Menukar E-Waste kepada Emas: Peranan Mengejutkan Produk Sampingan Keju

Perkara Utama yang Perlu Diketahui:

• Masalah e-sisa global semakin meningkat, dengan berjuta-juta tan metrik dijana setiap tahun, memerlukan penyelesaian kitar semula yang inovatif.
• Penyelidik telah membangunkan kaedah terobosan menggunakan protein whey produk sampingan keju untuk mengekstrak emas dengan cekap daripada sisa elektronik.
• Teknik baru ini bukan sahaja menjanjikan untuk mengurangkan kemudaratan alam sekitar tetapi juga untuk meningkatkan daya maju ekonomi kitar semula e-waste.
• Proses ini mewakili satu langkah penting ke arah pengurusan e-sisa yang mampan, yang berpotensi mengubah industri kitar semula.

Apabila masalah e-sisa terus berkembang, peningkatan kos mineral mentah, kekurangan unsur penting yang semakin meningkat, dan kerosakan yang semakin meningkat yang dihadapi oleh alam sekitar memberi tekanan kepada kerajaan dunia, jurutera dan orang ramai. Menyedari cabaran yang dihadapi oleh e-waste, penyelidik baru-baru ini telah menunjukkan potensi teknik baru yang menggunakan sisa keju lama untuk mengekstrak emas daripada elektronik dengan lebih cekap. Apakah cabaran yang diperkenalkan oleh kitar semula e-waste, apakah yang ditunjukkan oleh penyelidik, dan bolehkah proses sedemikian membantu menangani cabaran e-waste untuk generasi akan datang?

Apakah cabaran yang diperkenalkan oleh kitar semula e-waste?

Peranan yang dimainkan oleh elektronik dalam kehidupan seharian tidak boleh diremehkan; ia boleh dikatakan menyokong segala yang kami lakukan, daripada membayar bil kepada mencari sumber hiburan. Tetapi sementara elektronik terus memainkan peranan yang semakin penting dalam tamadun, ia memperkenalkan pelbagai cabaran yang perlu ditangani. 

Satu cabaran sedemikian ialah kadar perubahan melampau yang terdapat dalam industri elektronik, yang boleh meninggalkan banyak orang dengan cepat. Mereka yang dapat mengikuti aliran teknologi terkini boleh memanfaatkan sepenuhnya tawaran perkakasan dan perisian baharu, manakala mereka yang tidak dapat berbuat demikian sering ketinggalan.

Cabaran lain ialah banyak isu keselamatan dan privasi yang dihadapi dengan menambah elektronik pada peranti harian. Kemasukan mikrofon, kamera dan susunan penderia ke dalam produk, bersama-sama dengan ketersambungan internet, menjadikan mereka semua peranti pengintipan yang berpotensi serta platform untuk melancarkan serangan. 

Kesan alam sekitar e-waste adalah mendalam, dengan kurang daripada 20% dikitar semula dengan betul. Ini bukan sahaja membawa kepada kehilangan ketara logam berharga dan sumber lain tetapi juga menyumbang kepada kemerosotan alam sekitar yang teruk dan risiko kesihatan akibat pembebasan bahan toksik ke dalam ekosistem.

Krisis Pengumpulan E-Waste yang semakin meningkat

Walau bagaimanapun, satu isu sejagat yang terus bertambah buruk dengan setiap tahun yang berlalu kekal di atas segalanya: e-waste. Ringkasnya, semua peranti elektronik akhirnya rosak, menjadi ketinggalan zaman, atau hanya tidak diingini, dan perlu dibuang. Memandangkan kebanyakan pengguna peranti elektronik adalah pengguna, kebanyakan e-sisa ini berada di dalam tong sampah, yang dengan sendirinya jarang dikitar semula. 

 “Anda tidak boleh mendapatkan lebih mampan daripada itu!” - Profesor Raffaele Mezzenga, mengenai penggunaan produk sampingan keju untuk mendapatkan semula emas daripada sisa elektronik. 

Memahami magnitud masalah e-waste adalah penting. Menurut Global E-waste Monitor, dunia menjana 53.6 juta tan metrik e-waste pada 2019 sahaja, angka yang dijangka berkembang dengan pesat. Ini menyerlahkan keperluan mendesak untuk kaedah kitar semula yang inovatif yang bukan sahaja mengurangkan kemudaratan alam sekitar tetapi juga memulihkan sumber berharga dengan cekap.

Oleh kerana jumlah e-sisa yang tinggi tidak dikitar semula, landfills boleh menjadi dengan cepat tercemar dengan pelbagai bahan kimia dan sebatian termasuk plumbum, merkuri, dan arsenik, yang kesemuanya boleh mencemarkan alam sekitar setempat. Tambahan pula, jika bahan buangan ini masuk ke dalam insinerator, maka sebatian yang terhasil akan dikeluarkan ke udara, yang seterusnya mencemarkan atmosfera.

