チーズの副産物は電子廃棄物を金に変えます。
知っておくべき重要事項:
- 世界的な電子廃棄物問題は深刻化しており、年間数百万トンが発生しており、革新的なリサイクル ソリューションが必要となっています。
- 研究者は、電子廃棄物から金を効率的に抽出するために、チーズの副産物であるホエイプロテインを使用する画期的な方法を開発しました。
- この新しい技術は、環境への被害を軽減するだけでなく、電子廃棄物リサイクルの経済的実行可能性も向上させることを約束します。
- このプロセスは、持続可能な電子機器廃棄物管理に向けた重要な一歩であり、リサイクル業界を変革する可能性があります。
電子廃棄物問題が拡大し続ける中、原料鉱物の価格の上昇、重要な元素の希少性の増大、環境が直面する被害の拡大が、世界政府、技術者、一般大衆に同様に圧力をかけています。電子廃棄物が直面する課題を認識し、研究者らは最近、古いチーズ廃棄物を使用して電子機器から金をより効率的に抽出する潜在的な新技術を実証しました。電子機器廃棄物のリサイクルはどのような課題を引き起こすのか、研究者たちは何を実証したのか、そしてそのようなプロセスは次世代の電子機器廃棄物の課題に取り組むのに役立つでしょうか?
電子機器廃棄物のリサイクルにはどのような課題が生じますか?
日常生活においてエレクトロニクスが果たす役割を過小評価することはできません。請求書の支払いから娯楽源の検索まで、私たちが行うすべてのことを事実上支えています。しかし、エレクトロニクスは文明においてますます重要な役割を果たし続ける一方で、対処する必要のあるあらゆる範囲の課題をもたらします。
そのような課題の 1 つは、エレクトロニクス業界で見られる極端な変化の速さであり、多くの企業がすぐに取り残されてしまう可能性があります。最新の技術トレンドに追いつくことができる人は、新しいハードウェアとソフトウェアの製品を最大限に活用できますが、それができない人は取り残されることがよくあります。
もう 1 つの課題は、日常のデバイスに電子機器を追加する際に直面する数多くのセキュリティとプライバシーの問題です。マイク、カメラ、センサー アレイが製品に組み込まれており、インターネット接続も備えているため、これらはすべて潜在的なスパイ装置になるだけでなく、攻撃を開始するプラットフォームにもなります。
電子廃棄物が環境に与える影響は大きく、適切にリサイクルされているのは 20% 未満です。これは、貴金属やその他の資源の大幅な損失につながるだけでなく、生態系への有毒物質の放出による深刻な環境悪化や健康リスクにもつながります。
電子機器廃棄物蓄積の深刻化する危機
しかし、年を追うごとに悪化し続ける普遍的な問題の 1 つが、何よりも依然として重要な問題です。それは電子廃棄物です。簡単に言えば、すべて 電子機器はいつかは壊れる、時代遅れになるか、単に不要になるため、廃棄する必要があります。電子機器のユーザーのほとんどが消費者であることを考えると、この電子廃棄物の多くはゴミ箱に捨てられており、それ自体がリサイクルされることはほとんどありません。
「これ以上に持続可能なものはありません。」 – ラファエレ・メッツェンガ教授、電子廃棄物から金を回収するためのチーズ副産物の使用について。
電子廃棄物の問題の大きさを理解することは非常に重要です。 Global E-waste Monitor によると、53.6 年だけで世界では 2019 万トンという驚異的な E-waste が生成され、この数字は指数関数的に増加すると予想されています。これは、環境への被害を軽減するだけでなく、貴重な資源を効率的に回収する革新的なリサイクル方法が緊急に必要であることを浮き彫りにしています。
大量の電子機器廃棄物がリサイクルされていないため、アンドフィルはすぐに 多数の化学物質や化合物で汚染されている 鉛、水銀、ヒ素が含まれており、これらはすべて地域環境を汚染する可能性があります。さらに、この廃棄物が焼却炉に流入すると、生成した化合物が空気中に放出され、大気をさらに汚染します。
