Sản phẩm phụ phô mai biến chất thải điện tử thành vàng
Những điều quan trọng cần biết:
- Vấn đề rác thải điện tử toàn cầu đang leo thang, với hàng triệu tấn được tạo ra hàng năm, đòi hỏi các giải pháp tái chế sáng tạo.
- Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp đột phá sử dụng protein whey từ sản phẩm phụ của phô mai để chiết xuất vàng từ rác thải điện tử một cách hiệu quả.
- Kỹ thuật mới này không chỉ hứa hẹn giảm tác hại đến môi trường mà còn cải thiện khả năng kinh tế của việc tái chế chất thải điện tử.
- Quá trình này thể hiện một bước quan trọng hướng tới quản lý chất thải điện tử bền vững, có khả năng thay đổi ngành tái chế.
Khi vấn đề rác thải điện tử tiếp tục gia tăng, chi phí khoáng sản thô tăng cao, sự khan hiếm ngày càng tăng của các yếu tố quan trọng và thiệt hại ngày càng gia tăng mà môi trường phải đối mặt đang gây áp lực lên các chính phủ, kỹ sư và công chúng trên thế giới. Nhận thức được những thách thức mà rác thải điện tử phải đối mặt, các nhà nghiên cứu gần đây đã chứng minh một kỹ thuật mới tiềm năng sử dụng phế liệu phô mai cũ để chiết xuất vàng từ đồ điện tử hiệu quả hơn. Việc tái chế rác thải điện tử đưa ra những thách thức gì, các nhà nghiên cứu đã chứng minh điều gì và liệu quy trình như vậy có thể giúp giải quyết những thách thức về rác thải điện tử cho thế hệ tiếp theo không?
Việc tái chế rác thải điện tử mang lại những thách thức gì?
Không thể đánh giá thấp vai trò của thiết bị điện tử trong cuộc sống hàng ngày; nó thực tế là nền tảng cho mọi việc chúng ta làm, từ thanh toán hóa đơn đến tìm kiếm nguồn giải trí. Nhưng trong khi điện tử tiếp tục đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền văn minh, nó lại đặt ra hàng loạt thách thức cần phải giải quyết.
Một thách thức như vậy là tốc độ thay đổi cực độ trong ngành điện tử, có thể nhanh chóng khiến nhiều người bị bỏ lại phía sau. Những người có thể theo kịp các xu hướng công nghệ mới nhất có thể tận dụng tối đa các dịch vụ phần cứng và phần mềm mới, trong khi những người không thể làm được điều đó thường bị bỏ lại phía sau.
Một thách thức khác là nhiều vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư phải đối mặt khi thêm thiết bị điện tử vào các thiết bị hàng ngày. Việc đưa micro, camera và mảng cảm biến vào sản phẩm, cùng với khả năng kết nối internet, khiến chúng trở thành thiết bị gián điệp tiềm năng cũng như nền tảng để phát động các cuộc tấn công.
Tác động môi trường của rác thải điện tử là rất sâu sắc, với chưa đến 20% được tái chế đúng cách. Điều này không chỉ dẫn đến tổn thất đáng kể về kim loại quý và các tài nguyên khác mà còn góp phần làm suy thoái môi trường nghiêm trọng và gây ra các rủi ro về sức khỏe do thải các chất độc hại vào hệ sinh thái.
Cuộc khủng hoảng ngày càng tăng của việc tích lũy rác thải điện tử
Tuy nhiên, một vấn đề phổ biến tiếp tục trở nên trầm trọng hơn mỗi năm vẫn là vấn đề quan trọng nhất: rác thải điện tử. Nói một cách đơn giản, tất cả các thiết bị điện tử cuối cùng bị hỏng, trở nên lỗi thời hoặc đơn giản là không mong muốn và phải bị loại bỏ. Xét rằng hầu hết người sử dụng thiết bị điện tử đều là người tiêu dùng, phần lớn rác thải điện tử này nằm trong thùng rác và hiếm khi được tái chế.
