Elementi, kot so indij, galij ali kositer, so v naravi omejeni, hkrati pa so ključnega pomena za sodobne tehnologije, na primer optična vlakna, fotovoltaične sisteme in polprevodnike. Te elemente najdemo v vseh elektronskih napravah, vendar se trenutno pogosto izgubijo, ko naprave zavržemo med gospodinjskimi odpadki. Novi postopek recikliranja bo omogočil pridobivanje dragocenih surovin iz sežganih odpadkov in tako ohranil tehnološke kovine v krogu ponovne uporabe.

Nemčija je v letu 2019 porabila približno 16 ton primarnih surovin na prebivalca¹. To vključuje različne surovine, pridobljene iz naravnih virov, poleg biomase in fosilnih goriv tudi železovo, bakrovo, svinčevo in cinkovo rudo. Slednje mora Nemčija trenutno skoraj v celoti uvažati za nadaljnjo obdelavo. Kovinske surovine so omejeni viri, ki so pogosto redki ali pa jih najdemo le na omejenih območjih. Poleg tega kovine niso prisotne v čisti obliki in jih je treba pred obdelavo pridobiti s kompleksnimi kemično-termičnimi postopki. Kljub temu pa so kovinske surovine ključne za številne prihodnje tehnologije na področju električne mobilnosti, telekomunikacij in fotovoltaike. World Resources Council (Mednarodni svet za vire) pod okriljem Združenih narodov napoveduje, da bo do leta 2030 povpraševanje po njih po vsem svetu še naprej naraščalo. To je posledica vse večje uporabe elektronskih naprav, ki so odvisne od krmilne elektronike, narejene iz prilagojenih polprevodnikov, ki pa so brez redkih zemeljskih elementov neuporabni.

Kljub njihovi dragocenosti se ti elementi pogosto nenamerno izgubijo. Veliko ljudi majhne elektronske naprave, kot so žepne svetilke, USB-ključi, polnilni vtiči, kabli in celo mobilni telefoni, napačno odvrže med gospodinjske odpadke, namesto da bi jih oddali na zbirna mesta. V Nemčiji se gospodinjski odpadki običajno sežgejo, ta postopek pa ne omogoča učinkovite predelave dragocenih surovin, ki jih vsebujejo. Namesto tega ostanejo v žlindri ali pepelu, ki se odloži na odlagališča, kar pomeni, da tehnološki elementi zapustijo krogotok in niso več na voljo za nadaljnjo uporabo. Tu nastopi raziskovalni projekt, ki ga finančno podpira Okoljska fundacija Audi in se osredotoča na selektivno pridobivanje indija, galija in kositra. Cilj projekta je pridobiti kovine iz pepela ali žlindre, ki nastane po sežigu gospodinjskih odpadkov, za nadaljnjo uporabo v novih izdelkih. S ponovno uporabo in recikliranjem ni več potrebe po pridobivanju surovin iz narave. To je pristop, ki lahko znatno zmanjša okoljski vpliv rudarjenja ter emisije iz mednarodne trgovine z rudami in obdelanimi materiali (tj. ekvivalenti surovin).

Po meri izdelane pincete za kovinske ione

Postopek recikliranja temelji na metodi selektivne ekstrakcije in ga v laboratoriju trenutno razvija Betty Leibiger, doktorska študentka kemije na Univerzi za rudarstvo in tehnologijo v Freibergu. "Glavni izziv je ustvariti molekule, ki lahko specifično vežejo želene kovinske ione," pojasnjuje Leibiger. Z drugimi besedami, Leibiger mora razviti posebej oblikovane "pincete", ki lahko prepoznajo in ločijo želene kovinske ione iz raztopine elektrofiltrskega pepela. Vsaka po meri izdelana "glava pincete", ki se v tehničnem žargonu imenuje ligand, ustreza samo enemu kovinskemu ionu, na primer indiju. Leibiger nadaljuje: "Nato uporabimo kislino, da pincete sprostijo ione." Ta pristop omogoča, da se posamezni kovinski ioni postopoma ločijo od zmesi in postanejo dovolj čisti, da jih je mogoče uporabiti v tehnoloških aplikacijah.

"V tej fazi projekta se osredotočamo na razvoj več primernih pincetnih glav, ki jih bomo nato preizkusili in dodatno optimizirali v manjšem obsegu," pravi Leibiger. Ko bo postopek optimiziran, ga bo mogoče razširiti. V naslednjem koraku bodo sledili ekstrakcijski poskusi z uporabo pravega elektrofiltrskega pepela ali raztopin po luženju, ki se uporabljajo pri predelavi elektrofiltrskega pepela.

Ekološka raba surovin

Projekt in z njim povezana doktorska disertacija bosta trajala tri leta, prvo leto ju bo financirala Okoljska fundacija Audi. "Surovine so omejene, zato so metode za njihovo ohranjanje še toliko bolj pomembne, zlasti ko gre za velike količine, ki so uporabne v industriji. Ta postopek ni le znanstveni prispevek k vzpostavitvi kroženja virov, temveč tudi povezuje tradicionalno varstvo okolja z inovativnimi tehnologijami v skladu z našim pristopom Greenovation," pravi Rüdiger Recknagel, direktor Okoljske fundacije Audi. Cilj projekta pa je tudi ozaveščanje o ekološki rabi surovin.

Okoljska fundacija Audi s številnimi projekti opozarja na izgubo surovin in hkrati predlaga načine, kako bi jih lahko ohranili:

• Nemško-indijsko zagonsko podjetje Nunam, ki ga financira Okoljska fundacija Audi, odslužene baterije spreminja v mobilne enote za shranjevanje energije. Podjetje Nunam je iz dveh rabljenih baterijskih modulov iz testnih vozil Audi e-tron sestavilo tudi sončno nanomrežo. Inovativen pristop omogoča varčevanje z viri in prihrani energijo, ki bi jo sicer porabili za recikliranje in proizvodnjo novih baterij.
• Okoljska fundacija Audi želi v partnerstvu z organizacijo CLEAR RIVERS prispevati k rešitvi globalnega problema onesnaževanja oceanov s plastiko. Zbiralni bazeni za odpadke v rekah in pristaniščih, ki so že nameščeni v kanalu Bruselj-Charleroi, Budimpešti in Rotterdamu, preprečujejo, da bi plastični odpadki sploh dosegli morje. Zbrani odpadki se sortirajo in nato reciklirajo.
• Koncept sklenjene zanke igra pomembno vlogo tudi v projektu "Trajnostno pridobivanje visokotehnoloških elementov". Okoljska fundacija Audi v partnerstvu s TU Bergakademie Freiberg raziskuje nove načine pridobivanja visokotehnoloških kovin, kot so galij, indij, germanij in redki zemeljski elementi.

1 Vir: http://www.umweltbundesamt.de/ressourcenbericht2022, p. 44 ff.