การเปลี่ยนขยะอิเล็กทรอนิกส์เป็นทองคำ: บทบาทที่น่าประหลาดใจของผลพลอยได้จากชีส

สิ่งสำคัญที่ควรรู้:

• ปัญหาขยะอิเล็กทรอนิกส์ทั่วโลกกำลังทวีความรุนแรงขึ้น โดยมีปริมาณนับล้านเมตริกตันเกิดขึ้นทุกปี จำเป็นต้องมีโซลูชันการรีไซเคิลเชิงนวัตกรรม
• นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการที่ก้าวล้ำโดยใช้เวย์โปรตีนผลพลอยได้จากชีสเพื่อแยกทองคำออกจากขยะอิเล็กทรอนิกส์อย่างมีประสิทธิภาพ
• เทคนิคใหม่นี้ไม่เพียงแต่สัญญาว่าจะลดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงความมีชีวิตทางเศรษฐกิจของการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย
• กระบวนการนี้ถือเป็นก้าวสำคัญสู่การจัดการขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืน ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมรีไซเคิลได้

ในขณะที่ปัญหาขยะอิเล็กทรอนิกส์ยังคงเพิ่มขึ้น ต้นทุนแร่ธาตุดิบที่สูงขึ้น การขาดแคลนองค์ประกอบสำคัญที่เพิ่มขึ้น และความเสียหายที่เพิ่มมากขึ้นที่สิ่งแวดล้อมต้องเผชิญ กำลังสร้างแรงกดดันต่อรัฐบาล วิศวกร และสาธารณชนทั่วโลก เมื่อตระหนักถึงความท้าทายที่ขยะอิเล็กทรอนิกส์ต้องเผชิญ นักวิจัยได้สาธิตเทคนิคใหม่ที่เป็นไปได้ซึ่งใช้ขยะชีสเก่าในการสกัดทองคำจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ทำให้เกิดความท้าทายอะไรบ้าง นักวิจัยแสดงให้เห็นอะไรบ้าง และกระบวนการดังกล่าวสามารถช่วยจัดการกับความท้าทายของขยะอิเล็กทรอนิกส์สำหรับคนรุ่นต่อไปได้หรือไม่

การรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ทำให้เกิดความท้าทายอะไรบ้าง?

บทบาทของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในชีวิตประจำวันไม่สามารถมองข้ามได้ มันสนับสนุนทุกสิ่งที่เราทำ ตั้งแต่การจ่ายบิลไปจนถึงการค้นหาแหล่งความบันเทิง แต่ในขณะที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยังคงมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในอารยธรรม แต่ก็มีความท้าทายมากมายที่ต้องแก้ไข 

ความท้าทายประการหนึ่งคืออัตราการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงที่พบในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสามารถทิ้งหลายสิ่งไว้ข้างหลังได้อย่างรวดเร็ว ผู้ที่สามารถตามทันเทรนด์เทคโนโลยีล่าสุดสามารถใช้ประโยชน์จากข้อเสนอฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ใหม่ๆ ได้อย่างเต็มที่ ในขณะที่ผู้ที่ไม่สามารถทำได้มักจะถูกทิ้งไว้ข้างหลัง

ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือปัญหาด้านความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวจำนวนมากที่ต้องเผชิญกับการเพิ่มอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้กับอุปกรณ์ในชีวิตประจำวัน การรวมไมโครโฟน กล้อง และอาร์เรย์เซ็นเซอร์ไว้ในผลิตภัณฑ์ พร้อมด้วยการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต ทำให้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์สอดแนมที่มีศักยภาพและเป็นแพลตฟอร์มในการโจมตี 

ขยะอิเล็กทรอนิกส์มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก โดยมีไม่ถึง 20% ที่ถูกนำกลับมาใช้ใหม่อย่างเหมาะสม สิ่งนี้ไม่เพียงแต่นำไปสู่การสูญเสียโลหะมีค่าและทรัพยากรอื่นๆ อย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังก่อให้เกิดความเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงและความเสี่ยงต่อสุขภาพอันเนื่องมาจากการปล่อยสารพิษออกสู่ระบบนิเวศ

วิกฤติการสะสมขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่มมากขึ้น

อย่างไรก็ตาม ปัญหาสากลประการหนึ่งที่ยังคงเลวร้ายลงทุกปีที่ผ่านไปยังคงอยู่เหนือสิ่งอื่นใด นั่นก็คือ ขยะอิเล็กทรอนิกส์ พูดง่ายๆคือทั้งหมด อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็พังทลายในที่สุดล้าสมัยหรือไม่เป็นที่ต้องการ และต้องถูกทิ้งไป เมื่อพิจารณาว่าผู้ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่เป็นผู้บริโภค ขยะอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่จึงอยู่ในถังขยะ ซึ่งตัวมันเองไม่ค่อยมีการรีไซเคิล 

 “คุณไม่สามารถยั่งยืนไปกว่านี้อีกแล้ว!” - ศาสตราจารย์ราฟฟาเอล เมซเซนกาเกี่ยวกับการใช้ผลพลอยได้จากชีสเพื่อนำทองคำกลับมาใช้ใหม่จากขยะอิเล็กทรอนิกส์ 

การเข้าใจถึงความสำคัญของปัญหาขยะอิเล็กทรอนิกส์เป็นสิ่งสำคัญ จากข้อมูลของ Global E-waste Monitor โลกสร้างขยะอิเล็กทรอนิกส์ถึง 53.6 ล้านเมตริกตันในปี 2019 เพียงปีเดียว ซึ่งเป็นตัวเลขที่คาดว่าจะเติบโตแบบทวีคูณ สิ่งนี้เน้นย้ำถึงความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับวิธีการรีไซเคิลเชิงนวัตกรรมที่ไม่เพียงแต่บรรเทาความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม แต่ยังช่วยฟื้นฟูทรัพยากรอันมีค่าอย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย

เนื่องจากขยะอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากไม่สามารถรีไซเคิลได้และเติมได้อย่างรวดเร็วสามารถกลายเป็น ปนเปื้อนสารเคมีและสารประกอบหลายชนิด รวมทั้งตะกั่ว ปรอท และสารหนู ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่นได้ นอกจากนี้ หากของเสียนี้เข้าไปในเตาเผา สารประกอบที่เกิดขึ้นจะถูกขับออกไปในอากาศ ซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อบรรยากาศมากขึ้น

The Silver Lining: โลหะมีค่าในขยะอิเล็กทรอนิกส์

ความสง่างามอย่างหนึ่งของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยุคใหม่ก็คืออุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยโลหะมีค่ามากมาย รวมถึงทองคำ เงิน และทองแดง เมื่อพิจารณาว่าองค์ประกอบเหล่านี้มีราคาแพงมากขึ้นในแต่ละปี ผลตอบแทนทางเศรษฐกิจจากการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม การสกัดแร่ธาตุอันมีค่าเหล่านี้ออกจากขยะอิเล็กทรอนิกส์นั้นพูดง่ายกว่าทำ และการใช้สารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (รวมถึงกรดไนตริก กรดซัลฟูริก และกรดไฮโดรคลอริก) ทำให้กระบวนการรีไซเคิลเป็นอันตรายอย่างเหนือเหตุผล ที่แย่กว่านั้นคือพลังงานที่จำเป็นในการหลอมละลายและแยกโลหะมีค่าออกมายังทำให้เกิดความท้าทายเกี่ยวกับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย 

แนวทางที่เป็นนวัตกรรมใหม่โดยนักวิจัยของ ETH Zürich ซึ่งใช้ประโยชน์จากเวย์โปรตีนจากผลพลอยได้จากชีส แสดงให้เห็นถึงการก้าวกระโดดครั้งสำคัญสู่การรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืน วิธีการนี้ไม่เพียงแต่ลดการพึ่งพาสารเคมีอันตรายเท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของหลักปฏิบัติเศรษฐกิจแบบวงกลมด้วยการนำของเสียจากอุตสาหกรรมอาหารมาใช้ใหม่เพื่อประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม

รูปที่ 1 ดำดิ่งสู่ใจกลางของการเปลี่ยนขยะให้เป็นทองคำอย่างแท้จริง ที่นี่ เราจะได้เห็นว่านักวิจัยใช้เวย์ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากชีสร่วมกับขยะอิเล็กทรอนิกส์ในการสกัดทองคำบริสุทธิ์ได้อย่างไร เป็นการแสดงเศรษฐกิจหมุนเวียนที่ยอดเยี่ยมในที่ทำงาน โดยเปลี่ยนสิ่งที่เรามักทิ้งไปเป็นทรัพยากรอันมีค่า แผนผังนี้ช่วยให้เรามองเห็นอนาคตของการรีไซเคิล ที่ซึ่งขยะทุกชิ้นสามารถนำมาซึ่งชีวิตที่สองได้

การรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ยังต้องใช้แรงงานคนในระดับสูง เนื่องจากอุปกรณ์จำเป็นต้องได้รับการจัดระเบียบและถอดออกอย่างเหมาะสม ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องถอดปลอก สายไฟ และแบตเตอรี่ออก ก่อนที่จะเปลือยเปล่า PCB สามารถโยนลงในถังเคมีขนาดใหญ่ได้.

การใช้แรงงานคนนี้จะเพิ่มต้นทุนในการรีไซเคิล ในขณะเดียวกันก็ทำให้คนงานต้องเผชิญกับสารประกอบที่เป็นพิษในระดับที่อาจเป็นอันตราย นอกจากนี้ เนื่องจากขยะอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากเข้าสู่ประเทศกำลังพัฒนา จึงไม่ค่อยปฏิบัติตามข้อควรระวังด้านความปลอดภัย ส่งผลให้เกิดอันตรายในวงกว้าง

นักวิจัยใช้เศษชีสเก่าเพื่อสกัดทองคำ

เป็นที่ชัดเจนว่ากระบวนการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์นั้นซับซ้อนและมีราคาแพง แต่เมื่อพิจารณาว่าผลตอบแทนนั้นรวมถึงทองคำ เงิน และทองแดงจำนวนมาก การร่วมทุนดังกล่าวจึงสามารถทำกำไรได้ หากกระบวนการนี้สามารถทำให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น การรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์จะกลายเป็นเรื่องง่ายๆ อย่างมีประสิทธิภาพ นักวิจัยจาก EHT Zurich ตระหนักถึงประโยชน์ของการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ เผยแพร่ผลการวิจัยของพวกเขา ในวิธีการที่พัฒนาขึ้นใหม่ในการสกัดทองคำจากขยะอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งได้รับการกล่าวอ้างว่าสามารถลดการใช้พลังงานลงได้อย่างมาก ขณะเดียวกันก็เพิ่มอัตรากำไรขั้นสุดท้ายอย่างมาก 

การเน้นย้ำถึงความสำคัญของงานวิจัยนี้ ความสามารถของวิธีการในการเลือกดูดซับทองคำจากขยะอิเล็กทรอนิกส์โดยไม่จำเป็นต้องใช้กระบวนการทางเคมีเพิ่มเติม ถือเป็นตัวเปลี่ยนเกม โดยเป็นตัวอย่างว่าการวิจัยแบบสหวิทยาการสามารถนำไปสู่ความก้าวหน้าที่กล่าวถึงความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อมและการฟื้นฟูทรัพยากรได้อย่างไร

แนวทางใหม่ในการกู้คืนทองคำจากขยะอิเล็กทรอนิกส์

เพื่อให้บรรลุการสกัดทองคำอย่างมีประสิทธิภาพ นักวิจัยหันมาใช้เศษชีสที่มีเวย์โปรตีน นักวิจัยเปลี่ยนเวย์โปรตีนให้เป็นโครงสร้างแอโรเจลโดยใช้การสร้างอะไมลอยด์ ซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างเวย์โปรตีนที่ละเอียดอ่อนและมีช่องว่างขนาดใหญ่ หากมีการควบคุมการก่อตัวของแอโรเจลอย่างระมัดระวัง ก็จะสามารถสร้างโครงสร้างเมตาดาต้าที่มีคุณสมบัติการดูดซึมแบบเลือกสรรได้ ซึ่งหมายความว่าโครงสร้างของมันจะกำหนดว่าองค์ประกอบใดที่จะเกาะติดได้ดี 