“Bạn không thể bền vững hơn thế nữa!” – Giáo sư Raffaele Mezzenga, liên quan đến việc sử dụng sản phẩm phụ phô mai để thu hồi vàng từ rác thải điện tử.
Hiểu được tầm quan trọng của vấn đề rác thải điện tử là rất quan trọng. Theo Tổ chức Giám sát Chất thải Điện tử Toàn cầu, chỉ riêng năm 53.6, thế giới đã tạo ra 2019 triệu tấn chất thải điện tử đáng kinh ngạc, một con số dự kiến sẽ tăng theo cấp số nhân. Điều này nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết về các phương pháp tái chế sáng tạo không chỉ giảm thiểu tác hại đến môi trường mà còn phục hồi hiệu quả các nguồn tài nguyên có giá trị.
Do lượng rác thải điện tử không được tái chế lớn nên tôiandfills có thể nhanh chóng trở thành bị nhiễm nhiều hóa chất và hợp chất bao gồm chì, thủy ngân và asen, tất cả đều có thể gây ô nhiễm môi trường địa phương. Hơn nữa, nếu chất thải này được đưa vào lò đốt thì các hợp chất thu được sẽ bị đẩy vào không khí, khiến bầu không khí càng thêm ô nhiễm.
Lớp lót bạc: Kim loại có giá trị trong rác thải điện tử
Một ưu điểm của thiết bị điện tử hiện đại là chúng chứa rất nhiều kim loại quý, bao gồm vàng, bạc và đồng. Xét thấy rằng những yếu tố này ngày càng trở nên đắt đỏ hơn mỗi năm, lợi nhuận kinh tế từ việc tái chế chất thải điện tử cũng tăng lên.
Tuy nhiên, việc khai thác các khoáng chất có giá trị này từ rác thải điện tử nói thì dễ hơn làm và việc sử dụng các hóa chất cực kỳ ăn da (bao gồm axit nitric, axit sulfuric và axit clohydric) khiến quá trình tái chế trở nên nguy hiểm ngoài lý do. Tệ hơn nữa, năng lượng cần thiết để nấu chảy và chiết xuất kim loại quý cũng đặt ra những thách thức liên quan đến lượng khí thải CO2.
Cách tiếp cận sáng tạo của các nhà nghiên cứu ETH Zürich, tận dụng whey protein từ các sản phẩm phụ phô mai, thể hiện bước nhảy vọt đáng kể trong việc tái chế rác thải điện tử bền vững. Phương pháp này không chỉ làm giảm sự phụ thuộc vào hóa chất độc hại mà còn cho thấy tiềm năng thực hành nền kinh tế tuần hoàn bằng cách tái sử dụng chất thải công nghiệp thực phẩm vì lợi ích môi trường.
Hình 1 đi sâu vào nội dung biến rác thải thành vàng theo đúng nghĩa đen. Ở đây, chúng ta thấy cách các nhà nghiên cứu sử dụng khéo léo váng sữa, sản phẩm phụ của phô mai, cùng với rác thải điện tử để chiết xuất vàng nguyên chất. Đó là một minh chứng tuyệt vời về hoạt động của nền kinh tế tuần hoàn, biến những gì chúng ta thường vứt bỏ thành những nguồn tài nguyên có giá trị. Sơ đồ này cho chúng ta cái nhìn về tương lai của ngành tái chế, nơi mỗi mảnh rác thải đều tìm thấy sự sống thứ hai.
Tái chế chất thải điện tử cũng đòi hỏi mức độ lao động thủ công cao vì các thiết bị cần được sắp xếp và loại bỏ hợp lý. Ví dụ: sản phẩm điện tử cần phải tháo vỏ, dây và pin trước khi trần PCB có thể được ném vào thùng hóa chất lớn.
Việc sử dụng lao động chân tay này làm tăng chi phí tái chế đồng thời khiến người lao động phải tiếp xúc với các hợp chất độc hại ở mức độ nguy hiểm tiềm tàng. Hơn nữa, khi một lượng lớn rác thải điện tử tìm đường đến các quốc gia đang phát triển, các biện pháp phòng ngừa an toàn hiếm khi được tuân thủ, dẫn đến thiệt hại trên quy mô lớn.