The Silver Lining: Logam Berharga dalam E-Waste

Satu kelebihan penjimatan elektronik moden ialah ia mengandungi banyak logam berharga, termasuk emas, perak dan tembaga. Memandangkan unsur-unsur ini menjadi semakin mahal setiap tahun, pulangan ekonomi bagi kitar semula e-sisa juga meningkat.

Walau bagaimanapun, mengekstrak mineral berharga ini daripada e-waste lebih mudah dikatakan daripada dilakukan, dan penggunaan bahan kimia yang sangat kaustik (termasuk asid nitrik, asid sulfurik dan asid hidroklorik) menjadikan proses kitar semula berbahaya di luar sebab. Lebih memburukkan keadaan, tenaga yang diperlukan untuk mencairkan dan mengekstrak logam berharga juga memperkenalkan cabaran berkenaan dengan pelepasan CO2. 

Pendekatan inovatif oleh penyelidik ETH Zürich, memanfaatkan protein whey daripada produk sampingan keju, mewakili lonjakan ketara ke arah kitar semula e-sisa yang mampan. Kaedah ini bukan sahaja mengurangkan pergantungan kepada bahan kimia berbahaya tetapi juga mempamerkan potensi amalan ekonomi pekeliling dengan menggunakan semula sisa industri makanan untuk faedah alam sekitar.

Rajah 1 menyelam ke dalam hati menukar sisa menjadi emas, secara harfiah. Di sini, kita melihat bagaimana penyelidik bijak menggunakan whey, hasil sampingan keju, bersama-sama e-waste untuk mengekstrak emas tulen. Ia merupakan pameran ekonomi bulat yang cemerlang di tempat kerja, mengubah perkara yang biasanya kita buang kepada sumber yang berharga. Skema ini memberi kita gambaran tentang masa depan kitar semula, di mana setiap sisa buangan mendapat kehidupan kedua.

Kitar semula e-sisa juga memerlukan kerja manual yang tinggi, kerana peranti perlu disusun dengan betul dan dilucutkan. Contohnya, e-produk perlu ditanggalkan selongsong, wayar dan baterinya sebelum telanjang PCB boleh dibuang ke dalam tong kimia yang besar.

Penggunaan buruh manual ini meningkatkan kos kitar semula sambil mendedahkan pekerja kepada tahap sebatian toksik yang berpotensi berbahaya. Tambahan pula, apabila sejumlah besar e-sisa memasuki negara membangun, langkah berjaga-jaga keselamatan jarang diikuti, mengakibatkan kemudaratan berskala besar.

Penyelidik menggunakan sisa keju lama untuk mengekstrak emas

Adalah jelas bahawa proses kitar semula untuk e-waste adalah rumit dan mahal, tetapi memandangkan ganjaran termasuk sejumlah besar emas, perak dan tembaga, usaha sedemikian boleh menguntungkan. Jika proses ini boleh dibuat lebih mesra alam, maka kitar semula e-waste berkesan akan menjadi perkara yang tidak perlu. Menyedari faedah kitar semula e-waste, penyelidik dari EHT Zurich telah menerbitkan penemuan mereka mengenai kaedah yang baru dibangunkan untuk mengekstrak emas daripada e-waste, yang telah didakwa dapat mengurangkan penggunaan tenaga dengan ketara sambil meningkatkan margin keuntungan akhir dengan ketara. 

Menonjolkan kepentingan penyelidikan ini, keupayaan kaedah untuk menyerap emas secara selektif daripada sisa elektronik tanpa memerlukan proses kimia tambahan adalah pengubah permainan. Ia menunjukkan bagaimana penyelidikan antara disiplin boleh membawa kepada penemuan yang menangani kedua-dua kemampanan alam sekitar dan pemulihan sumber.

Pendekatan Inovatif untuk Pemulihan Emas daripada E-Waste

Untuk mencapai pengekstrakan emas yang cekap, para penyelidik beralih kepada sisa keju yang mengandungi protein whey. Dengan menggunakan pembentukan Amyloid, para penyelidik mengubah protein whey menjadi struktur aerogel yang terdiri daripada struktur protein whey yang halus dengan lompang yang besar. Jika pembentukan aerogel dikawal dengan teliti, ia menjadi mungkin untuk mencipta struktur meta dengan sifat penyerapan terpilih, bermakna strukturnya menentukan unsur-unsur yang diikat dengan baik. 

Sisa elektronik skrap kemudian diisih ke dalam papan litarnya dan direndam dalam larutan Aqua regia, yang melarutkan kebanyakan logam, termasuk emas. Pada ketika ini, banyak kitaran penapisan diperlukan untuk memisahkan emas daripada larutan, yang ia sendiri sukar dan intensif tenaga (sementara juga memerlukan agen pengurangan).

