Mineralet kritike nuk duhet të hidhen në mbeturina – teknologjia me mikrovalë ofron një mënyrë më të pastër për t’i rikuperuar ato nga elektronika e vjetëruar

Kur kompjuteri ose telefoni që po përdorni tani fiket përfundimisht dhe e dorëzoni për riciklim, a dini çfarë ndodh?

Në qendrën e riciklimit, magnetë të fuqishëm do të tërheqin çelikun. Tamburet që rrotullohen do të hedhin alumini në koshë. Fije bakri do të merren në grupe të rregullta për shitur përsëri. Por ndërsa shina e konvejës vazhdon të rrotullohet, grimca të vogla të materialeve të vlefshme, më pak të njohura si galiumi, indiumi dhe tantaliumi do të mbeten pas.

Këto grimca të vogla janë materiale kritike. Janë thelbësore për ndërtimin e teknologjisë së re, dhe janë në mungesë në SHBA. Mund të riciklohen përsëri, por ka një problem: Metodat aktuale të riciklimit bëjnë që rikuperimi i mineraleve kritike nga elektronika e vjetëruar të jetë shumë i kushtueshëm ose i rrezikshëm, kështu që shumë riciklistë i anashkalojnë ato.

Fatkeqësisht, shumica e këtyre materialeve të vështira për t’u ricikluar mbarojnë të varrosura në deponi ose përzihen në produkte si çimento. Por nuk duhet të jetë kështu. Teknologjia e re po fillon të bëjë ndryshim.

Ndërsa kërkesa për këto materiale kritike vazhdon të rritet, elektronika e hedhur mund të bëhet burim i vlefshëm. Koleget dhe unë në Universitetin e West Virginia po zhvillojmë një teknologji të re për ndryshimin e mënyrës së riciklimit. Në vend që të përdorim kimikate toksike, qasja jonë përdor energjinë elektrike, duke e bërë më të sigurt, më të pastër dhe më ekonomik për të rikuperuar materialet kritike nga elektronika.

Sa është sasia e mbeturinave elektronike që po flasim?

Amerikanët gjeneruan rreth 2.7 milionë ton mbeturina elektronike në vitin 2018, sipas të dhënave më të fundit federale. Duke përfshirë elektronikën e papërfshirë në shifra, një sondazh nga Kombet e Bashkuara sugjeron se SHBA vetëm riciklojnë rreth 15% të totalit të mbeturinave elektronike.

Madje edhe më keq, gati gjysma e elektronikës që njerëzit në Amerikën e Veriut dërgojnë në qendrat e riciklimit përfundon duke u dërguar jashtë vendit. Ato shpesh mbërrijnë në oborre të plehrave, ku punëtorët mund të përdorin metoda të rrezikshme si djegia ose nxjerrja e metaleve të vlefshme duke përdorur kimikate të ashpra. Këto praktika mund dëmtojnë të mjedisin dhe shëndetin e punëtorëve. Prandaj Agjencia e Mbrojtjes së Mjedisit kufizon këto metoda në SHBA.

Pikat e vogla kanë rëndësi

Mineralet kritike janë në shumicën e teknologjisë rreth jush. Çdo ekran i telefonit ka një shtresë shumë të hollë të një materiali të quajtur indium tin oxide. Dritat LED shkëlqejnë për shkak të një metali të quajtur galium. Tantalumi ruan energji në pjesë të vogla elektronike të quajtura kondenzatorë.

Të gjitha këto materiale janë shënjuar si “rrezik i lartë” në listën e materialeve kritike të Departamentit të Energjisë të SHBA-së. Kjo do të thotë se SHBA mbështetet rëndë në këto materiale për teknologji të rëndësishme, por furnizimi i tyre mund të prishen lehtësisht nga konfliktet, mosmarrëveshjet tregtare ose mungesat.

Tani për tani, vetëm disa vende, duke përfshirë Kinën, kontrollojnë shumicën e minierave, përpunimit dhe rikuperimit të këtyre materialeve, duke e bërë SHBA të cenueshme nëse ato vende vendosin të kufizojnë eksportet ose të rrisin çmimet.

Këto materiale nuk janë të lirë, gjithashtu. Për shembull, Raporti i Shërbimit Gjeologjik të SHBA-së raporton se galia ishte e çmuar ndërmjet US$220 deri në $500 për kilogram në vitin 2024. Kjo është 50 herë më e shtrenjtë se metale të zakonshme si bakri, me $9.48 për kilogram në vitin 2024.

Revolucioni i riciklimit me mikrovala

Në Departamentin e Inxhinierisë Mekanike, Materialeve dhe Hapësirës në Universitetin e West Virginia, Unë dhe shkencëtari i materialeve Edward Sabolsky bëmë një pyetje të thjeshtë: A mund të gjejmë një mënyrë për të ngrohur vetëm pjesë të caktuara të mbetjeve elektronike për të rikuperuar këto materiale të vlefshme?