Các nhà nghiên cứu sử dụng phế liệu phô mai cũ để chiết xuất vàng
Rõ ràng là quá trình tái chế rác thải điện tử rất phức tạp và tốn kém, nhưng xét đến phần thưởng bao gồm một lượng đáng kể vàng, bạc và đồng, việc đầu tư như vậy có thể mang lại lợi nhuận. Nếu quá trình này có thể được thực hiện thân thiện với môi trường hơn thì việc tái chế rác thải điện tử sẽ trở nên dễ dàng hơn. Nhận thức được lợi ích của việc tái chế rác thải điện tử, các nhà nghiên cứu từ EHT Zurich đã công bố những phát hiện của họ về phương pháp mới được phát triển để tách vàng từ rác thải điện tử, được cho là giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng trong khi tăng đáng kể tỷ suất lợi nhuận cuối cùng.
Làm nổi bật tầm quan trọng của nghiên cứu này, khả năng hấp thụ có chọn lọc vàng từ chất thải điện tử của phương pháp này mà không cần các quá trình hóa học bổ sung là yếu tố thay đổi cuộc chơi. Nó minh họa cách nghiên cứu liên ngành có thể dẫn đến những đột phá giải quyết cả tính bền vững của môi trường và phục hồi tài nguyên.
Cách tiếp cận sáng tạo để thu hồi vàng từ rác thải điện tử
Để đạt được hiệu quả khai thác vàng, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng pho mát phế thải có chứa whey protein. Bằng cách sử dụng sự hình thành Amyloid, các nhà nghiên cứu đã biến protein whey thành cấu trúc aerogel bao gồm cấu trúc protein whey tinh tế với các lỗ rỗng lớn. Nếu sự hình thành aerogel được kiểm soát cẩn thận, nó có thể tạo ra một siêu cấu trúc có đặc tính hấp thụ chọn lọc, nghĩa là cấu trúc của nó xác định những yếu tố nào nó liên kết tốt.
Sau đó, rác thải điện tử được phân loại thành các bảng mạch và ngâm trong dung dịch Aqua regia, dung dịch này có thể hòa tan hầu hết các kim loại, bao gồm cả vàng. Tại thời điểm này, sẽ cần nhiều chu trình lọc để tách vàng ra khỏi dung dịch, bản thân việc này rất khó khăn và tốn nhiều năng lượng (đồng thời cần có chất khử).
Tuy nhiên, nếu cấu trúc whey protein aerogel được cho vào dung dịch, các hạt vàng sẽ tạo thành các vảy trên cấu trúc. Việc sử dụng siêu cấu trúc này cho phép khai thác vàng mà không cần sử dụng thêm các quá trình hóa học và khi cấu trúc aerogel đã hấp thụ hoàn toàn các hạt vàng, nó có thể được nấu chảy để tạo thành cục vàng thô.
Nugget thu được có thể có độ tinh khiết khoảng 90 – 91%, một mức cực kỳ cao vì quy trình này vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và còn nhiều chỗ để phát triển và sàng lọc.
Hình 3 hé lộ những điều kỳ diệu hiển vi của quá trình thu hồi vàng qua lăng kính của khoa học vật liệu tiên tiến. Ở đây, chúng tôi khám phá hành trình biến đổi của các ion vàng, khi chúng hội tụ thành các hạt nano và dạng tinh thể, tất cả đều được tạo điều kiện thuận lợi nhờ việc tiên phong sử dụng aerogel AF. Tường thuật trực quan này không chỉ nắm bắt được bản chất của nghiên cứu tiên tiến mà còn tượng trưng cho bước nhảy vọt hướng tới thực hành tái chế chất thải điện tử bền vững, kết hợp với các lĩnh vực công nghệ và quản lý môi trường.