希望の兆し: 電子廃棄物中の貴重な金属
現代の電子機器の救いの 1 つは、金、銀、銅などの貴金属が多く含まれていることです。これらの要素が年々高価になっていることを考慮すると、電子廃棄物のリサイクルによる経済的利益も増加します。
しかし、電子廃棄物からこれらの貴重なミネラルを抽出するのは言うは易く行うは難しであり、極度に腐食性の化学物質（硝酸、硫酸、塩酸など）を使用するため、リサイクルプロセスは理由のないほど危険になります。さらに悪いことに、貴金属を溶かして抽出するのに必要なエネルギーにより、CO2 排出に関する課題も生じます。
チューリッヒ工科大学の研究者らによる革新的なアプローチは、チーズ副産物からのホエイプロテインを活用しており、持続可能な電子機器廃棄物のリサイクルに向けた大きな前進を示しています。この方法は、有害な化学物質への依存を減らすだけでなく、食品産業廃棄物を環境上の利益のために再利用することによる循環経済実践の可能性も示しています。
図 1 は、まさに文字通り、廃棄物を金に変えることの核心を掘り下げています。ここでは、研究者たちが電子廃棄物と一緒にチーズの副産物であるホエーを巧みに利用して純金を抽出する様子を見ていきます。これは、循環経済が機能していることを見事に示しており、通常は捨ててしまうものを貴重な資源に変えます。この図は、あらゆる廃棄物が第二の命を得るリサイクルの未来を垣間見ることができます。
電子廃棄物のリサイクルには、デバイスを適切に整理して取り外す必要があるため、高度な肉体労働も必要です。たとえば、電子製品の場合は、ケース、ワイヤー、バッテリーを取り外す必要があります。 裸になる前に PCB は大きな化学タンクに放り込まれる可能性がある.
このような肉体労働の使用により、リサイクルのコストが増加すると同時に、労働者が潜在的に危険なレベルの有毒化合物にさらされることになります。さらに、大量の電子廃棄物が発展途上国に流入するため、安全上の予防措置がほとんど守られず、大規模な被害が生じています。
研究者たちは古いチーズの廃棄物を使って金を抽出します
電子廃棄物のリサイクルプロセスが複雑で費用がかかることは明らかですが、その報酬に大量の金、銀、銅が含まれていることを考慮すると、このような事業は収益性が高くなります。このプロセスをより環境に優しくすることができれば、電子廃棄物のリサイクルは事実上簡単なものになるでしょう。 EHT チューリッヒの研究者は、電子機器廃棄物のリサイクルの利点を認識し、 彼らの発見を発表 電子廃棄物から金を抽出する新たに開発された方法について、最終利益率を大幅に増加させながら、エネルギー消費を大幅に削減すると主張されています。
この研究の重要性は、追加の化学プロセスを必要とせずに電子廃棄物から金を選択的に吸収するこの方法の能力が革新的なものであることを強調しています。これは、学際的な研究が環境の持続可能性と資源回収の両方に取り組む画期的な発見にどのようにつながるかを例示しています。
E-Wasteから金を回収する革新的なアプローチ
効率的な金の抽出を達成するために、研究者らはホエータンパク質を含むチーズ廃棄物に注目しました。研究者らは、アミロイド形成を利用することで、ホエータンパク質を、大きな空隙を持つ繊細なホエータンパク質構造からなるエアロゲル構造に変えました。エアロゲルの形成を注意深く制御すると、選択的な吸収特性を備えたメタ構造を作成することが可能になります。これは、エアロゲルの構造がどの元素とよく結合するかを決定することを意味します。
次に、スクラップ電子廃棄物は回路基板に分別され、金を含むほとんどの金属を溶解する王水溶液に浸されます。この時点で、溶液から金をさらに分離するには多数の濾過サイクルが必要ですが、これ自体が難しく、エネルギーを大量に消費します（還元剤も必要です）。
ただし、ホエータンパク質エアロゲル構造を溶液に入れると、金粒子が構造上にフレークを形成します。このメタ構造の使用により、さらなる化学プロセスを使用する必要なく金の抽出が可能になり、エアロゲル構造が金粒子を完全に吸収すると、金粒子を溶かして生の金ナゲットを形成できます。
