Побочный продукт сыра превращает электронные отходы в золото.
Ключевые вещи, которые нужно знать:
- Глобальная проблема электронных отходов обостряется: ежегодно образуются миллионы метрических тонн, что требует инновационных решений по переработке.
- Исследователи разработали новаторский метод с использованием сывороточного белка, побочного продукта сыра, для эффективного извлечения золота из электронных отходов.
- Эта новая технология обещает не только снизить вред окружающей среде, но и повысить экономическую эффективность переработки электронных отходов.
- Этот процесс представляет собой значительный шаг на пути к устойчивому управлению электронными отходами, потенциально преобразуя индустрию переработки отходов.
Поскольку проблема электронных отходов продолжает расти, растущие цены на минеральное сырье, растущий дефицит важнейших элементов и растущий ущерб, наносимый окружающей среде, оказывают давление на мировые правительства, инженеров и общественность. Признавая проблемы, с которыми сталкиваются электронные отходы, исследователи недавно продемонстрировали потенциальную новую технику, которая использует старые сырные отходы для более эффективного извлечения золота из электроники. Какие проблемы создает переработка электронных отходов, что продемонстрировали исследователи и может ли такой процесс помочь решить проблемы электронных отходов для следующего поколения?
Какие проблемы создает переработка электронных отходов?
Роль, которую электроника играет в повседневной жизни, невозможно недооценить; оно практически лежит в основе всего, что мы делаем: от оплаты счетов до поиска источников развлечений. Но хотя электроника продолжает играть все более важную роль в цивилизации, она создает целый ряд проблем, которые необходимо решить.
Одной из таких проблем является чрезвычайная скорость изменений в электронной промышленности, которая может быстро оставить многих позади. Те, кто способен идти в ногу с последними технологическими тенденциями, могут в полной мере воспользоваться преимуществами нового аппаратного и программного обеспечения, в то время как те, кто не в состоянии сделать это, часто остаются позади.
Еще одна проблема — многочисленные проблемы безопасности и конфиденциальности, возникающие при добавлении электроники в повседневные устройства. Включение в продукты микрофонов, камер и сенсорных массивов, а также возможность подключения к Интернету делает их потенциальным шпионским устройством, а также платформой для запуска атак.
Воздействие электронных отходов на окружающую среду огромно: менее 20% из них перерабатывается должным образом. Это не только приводит к значительным потерям драгоценных металлов и других ресурсов, но также способствует серьезному ухудшению состояния окружающей среды и рискам для здоровья из-за выброса токсичных веществ в экосистемы.
Растущий кризис накопления электронных отходов
Однако одна универсальная проблема, которая продолжает обостряться с каждым годом, остается превыше всего: электронные отходы. Проще говоря, все электронные устройства со временем выходят из строя, устарели или просто ненужны, и от них придется отказаться. Учитывая, что большинство пользователей электронных устройств являются потребителями, большая часть этих электронных отходов попадает в мусорное ведро, которое само по себе редко перерабатывается.
«Вы не можете быть более устойчивым, чем это!» – Профессор Рафаэле Меззенга, относительно использования побочного продукта сыра для извлечения золота из электронных отходов.
Понимание масштабов проблемы электронных отходов имеет решающее значение. По данным Global E-waste Monitor, только в 53.6 году в мире было произведено ошеломляющие 2019 миллиона тонн электронных отходов, и ожидается, что эта цифра будет расти в геометрической прогрессии. Это подчеркивает острую необходимость в инновационных методах переработки, которые не только уменьшают вред окружающей среде, но и эффективно восстанавливают ценные ресурсы.
Из-за того, что большое количество электронных отходов не перерабатывается, яandfills может быстро стать загрязнено многочисленными химикатами и соединениями включая свинец, ртуть и мышьяк, которые могут загрязнять местную окружающую среду. Более того, если эти отходы попадают в мусоросжигательную печь, то образующиеся соединения выбрасываются в воздух, что еще больше загрязняет атмосферу.