Nëse mund të fokusojmë nxehtësinë vetëm tek grimcat e vogla të mineraleve kritike, mund të jemi në gjendje t’i riciklojmë ato lehtësisht dhe në mënyrë efikase.

Zgjidhja që gjetëm: mikrovalët.

Ky mjet nuk është shumë i ndryshëm nga furrat me mikrovalë që përdorni për të ngrohur ushqimin në shtëpi, vetëm më i madh dhe më i fuqishëm. Shkenca bazë është e njëjtë – valët elektromagnetike shkaktojnë që elektronet të oscilojnë, duke krijuar nxehtësi.

Në qasjen tonë, megjithatë, nuk po ngremë molekulat e ujit siç bëni kur gatuani. Përkundrazi, ne ngremë karbonin, mbetjen e zezë që grumbullohet rreth flakës së qiririt ose tubit të pasmë të makinës. Karboni ngrohet shumë më shpejt në një mikrovalë sesa uji. Por mos e provoni këtë në shtëpi; mikrovala juaj e kuzhinës nuk është projektuar për temperatura kaq të larta.

Në metodën tonë të riciklimit, fillimisht copëtojmë mbeturinat elektronike, i përziejmë ato me materiale të quajtura fluxa që kapin papastërtitë, dhe pastaj ngrohim përzierjen me mikrovalë. Mikrovalët ngrohin shpejt karbonin që vjen nga plastika dhe ngjitëset në mbeturinat elektronike. Kjo shkakton që karboni të reagojë me grimcat e vogla të materialeve kritike. Rezultati: një copë e vogël metali të pastër, të ngjashëm me një sfungjer, madhësia e një kokër orizi.

Ky metal mund të ndahet lehtësisht nga mbeturinat e mbetura duke përdorur filtrat.

Derisa tani, në testet tona laboratorike, kemi rikuperuar me sukses rreth 80% të galiumit, indiumit dhe tantaliumit nga mbeturinat elektronike, me pastërti mes 95% dhe 97%. Gjithashtu kemi demonstruar se si mund të integrohet me proceset ekzistuese të riciklimit.

Pse Departamenti i Mbrojtjes është i interesuar

Teknologjia jonë reciklimit teknologjinë filloi me ndihmën e një programi të financuar nga Agjencia e Projekteve të Avancuara të Kërkimit të Departamentit të Mbrojtjes, ose DARPA.

Shumë teknologji të rëndësishme, nga sistemet radar deri te reaktorët bërthamorë, varen nga këto materiale të veçanta. Ndërsa Departamenti i Mbrojtjes përdor më pak prej tyre se tregu komercial, ato janë një preokupim për sigurinë kombëtare.

Po planifikojmë të lançojmë projekte pilot më të mëdha pranë për të testuar metodën në bordet e qarkut të telefonave inteligjentë, pjesët e ndriçimit LED dhe kartat e serverëve nga qendrat e të dhënave. Këto teste do na ndihmojnë të përshtatim dizajnin për një sistem më të madh që mund të riciklojë tonelata të tërë të mbetjeve elektronike në orë, në vend që vetëm disa paund. Kjo mund të nënkuptojë prodhimin deri në 50 paund këto minerale kritike në orë nga çdo ton i mbetjeve elektronike të përpunuara.

Nëse teknologjia funksionon siç pritet, ne besojmë se kjo qasje mund të ndihmojë për të përmbushur kërkesën e vendit për materiale kritike.

Si ta bëjmë riciklimin e mbetjeve elektronike të zakonshëm

Një mënyrë për ta bërë riciklimin e mbetjeve elektronike më të zakonshëm është nëse Kongresi mbështet kompanitë e elektronikës përgjegjëse për riciklimin e produkteve të tyre dhe rikuperimin e materialeve kritike brenda. Mbyllja e hapësirave që lejojnë kompanitë të dërgojnë mbetjet elektronike jashtë vendit, në vend që t’i përpunojnë ato në mënyrë të sigurt në SHBA, gjithashtu mund të ndihmojë në ndërtimin e një rezervuari të mineraleve kritike të rikuperuara.

Por ndryshimi më i madh mund të vijë nga ekonomia e thjeshtë. Pasi teknologjia të bëhet e disponueshme për të rikuperuar këto grimca të vogla por të vlefshme të materialeve kritike shpejt dhe me kosto të ulët, SHBA mund të transformojë riciklimin vendor dhe të bëjë një hap të madh drejt zgjidhjes së mungesës së materialeve kritike.