得られるナゲットの純度は約 90 ～ 91% になります。このプロセスがまだ初期段階にあり、成長と改良の余地が十分にあることを考えると、これは非常に高い純度です。
図 3 は、先端材料科学のレンズを通して、金回収の微細な驚異を明らかにしています。ここでは、AF エアロゲルの先駆的な使用によって促進される、ナノ粒子と結晶形成に収束する金イオンの変容の旅を調査します。この視覚的な物語は、最先端の研究の本質を捉えているだけでなく、持続可能な電子廃棄物のリサイクル実践への飛躍を象徴しており、 テクノロジー と環境スチュワードシップ。
AF エアロゲルによる金ナノ粒子と結晶形成。 a) 10 ppm の金金属ブレンドの吸収後の AF エアロゲルの表面上の金ナノ粒子の出現。 b) 4 ppm の金属混合物で満たされた 1000 mL ガラスバイアル内の AF エアロゲル上での金結晶の生成。 c) (b) に示す AF エアロゲル標本の光学顕微鏡スナップショット。 d) 新たに形成された金の結晶で装飾された AF エアロゲルを示す SEM 画像。 e) XRD分析により、AFエアロゲル上でのAu3+の吸着とそれに続く還元によって合成された金ナノプレートの構造が明らかになりました。 f) AF によって作成された金六角形マイクロプレートの AFM 画像 (マイクロプレート全体の高さプロファイルの詳細を示す挿入図付き)。 g) HAADF-STEM の視覚化。 h) (g) に示されている粒子の色分けされた EDS スペクトル画像は、Au-Lα および C-Kα 信号のオーバーレイを示しています。 i) 電子回折モードで得られた SAD パターンと並んだ Au プレートレットの BF STEM 顕微鏡写真。プレートレットの [111] 面配向を示しています。
この画期的な進歩は、貴金属の抽出をより環境に優しいだけでなく、よりコスト効率の高いものにし、電子機器廃棄物のリサイクル業界を変革する可能性を秘めています。この技術が成熟して規模が拡大するにつれて、電子廃棄物のリサイクルに対する障壁が大幅に下がり、世界中でリサイクル慣行のより広範な導入が促進される可能性があります。
このようなプロセスは電子廃棄物への取り組みに役立つでしょうか?
電子廃棄物のリサイクルが直面する困難にもかかわらず、 それは単純にそうしなければならないからです 電子廃棄物を埋め立て地に蓄積させることは容認できません。古いハードウェアを再利用することが常に解決策になるとは限りません。つまり、ある時点で回路を原材料に分解し、新たな寿命を与える必要があることを意味します。
しかし、このプロセスを経済的にすることができれば、古い電子機器を再利用する新しい方法を見つけるための研究に資金を提供するのに役立つだけでなく、ユーザーが古い電子機器をリサイクルすることも促進されます。実際、電子廃棄物のリサイクルが収益性を高めることができれば、ユーザーが買い取り制度で電子廃棄物を現金と交換するようになるかもしれません。
研究者らは、電子廃棄物から有価金属をより効率的に抽出できるだけでなく、他のプロセスからの廃棄物を使用して抽出できることを実証しました。研究者らが説明したプロセスをさらに改良できれば、次のような結果が得られる可能性が非常に高いでしょう。 電子廃棄物管理の新時代、電子廃棄物がもはや障害ではなく、経済成長の源とみなされる未来への道を切り開きます。
さらに、このような革新的なリサイクル技術の適用は、新しい規制の枠組みやインセンティブへの道を開く可能性があります。政府と業界は、電子機器の設計と廃棄の中核に循環経済の原則を統合することで、電子廃棄物管理ソリューションに関してより密接に協力するようになる可能性があります。
参考文献
- 廃棄物を金に変える |チューリッヒ工科大学
- 食品廃棄物アミロイドエアロゲルによる電子廃棄物からの金回収 – 先端材料 – Wiley Online Library