Положительный момент: ценные металлы в электронных отходах
Одним из преимуществ современной электроники является то, что она содержит много драгоценных металлов, включая золото, серебро и медь. Учитывая, что эти элементы с каждым годом становятся все дороже, экономическая отдача от переработки электронных отходов также увеличивается.
Однако извлечение этих ценных минералов из электронных отходов легче сказать, чем сделать, а использование чрезвычайно едких химикатов (включая азотную кислоту, серную кислоту и соляную кислоту) делает процесс переработки неоправданно опасным. Что еще хуже, энергия, необходимая для плавления и извлечения драгоценных металлов, также создает проблемы, связанные с выбросами CO2.
Инновационный подход исследователей ETH Zürich, использующий сывороточный белок из побочных продуктов сыра, представляет собой значительный шаг к устойчивой переработке электронных отходов. Этот метод не только снижает зависимость от опасных химикатов, но и демонстрирует потенциал практик экономики замкнутого цикла за счет повторного использования отходов пищевой промышленности с целью получения экологических выгод.
Рисунок 1 в буквальном смысле описывает суть процесса превращения отходов в золото. Здесь мы видим, как исследователи умело используют сыворотку, побочный продукт сыра, вместе с электронными отходами для извлечения чистого золота. Это блестящая демонстрация циркулярной экономики в действии, превращающей то, что мы обычно выбрасываем, в ценные ресурсы. Эта схема дает нам возможность заглянуть в будущее переработки отходов, где каждый кусочек мусора обретает вторую жизнь.
Переработка электронных отходов также требует высокой степени ручного труда, поскольку устройства необходимо правильно организовать и разобрать. Например, с электронных продуктов необходимо снять корпус, провода и батареи. перед обнажением ПХБ можно выбрасывать в большие химические баки.
Такое использование ручного труда увеличивает стоимость переработки, одновременно подвергая работников воздействию потенциально опасных уровней токсичных соединений. Более того, поскольку большое количество электронных отходов попадает в развивающиеся страны, меры предосторожности соблюдаются редко, что приводит к крупномасштабному ущербу.
Исследователи используют старые сырные отходы для извлечения золота
Понятно, что процесс переработки электронных отходов сложен и дорог, но, учитывая, что в качестве вознаграждения используются значительные количества золота, серебра и меди, такое предприятие может быть прибыльным. Если бы этот процесс можно было сделать более экологически чистым, то переработка электронных отходов фактически стала бы легкой задачей. Признавая преимущества переработки электронных отходов, исследователи из EHT Zurich опубликовали свои выводы о недавно разработанном методе извлечения золота из электронных отходов, который, как утверждается, значительно снижает потребление энергии, одновременно существенно увеличивая конечную прибыль.
Подчеркивая важность этого исследования, способность метода избирательно поглощать золото из электронных отходов без необходимости дополнительных химических процессов меняет правила игры. Это пример того, как междисциплинарные исследования могут привести к прорывам, которые касаются как экологической устойчивости, так и восстановления ресурсов.
Инновационный подход к извлечению золота из электронных отходов
Чтобы добиться эффективного извлечения золота, исследователи обратились к отходам сыра, содержащим сывороточные белки. Используя образование амилоида, исследователи превратили сывороточный белок в структуру аэрогеля, которая состоит из нежной структуры сывороточного белка с большими пустотами. Если образование аэрогеля тщательно контролировать, становится возможным создать метаструктуру с избирательными абсорбционными свойствами, то есть ее структура определяет, с какими элементами он хорошо связывается.
Металлолом электронных отходов затем сортируется по печатным платам и погружается в раствор царской водки, который растворяет большинство металлов, включая золото. На этом этапе потребуются многочисленные циклы фильтрации для дальнейшего отделения золота от раствора, что само по себе является трудным и энергоемким (хотя и требует восстановителей).
Однако если в раствор поместить структуру аэрогеля сывороточного белка, частицы золота образуют на структуре хлопья. Такое использование метаструктуры позволяет извлекать золото без необходимости использования дальнейших химических процессов, а как только структура аэрогеля полностью поглотит частицы золота, ее можно расплавить, чтобы сформировать необработанный золотой самородок.