จากนั้น เศษขยะอิเล็กทรอนิกส์จะถูกคัดแยกลงในแผงวงจรและจุ่มลงในสารละลาย Aqua Regia ซึ่งจะละลายโลหะส่วนใหญ่ รวมทั้งทองคำด้วย ณ จุดนี้ จำเป็นต้องมีรอบการกรองจำนวนมากเพื่อแยกทองคำออกจากสารละลายเพิ่มเติม ซึ่งในตัวมันเองเป็นเรื่องยากและใช้พลังงานมาก (ในขณะเดียวกันก็ต้องใช้สารรีดิวซ์ด้วย)

อย่างไรก็ตาม หากใส่โครงสร้างแอโรเจลของเวย์โปรตีนลงในสารละลาย อนุภาคทองคำจะเกิดสะเก็ดบนโครงสร้าง การใช้โครงสร้างเมตานี้ทำให้สามารถสกัดทองคำได้โดยไม่ต้องใช้กระบวนการทางเคมีเพิ่มเติม และเมื่อโครงสร้างแอโรเจลดูดซับอนุภาคทองคำได้เต็มที่แล้ว ก็สามารถหลอมละลายจนกลายเป็นก้อนทองคำดิบได้

นักเก็ตที่ได้จะมีความบริสุทธิ์ประมาณ 90 – 91% ซึ่งสูงมากเมื่อพิจารณาว่ากระบวนการยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและยังมีพื้นที่เหลือเฟือสำหรับการเติบโตและการปรับแต่ง 

รูปที่ 3 เผยให้เห็นความมหัศจรรย์ระดับจุลภาคของการนำทองคำกลับมาใช้ใหม่ผ่านเลนส์ของวัสดุศาสตร์ขั้นสูง ที่นี่ เราสำรวจการเดินทางของไอออนทองคำที่รวมตัวกันเป็นอนุภาคนาโนและการก่อตัวของผลึก ทั้งหมดนี้อำนวยความสะดวกโดยการใช้ AF แอโรเจลรุ่นบุกเบิก การบรรยายด้วยภาพนี้ไม่เพียงแต่รวบรวมแก่นแท้ของการวิจัยที่ล้ำสมัยเท่านั้น แต่ยังเป็นสัญลักษณ์ของการก้าวกระโดดไปสู่แนวทางปฏิบัติในการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืน โดยผสมผสานอาณาจักรของ เทคโนโลยี และการดูแลสิ่งแวดล้อม 

 อนุภาคนาโนทองคำและการก่อตัวของคริสตัลผ่านแอโรเจล AF a) การเกิดขึ้นของอนุภาคนาโนทองคำบนพื้นผิวของแอโรเจล AF หลังจากการดูดซับส่วนผสมของโลหะทอง 10 ppm b) การสร้างผลึกทองคำบน AF airgel ภายในขวดแก้วขนาด 4 มล. ที่บรรจุส่วนผสมโลหะ 1000 ppm c) ภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยแสงของตัวอย่าง AF airgel ที่แสดงใน (b) d) ภาพ SEM จัดแสดงแอโรเจล AF ที่ประดับด้วยคริสตัลสีทองที่เกิดขึ้นใหม่ e) การวิเคราะห์ XRD เผยให้เห็นโครงสร้างของแผ่นนาโนทองคำที่สังเคราะห์ผ่านการดูดซับและรีดักชัน Au3+ บนแอโรเจล AF ในเวลาต่อมา f) ภาพ AFM ของไมโครเพลทหกเหลี่ยมสีทองที่สร้างโดย AF (โดยมีส่วนแทรกที่ให้รายละเอียดโปรไฟล์ความสูงตลอดไมโครเพลท) g) การแสดงภาพ HAADF–STEM h) ภาพสเปกตรัม EDS ที่ใช้รหัสสีของอนุภาคที่แสดงใน (g) ซึ่งแสดงให้เห็นการซ้อนทับสัญญาณ Au-Lα และ C-Kα i) ภาพไมโครกราฟ BF STEM ของเกล็ดเลือด Au ควบคู่ไปกับรูปแบบ SAD ที่ได้รับในโหมดการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน ซึ่งแสดงให้เห็นการวางแนวระนาบ [111] ของเกล็ดเลือด 