Walau bagaimanapun, jika struktur airgel protein whey diletakkan ke dalam larutan, zarah emas membentuk kepingan pada struktur. Penggunaan struktur meta ini membolehkan pengekstrakan emas tanpa perlu menggunakan proses kimia selanjutnya, dan apabila struktur aerogel telah menyerap sepenuhnya zarah emas, ia boleh dicairkan untuk membentuk ketulan emas mentah.

Nugget yang terhasil mampu mempunyai ketulenan sekitar 90 – 91%, yang sangat tinggi memandangkan proses itu masih di peringkat awal dan mempunyai banyak ruang untuk pertumbuhan dan penghalusan. 

Rajah 3 mendedahkan keajaiban mikroskopik pemulihan emas melalui lensa sains bahan termaju. Di sini, kami meneroka perjalanan transformatif ion emas, kerana ia menumpu kepada zarah nano dan pembentukan kristal, semuanya difasilitasi oleh penggunaan perintis aerogel AF. Naratif visual ini bukan sahaja menangkap intipati penyelidikan canggih tetapi juga melambangkan lonjakan ke arah amalan kitar semula e-sisa yang mampan, mengahwini alam teknologi dan penjagaan alam sekitar. 

 Nanopartikel emas dan pembentukan kristal melalui aerogel AF. a) Kemunculan nanozarah emas pada permukaan aerogel AF berikutan penyerapan adunan logam emas 10 ppm. b) Penjanaan kristal emas pada aerogel AF dalam botol kaca 4 mL yang diisi dengan campuran logam 1000 ppm. c) Gambar mikroskop optik bagi spesimen aerogel AF yang digambarkan dalam (b). d) Imej SEM yang mempamerkan aergel AF yang dihiasi dengan kristal emas yang baru dibentuk. e) Analisis XRD mendedahkan struktur nanoplat emas yang disintesis melalui penjerapan dan pengurangan Au3+ seterusnya pada aerogel AF. f) Imejan AFM bagi plat mikro heksagon emas yang dicipta oleh AF (dengan inset yang memperincikan profil ketinggian merentasi plat mikro). g) Visualisasi HAADF–STEM. h) Imej spektrum EDS berkod warna bagi zarah yang ditunjukkan dalam (g), menggambarkan tindanan isyarat Au-Lα dan C-Kα. i) Mikrograf BF STEM bagi platelet Au bersama corak SADnya yang diperoleh dalam mod pembelauan elektron, menunjukkan orientasi satah [111] platelet. 

Kejayaan ini berpotensi untuk mengubah industri kitar semula e-waste dengan menjadikan pengekstrakan logam berharga bukan sahaja lebih mesra alam tetapi juga lebih menjimatkan kos. Apabila teknologi semakin matang dan meningkat, ia boleh mengurangkan halangan untuk mengitar semula e-waste dengan ketara, menggalakkan penggunaan amalan kitar semula yang lebih meluas di seluruh dunia.

Bolehkah proses sedemikian membantu menangani e-waste?

Tanpa mengira kesukaran yang dihadapi dengan mengitar semula e-waste, ia perlu dilakukan semata-mata kerana membenarkan e-waste terkumpul di tapak pelupusan sampah adalah tidak boleh diterima. Cuba untuk menggunakan semula perkakasan lama tidak selalu merupakan penyelesaian, bermakna, pada satu ketika, litar perlu dipecahkan kepada bahan mentahnya dan diberi nafas baharu. 

Tetapi jika proses ini boleh dibuat menjimatkan, ia bukan sahaja akan membantu membiayai penyelidikan untuk mencari cara baharu untuk menggunakan semula elektronik lama, tetapi ia juga akan menggalakkan pengguna mengitar semula elektronik lama mereka. Malah, jika kitar semula e-waste boleh menghasilkan keuntungan yang tinggi, ia mungkin menyaksikan pengguna menukar e-waste dengan tunai dalam skim pembelian balik.

Apa yang ditunjukkan oleh penyelidik ialah bukan sahaja logam berharga boleh diekstrak daripada e-waste dengan lebih cekap, tetapi boleh dilakukan menggunakan sisa daripada proses lain. Jika proses yang diterangkan oleh penyelidik boleh diperhalusi lagi, ia berkemungkinan besar akan membawa kepada a era baharu pengurusan e-waste, membuka jalan ke arah masa depan di mana e-waste tidak lagi dilihat sebagai penghalang, tetapi sebagai sumber pertumbuhan ekonomi.

Selain itu, penerapan teknik kitar semula yang inovatif itu boleh membuka jalan kepada rangka kerja pengawalseliaan dan insentif baharu. Kerajaan dan industri boleh diilhamkan untuk bekerjasama lebih erat dalam penyelesaian pengurusan e-waste, menyepadukan prinsip ekonomi bulat ke dalam teras reka bentuk dan pelupusan elektronik.

Rujukan

• Menukar sisa menjadi emas | ETH Zurich
• Pemulihan Emas daripada E-Waste oleh Food-Waste Amyloid Aerogels – Bahan Terperinci – Perpustakaan Dalam Talian Wiley