Они скрывают в себе настоящие сокровища, но их извлечение традиционными методами слишком дорого и токсично.
Выброшенные материнские платы компьютеров содержат крошечные следы ценных металлов, скрытые под слоями пластика и стекловолокна. Внутри плотных схем устаревших ноутбуков или серверов находятся тонкие дорожки из золота, меди и других проводящих элементов, которые когда-то передавали электронные сигналы.
Извлечение этих металлов становится трудным, как только устройства достигают конца срока своей службы. По всему миру перерабатывающие предприятия ежегодно обрабатывают тысячи тонн электронных отходов, разбирая устаревшие устройства – от сломанных ноутбуков до списанного оборудования дата-центров, пишет Indian Defence Review.
Большинство заводов по переработке измельчают оборудование и используют высокую температуру или сильные химикаты для отделения металлов от пластика и стекловолокна. Эти промышленные методы потребляют большое количество энергии и часто образуют химические остатки, которые необходимо очищать перед повторным использованием материалов.
Когда исследователи из ETH Zurich начали изучать выброшенную электронику, собранную из местных потоков отходов, они искали способ извлечения ценных металлов без использования жестких промышленных процессов. Команда под руководством профессора Раффаэле Мецценги начала экспериментировать с необычным материалом, который обычно оказывается отходом в совершенно другой отрасли. Вместо сложных механизмов они проверили, может ли побочный продукт производства сыра захватывать драгоценные элементы, скрытые внутри старого компьютерного оборудования.
Современные цифровые устройства содержат металлы, сплавленные с пластиком и стекловолокном так, что их разделение затруднительно для обычных перерабатывающих заводов. Стандартное восстановление обычно включает измельчение оборудования и плавление металлических компонентов при высоких температурах. Эти термические процессы требуют значительной энергии и могут давать химические побочные продукты, требующие дальнейшей обработки.
Исследователи из ETH Zurich собрали десятки единиц выброшенной электроники, которая изначально предназначалась для свалки или сжигания. Команда заметила, что существующие методы восстановления часто полагаются на токсичные химикаты или большие затраты электроэнергии для изоляции драгоценных металлов. Они хотели проверить, сможет ли биологический материал выполнить ту же задачу, используя более простой метод.
Их внимание привлекла сыворотка – жидкость, образующаяся при производстве сыра. Молочные предприятия производят огромные объемы сыворотки, и большая ее часть считается малоценным отходом. Жидкость содержит сывороточные белки, которые могут превращаться в необычные молекулярные структуры при контролируемых химических условиях.
Команда под руководством профессора Раффаэле Мецценги обнаружила, что сывороточные белки можно превратить в специализированный фильтр, способный извлекать драгоценные металлы из растворенных электронных компонентов. Когда исследователи протестировали материал на ломе из выброшенной электроники, результаты наглядно продемонстрировали эффективность методики.
В одном эксперименте ученые пропустили через свою систему 20 выброшенных материнских плат. После завершения процесса экстракции исследователи получили небольшой металлический самородок весом около 450 миллиграммов. Лабораторный анализ показал, что это было 22-каратное золото чистотой примерно 91 процент.
Команда опубликовала результаты в журнале Advanced Materials, описав, как материал избирательно захватывает золото из смеси растворенных металлов, включая медь, железо и алюминий. Поскольку извлеченный металл уже достигает высокой чистоты, его можно использовать в промышленных целях без сложной вторичной очистки.
"Больше всего мне нравится то, что мы используем побочный продукт пищевой промышленности для получения золота из электронных отходов", – сказал Раффаэле Мецценга во время презентации результатов.
Исследователи также подсчитали, что стоимость извлеченного золота значительно превышает затраты на производство белкового материала. Использование одного потока отходов для переработки другого создает циклический подход, связывающий электронную промышленность с молочной.
Процесс начинается с нагревания сывороточных белков в кислой среде. Эта обработка заставляет белки реорганизовываться в микроскопические волокна, называемые амилоидными фибриллами. Эти чрезвычайно тонкие волокна естественным образом собираются в гелеобразную сеть, которую позже можно высушить в пористую губку.
Полученная белковая губка содержит плотную сеть микроскопических волокон, создающую большую площадь поверхности. Эта структура позволяет губке эффективно взаимодействовать с растворенными ионами металлов в жидких растворах. Когда электронные компоненты превращаются в богатую ионами смесь, губка действует как селективный фильтр.
Для подготовки электроники исследователи сначала растворили металлические части компьютерных материнских плат в кислотном растворе. Как только металлы превратились в ионы, губку поместили непосредственно в жидкость. Ионы золота прилипали к амилоидным фибриллам гораздо сильнее, чем большинство других металлов в смеси.
"Трудно представить что-то более экологичное!" – сказал Раффаэле Мецценга, описывая процесс.
Стабильность губки в кислых средах оказалась важной для процесса экстракции. По словам исследовательской группы, материал также может производиться в больших масштабах с использованием оборудования, которое уже имеется на многих существующих предприятиях по переработке пищевых продуктов.
После того как губка поглощает ионы металлов, ее необходимо нагреть, чтобы высвободить захваченный материал. На этом этапе ионы восстанавливаются в металлические частицы, которые скапливаются на поверхности. Затем эти частицы можно сплавить вместе, чтобы сформировать небольшие слитки металла.
Процесс нагревания разрушает белковую губку, но исходный материал остается дешевым, так как он получается из излишков молочных отходов. По данным исследователей, стоимость закупки сыворотки примерно в 50 раз ниже рыночной стоимости золота, которое можно извлечь с помощью этого процесса.
Ведущий исследователь Мохаммад Пейдайеш отметил, что это экономическое преимущество может сделать технологию привлекательной для компаний по переработке, ищущих лучшие способы извлечения драгоценных металлов из электронных отходов.
"Технология готова к выходу на рынок", – сказал Раффаэле Мецценга, обсуждая возможность масштабирования системы для промышленного использования.
Хотя первоначальные эксперименты были сосредоточены на золоте, исследователи полагают, что тот же подход со временем может быть адаптирован для извлечения других ценных элементов, содержащихся в электронных компонентах. Такие металлы, как платина и палладий, широко используются в современных схемах и промышленном оборудовании.
Регулируя кислотность и температуру при формировании амилоидных фибрилл, команда полагает, что белковая губка потенциально сможет нацеливаться на ионы других металлов. Расширение процесса может увеличить ассортимент материалов, извлекаемых из выброшенной электроники.
Исследователи также планируют усовершенствовать химическую обработку, используемую для растворения оборудования, чтобы кислотный раствор можно было нейтрализовать и использовать повторно. Объединение отходов молочной промышленности с ломом компьютерных материнских плат демонстрирует циклический метод, который превращает два отдельных потока отходов в ценные материалы.
Самородок, полученный в ходе лабораторного эксперимента, весил 450 миллиграммов и содержал 91 процент золота и 9 процентов меди, что соответствует составу высококачественного 22-каратного золота.
Ранее УНИАН сообщал, что крупнейшая солнечная ферма Китая незаметно меняет пустыню вокруг себя.