספיגה סלקטיביות, כלומר המבנה שלו קובע לאילו אלמנטים הוא נקשר היטב. 

לאחר מכן ממוינים פסולת אלקטרונית של גרוטאות למעגלים שלה ומושקעים בתמיסת Aqua regia, הממיסה את רוב המתכות, כולל זהב. בשלב זה, יהיה צורך במחזורי סינון רבים כדי להפריד עוד יותר את הזהב מהתמיסה, שהיא בעצמה קשה ועתירת אנרגיה (תוך כדי צורך גם בחומרים מפחיתים).

עם זאת, אם מניחים את מבנה האיירגל של חלבון מי גבינה לתוך התמיסה, חלקיקי זהב יוצרים פתיתים על המבנה. שימוש זה במטא-מבנה מאפשר מיצוי זהב ללא צורך בשימוש בתהליכים כימיים נוספים, ולאחר שמבנה האיירגל ספג במלואו את חלקיקי הזהב, ניתן להמיס אותו ליצירת גוש זהב גולמי.

הגוש המתקבל מסוגל לקבל טוהר של בסביבות 90 - 91%, וזה גבוה במיוחד בהתחשב בכך שהתהליך עדיין בחיתוליו ויש לו הרבה מקום לצמיחה ועידון. 

איור 3 חושף את הנפלאות המיקרוסקופיות של שחזור זהב מבעד לעדשת מדעי החומרים המתקדמים. כאן, אנו חוקרים את המסע הטרנספורמטיבי של יוני זהב, כשהם מתכנסים לננו-חלקיקים ותצורות גבישיות, והכל בהקלה על ידי השימוש החלוצי באירוגלים AF. נרטיב חזותי זה לא רק לוכד את המהות של מחקר חדשני, אלא גם מסמל קפיצת מדרגה לעבר שיטות מיחזור של פסולת אלקטרונית בר-קיימא, תוך נישואין למחוזות של טֶכנוֹלוֹגִיָה וניהול סביבתי. 

 ננו-חלקיקי זהב ויצירת גבישים באמצעות Aerogels AF. a) הופעת ננו-חלקיקי זהב על פני השטח של ה-AF Aerogel בעקבות ספיגת תערובת מתכת זהב של 10 ppm. b) יצירת גבישי זהב על AF airgel בתוך בקבוקון זכוכית של 4 מ"ל מלא בתערובת מתכת של 1000 ppm. c) צילומי מיקרוסקופיה אופטית של דגימת ה-AF airgel המתוארת ב-(ב). d) תמונות SEM המציגות איירג'ל AF מעוטר בגבישי זהב טריים. e) ניתוח XRD חושף את המבנה של ננו-לוחיות זהב המסונתז באמצעות ספיחה והפחתה של Au3+ לאחר מכן ב-AF aerogel. f) תמונות AFM של מיקרו-לוחיות משושה זהב שנוצרו על-ידי AF (עם שיבוץ המפרט את פרופיל הגובה על פני המיקרו-לוח). g) הדמיית HAADF–STEM. h) תמונת ספקטרום EDS מקודדת צבע של החלקיק המוצג ב-(g), הממחישה את שכבת האות Au-Lα ו-C-Kα. i) מיקרוסקופ BF STEM של טסיות Au לצד דפוס ה-SAD שלה שהושג במצב עקיפה אלקטרונים, המציג את כיוון המישור [111] של הטסיות. 

לפריצת דרך זו יש פוטנציאל לשנות את תעשיית מיחזור הפסולת האלקטרונית על ידי הפיכת הפקת מתכות יקרות לא רק לידידותית יותר לסביבה אלא גם לחסכונית יותר. ככל שהטכנולוגיה מתבגרת ומתרחבת, היא עלולה להוריד משמעותית את החסמים למיחזור פסולת אלקטרונית, ולעודד אימוץ נרחב יותר של שיטות מיחזור ברחבי העולם.

האם תהליכים כאלה יכולים לעזור בהתמודדות עם פסולת אלקטרונית?

ללא קשר לקשיים העומדים בפני מיחזור פסולת אלקטרונית, זה צריך להיעשות פשוט כי לא מקובל לאפשר לפסולת אלקטרונית להצטבר במזבלות. ניסיון לעשות שימוש חוזר בחומרה ישנה הוא לא תמיד פתרון, כלומר, בשלב מסוים, צריך לפרק מעגלים לחומרי הגלם שלהם ולתת להם חיים חדשים. 

אבל אם ניתן להפוך את התהליך הזה לחסכוני, לא רק שהוא יעזור לממן מחקרים למציאת דרכים חדשות לשימוש חוזר באלקטרוניקה ישנה, ​​אלא שהוא גם יעודד משתמשים למחזר את האלקטרוניקה הישנה שלהם. למעשה, אם ניתן להפוך את מיחזור הפסולת האלקטרונית לרווחית ביותר, ייתכן שהמשתמשים מחליפים פסולת אלקטרונית במזומן במסגרת תוכניות רכישה חוזרות.

מה שהחוקרים הוכיחו הוא שלא רק שניתן להפיק מתכות יקרות ערך מפסולת אלקטרונית בצורה יעילה יותר, אלא שניתן לעשות זאת באמצעות פסולת מתהליכים אחרים. אם התהליך המתואר על ידי החוקרים יכול להיות משוכלל עוד יותר, סביר להניח שזה יוביל ל- עידן חדש של ניהול פסולת אלקטרונית, סוללת את הדרך לעתיד שבו הפסולת האלקטרונית כבר לא נתפסת כמכשול, אלא כמקור לצמיחה כלכלית.

יתרה מכך, היישום של טכניקות מיחזור חדשניות כאלה עשוי לסלול את הדרך למסגרות רגולטוריות ותמריצים חדשים. ממשלות ותעשיות יכולות לקבל השראה לשתף פעולה הדוק יותר בפתרונות ניהול פסולת אלקטרונית, תוך שילוב עקרונות כלכלה מעגלית בליבת התכנון והסילוק של אלקטרוניקה.

הפניות

• הפיכת פסולת לזהב | ETH ציריך
• שחזור זהב מפסולת אלקטרונית על ידי עמילואיד ארוג'לים של פסולת מזון - חומרים מתקדמים - ספריית ווילי מקוונת