Các hạt nano vàng và sự hình thành tinh thể thông qua aerogel AF. a) Sự xuất hiện của các hạt nano vàng trên bề mặt aerogel AF sau khi hấp thụ hỗn hợp kim loại vàng 10 ppm. b) Việc tạo ra các tinh thể vàng trên aerogel AF trong lọ thủy tinh 4 mL chứa đầy hỗn hợp kim loại 1000 ppm. c) Ảnh chụp nhanh kính hiển vi quang học của mẫu aerogel AF được mô tả trong (b). d) Hình ảnh SEM cho thấy một aerogel AF được trang trí bằng các tinh thể vàng mới hình thành. e) Phân tích XRD cho thấy cấu trúc của các tấm nano vàng được tổng hợp thông qua quá trình hấp phụ và khử Au3+ sau đó trên aerogel AF. f) Hình ảnh AFM của các tấm vi mạch lục giác vàng do AF tạo ra (có phần bên trong mô tả chi tiết cấu hình chiều cao trên tấm vi mô). g) Trực quan hóa HAADF-STEM. h) Hình ảnh phổ EDS được mã hóa màu của hạt được hiển thị trong (g), minh họa lớp phủ tín hiệu Au-Lα và C-Kα. i) Ảnh vi mô BF STEM của tiểu cầu Au cùng với mẫu SAD của nó thu được ở chế độ nhiễu xạ điện tử, thể hiện hướng mặt phẳng [111] của tiểu cầu.
Bước đột phá này có khả năng biến đổi ngành tái chế chất thải điện tử bằng cách làm cho việc chiết xuất kim loại quý không chỉ thân thiện với môi trường hơn mà còn tiết kiệm chi phí hơn. Khi công nghệ phát triển và mở rộng quy mô, nó có thể hạ thấp đáng kể các rào cản đối với việc tái chế chất thải điện tử, khuyến khích áp dụng rộng rãi hơn các hoạt động tái chế trên toàn cầu.
Những quy trình như vậy có thể giúp giải quyết vấn đề rác thải điện tử không?
Bất kể những khó khăn phải đối mặt khi tái chế rác thải điện tử, nó phải được thực hiện đơn giản bởi vì cho phép chất thải điện tử tích tụ trong các bãi chôn lấp là không thể chấp nhận được. Cố gắng tái sử dụng phần cứng cũ không phải lúc nào cũng là một giải pháp, có nghĩa là đến một lúc nào đó, các mạch điện cần được chia nhỏ thành nguyên liệu thô và có tuổi thọ mới.
Nhưng nếu quá trình này có thể được thực hiện một cách tiết kiệm, nó không chỉ giúp tài trợ cho nghiên cứu tìm ra những cách mới để tái sử dụng các thiết bị điện tử cũ mà còn khuyến khích người dùng tái chế các thiết bị điện tử cũ của họ. Trên thực tế, nếu việc tái chế rác thải điện tử có thể mang lại lợi nhuận cao thì người dùng có thể đổi rác thải điện tử lấy tiền mặt trong các chương trình mua lại.
Điều mà các nhà nghiên cứu đã chứng minh là không chỉ có thể chiết xuất các kim loại có giá trị từ rác thải điện tử hiệu quả hơn mà còn có thể thực hiện bằng cách sử dụng chất thải từ các quy trình khác. Nếu quá trình được các nhà nghiên cứu mô tả có thể được cải tiến hơn nữa, nó rất có thể sẽ dẫn đến một kỷ nguyên mới của quản lý rác thải điện tử, mở đường cho một tương lai nơi rác thải điện tử không còn được coi là trở ngại mà là nguồn tăng trưởng kinh tế.
Hơn nữa, việc áp dụng các kỹ thuật tái chế tiên tiến như vậy có thể mở đường cho các khung pháp lý và ưu đãi mới. Các chính phủ và các ngành công nghiệp có thể được truyền cảm hứng để hợp tác chặt chẽ hơn về các giải pháp quản lý rác thải điện tử, tích hợp các nguyên tắc kinh tế tuần hoàn vào cốt lõi của thiết kế và xử lý rác thải điện tử.
dự án
- Biến rác thải thành vàng | ETH Zurich
- Thu hồi vàng từ rác thải điện tử bằng aerogel amyloid trong rác thải thực phẩm – Vật liệu tiên tiến – Thư viện trực tuyến Wiley