ความก้าวหน้านี้มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ โดยการสกัดโลหะมีค่าไม่เพียงแต่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น แต่ยังคุ้มค่ามากขึ้นอีกด้วย เมื่อเทคโนโลยีเติบโตเต็มที่และขยายขนาดขึ้น ก็อาจลดอุปสรรคในการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ลงได้อย่างมาก และกระตุ้นให้มีการนำแนวทางปฏิบัติในการรีไซเคิลมาใช้ในวงกว้างมากขึ้นทั่วโลก

กระบวนการดังกล่าวสามารถช่วยจัดการกับขยะอิเล็กทรอนิกส์ได้หรือไม่?

โดยไม่คำนึงถึงความยากลำบากในการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ ที่ต้องทำเพียงเพราะว่า การปล่อยให้ขยะอิเล็กทรอนิกส์สะสมในหลุมฝังกลบนั้นเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้- การพยายามนำฮาร์ดแวร์เก่ากลับมาใช้ใหม่อาจไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาเสมอไป ซึ่งหมายความว่า ณ จุดหนึ่ง วงจรจำเป็นต้องถูกแยกย่อยออกเป็นวัตถุดิบและได้รับการเช่าอายุการใช้งานใหม่ 

แต่หากกระบวนการนี้สามารถทำให้ประหยัดได้ ไม่เพียงแต่จะช่วยสนับสนุนการวิจัยเพื่อค้นหาวิธีใหม่ๆ ในการนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เก่ากลับมาใช้ใหม่ แต่ยังสนับสนุนให้ผู้ใช้รีไซเคิลอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เก่าของพวกเขาด้วย ในความเป็นจริง หากการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์สามารถทำกำไรได้สูง ก็อาจเห็นว่าผู้ใช้แลกเปลี่ยนขยะอิเล็กทรอนิกส์เป็นเงินสดในโครงการซื้อคืน

สิ่งที่นักวิจัยได้แสดงให้เห็นก็คือ ไม่เพียงแต่สามารถสกัดโลหะมีค่าจากขยะอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังสามารถทำได้โดยใช้ของเสียจากกระบวนการอื่นอีกด้วย หากกระบวนการที่อธิบายโดยนักวิจัยสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้ ก็มีโอกาสมากที่จะนำไปสู่ ยุคใหม่ของการจัดการขยะอิเล็กทรอนิกส์ปูทางสู่อนาคตที่ขยะอิเล็กทรอนิกส์ไม่ได้ถูกมองว่าเป็นอุปสรรคอีกต่อไป แต่เป็นแหล่งของการเติบโตทางเศรษฐกิจ

นอกจากนี้ การประยุกต์ใช้เทคนิคการรีไซเคิลเชิงนวัตกรรมดังกล่าวสามารถปูทางไปสู่กรอบการกำกับดูแลและสิ่งจูงใจใหม่ๆ รัฐบาลและอุตสาหกรรมอาจได้รับแรงบันดาลใจในการทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดมากขึ้นเกี่ยวกับโซลูชันการจัดการขยะอิเล็กทรอนิกส์ โดยบูรณาการหลักการเศรษฐกิจแบบวงกลมเข้ากับแกนหลักของการออกแบบและกำจัดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

อ้างอิง

• เปลี่ยนขยะเป็นทอง | อีทีเอช ซูริก
• การนำทองคำกลับมาใช้ใหม่จากขยะอิเล็กทรอนิกส์โดยแอโรเจลอะไมลอยด์จากเศษอาหาร – วัสดุขั้นสูง – ห้องสมุดออนไลน์ของ Wiley