Полученный самородок может иметь чистоту около 90–91%, что чрезвычайно высоко, учитывая, что процесс все еще находится в зачаточном состоянии и имеет много возможностей для роста и совершенствования.
На рисунке 3 представлены микроскопические чудеса извлечения золота через призму передовой материаловедения. Здесь мы исследуем преобразующее путешествие ионов золота, когда они сходятся в наночастицы и кристаллические образования, чему способствует новаторское использование аэрогелей AF. Это визуальное повествование не только отражает суть передовых исследований, но и символизирует скачок к устойчивым практикам переработки электронных отходов, объединяя сферы technology и охрана окружающей среды.
Наночастицы золота и образование кристаллов через аэрогели AF. a) Появление наночастиц золота на поверхности аэрогеля AF после поглощения смеси металлического золота с концентрацией 10 ppm. b) Генерация кристаллов золота на аэрогеле AF в стеклянном флаконе емкостью 4 мл, наполненном смесью металлов с концентрацией 1000 ppm. c) Снимки образца аэрогеля AF, полученные оптической микроскопией, изображены на (b). d) Снимки СЭМ, демонстрирующие аэрогель AF, украшенный свежеобразованными кристаллами золота. e) Рентгеноструктурный анализ, показывающий структуру золотых нанопластин, синтезированных путем адсорбции и последующего восстановления Au3+ на аэрогеле AF. f) АСМ-изображения золотых шестиугольных микропланшетов, созданные с помощью AF (со вставкой, подробно изображающей профиль высоты поперек микропланшета). g) Визуализация HAADF–STEM. h) Цветное изображение спектра EDS частицы, показанное на (g), иллюстрирующее наложение сигналов Au-Lα и C-Kα. i) Микрофотография Au-тромбоцита BF STEM рядом с его рисунком SAD, полученная в режиме дифракции электронов, демонстрирующая ориентацию пластинки в плоскости [111].
Этот прорыв может изменить индустрию переработки электронных отходов, сделав добычу драгоценных металлов не только более экологически чистой, но и более рентабельной. По мере развития и расширения этой технологии она может значительно снизить барьеры на пути переработки электронных отходов, способствуя более широкому внедрению методов переработки во всем мире.
Могут ли такие процессы помочь в борьбе с электронными отходами?
Несмотря на трудности, с которыми сталкивается переработка электронных отходов, это нужно сделать просто потому, что допускать накопление электронных отходов на свалках неприемлемо. Попытка повторно использовать старое оборудование не всегда является решением, а это означает, что в какой-то момент схемы необходимо разобрать на исходные материалы и дать им новую жизнь.
Но если этот процесс можно сделать экономичным, он не только поможет финансировать исследования по поиску новых способов повторного использования старой электроники, но и побудит пользователей перерабатывать свою старую электронику. Фактически, если переработку электронных отходов можно сделать высокорентабельной, пользователи могут обменивать электронные отходы на наличные в рамках схем обратного выкупа.
Исследователи продемонстрировали, что ценные металлы можно не только более эффективно извлекать из электронных отходов, но и использовать отходы других процессов. Если процесс, описанный исследователями, можно будет усовершенствовать, это, скорее всего, приведет к новая эра управления электронными отходами, прокладывая путь в будущее, в котором электронные отходы больше не будут помехой, а станут источником экономического роста.
Более того, применение таких инновационных методов переработки может проложить путь к созданию новой нормативной базы и стимулов. Правительства и отрасли могли бы быть заинтересованы в более тесном сотрудничестве в области решений по управлению электронными отходами, интегрируя принципы экономики замкнутого цикла в основу проектирования и утилизации электроники.
Рекомендации
- Превращение отходов в золото | ETH Цюрих
- Извлечение золота из электронных отходов с помощью амилоидных аэрогелей пищевых отходов – Современные материалы – Интернет-библиотека Wiley