Stærk strøm haler kostbare ressourcer ud af computerskrot

Af Palle Vibe, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Elektronisk skrot er en af de hurtigst voksende affaldstyper i den industrialiserede verden, og ifølge beregninger vokser bunkerne af kasserede mobiltelefoner, tablets og meget andet it-udstyr med op imod 40 millioner ton årligt kloden over. Langt det meste bliver bare smidt på lossepladser.

Men alt dette elektroniske affald rummer uhørt store mængder råstoffer, der vil kunne genanvendes til mange nye produkter og aflaste miljøet. I dag er det kun muligt at udnytte og genanvende cirka 20 procent af de materialer, der kan hentes i elektronikskrot.

Fremgangsmåderne er forskellige og ikke specielt effektive. En første grov adskillelse af forskellige materialer kan ske ved eksempelvis at filtrere affaldet på forskellig måde, der udnytter, at de forskellige materialer har forskellig vægt, tæthed og magnetiske egenskaber.

Det er en simpel, billig og effektiv fremgangsmåde, og den forudsætter ikke brug af kemikalier og er dermed også relativ miljøvenlig. Men resultatet er kun en meget grov sortering og efterlader materialerne i en tilstand, der ofte kræver omstændelig og langvarig forberedelse og efterbehandling.

Smelte eller ætse?

Det er muligt at udvinde og adskille skrotbunkernes indhold af råstoffer mere nøjagtigt, men det er dyrt, arbejdskrævende, energikrævende, miljøskadeligt og alligevel ikke særlig effektivt. De to mest anvendte metoder til genudvinding af råstoffer fra skrot i dag er udsmeltning og bortætsning, men det er ligeså ubehageligt for omgivelserne, som det lyder.

Ved udsmeltning eller pyrometallurgi smeltes de indeholdte metaller ud ved meget høj temperatur. Det er en energikrævende proces, der smelter alt under ét og kræver store ovne. Metoden afgiver også giftige dampe med stort indhold af tungmetaller, som har lavt smeltepunkt – såsom kviksølv, kadmium og bly.

Bortætsning eller hydrometallurgi består i at fjerne materiale uden om de ønskede råstoffer ved hjælp af syre, base eller cyanid. Men også denne proces er langsommelig og svær at arbejde med. Ikke mindst når det gælder større kvanta af affald, der forudsætter store mængder koncentrerede ætsemidler og efterlader lige så store mængder restprodukter, der kan forårsage ny efterfølgende forurening.

Begge metoder producerer samtidig sundhedsfarlige biprodukter i form af støv eller røg, der kan skade både medarbejderne på genbrugsstationerne såvel som de omkringboende. En tredje og måske mere præcis og mindre miljøskadelig metode er biometallurgi, men denne teknologi er endnu i sin vorden og langt fra parat til praktisk brug endnu.

Derfor forsker ingeniører og universiteter over hele verden intensivt for at finde brugbare veje til at genanvende de ressourcer, der stadig ligger inde i de millioner af tons elektronikaffald, der hober sig op på vores lossepladser og skrotstationer.

Forskernes skematiske fremstilling af Flash Joule-metode: Det fordampede metal filtreres gennem en proces, hvor man leder dampen bort fra opvarmningskammeret i vakuum til et nedkølingskammer, hvor metallet fortættes.

Det vil nemlig betyde, at nye råstoffer i stedet vil kunne deponeres på genbrugsstationer og genindvindingsanlæg og her vil kunne udvindes centralt.

Med de rigtige teknologier vil der tillige kunne udvindes tonsvis af værdifulde metaller som kobber, stål og aluminium for adskillige milliarder kroner ud af gamle ledninger og rør, og den eventuelle ledningsisolation kan efterlades i jorden og på et senere tidspunkt anvendes som isolation om fiberoptiske kabler.

Det vil igen kunne spare industrien for enten selv at søge eller opkøbe nødvendige nye råmaterialer i stadigt fjernere og mere og mere vanskeligt tilgængelige egne og områder. Miljøet vil også blive skånet, da minedrift og anden udvinding efterlader store ar i jordskorpen og bruger tonsvis af vand, som der heller ikke alle steder er lige let adgang til i de fornødne mængder.

Forskere i stødet

Men måske har det amerikanske Rice University i Texas nu udviklet en efter alt at dømme både miljøvenlig, bæredygtig og rentabel udvindingsproces. Metoden hedder Flash Joule og kan trække både ædelmetaller og tungmetaller ud af it-skrot på millisekunder blot ved at give elektronikaffaldet et gedigent elektrisk stærkstrømsstød, der på tusindedele af et sekund udvikler en varme på op til 3120 grader.

Så høj en temperatur får de fleste ikke kulstofholdige råmaterialer inklusive ædelmetaller til at fordampe. Kunststoffer, der indeholder kulstof som eksempelvis plastik, smelter også og efterlader rent kulstof, der blandt andet kan genanvendes som grafen.

De afledte metaldampe filtreres gennem en proces, der kaldes ”evaporative separation”, hvor man leder dampene eller gasserne bort fra opvarmningskammeret i vakuum til et nedkølingskammer, hvor de fortættes, hvorefter de resulterende råmaterialer yderligere kan raffineres med traditionelle metoder. De eventuelle skadelige bestanddele, der er tilbage, kan enten ledes til filtrering eller til forsvarlig destruktion.

Store besparelser

Da de anvendte stærkstrømsstød blot varer milli-sekunder, bruges tilsvarende minimal energi. Strømforbruget beløber sig til cirka 939 kilowatttimer pr. ton genbrugsmateriale. Det er 80 gange mindre energi, end der forbruges af kommercielle smelteovne og 500 gange mindre end forbruget til bortætsning og er dermed også på den måde en langt mere miljøvenlig løsning.

Genanvendelsesgraden er så høj som mindst 80 procent for rhodium, palladium samt sølv og mindst 60 procent for guld. Skadelige tungmetaller som krom, arsenik, kadmium, kviksølv og bly kan også udvindes og frasorteres efter denne metode, og for kviksølv og bly bliver det tilbage-blevne restprodukt så rent, at det kan ledes direkte ud i omgivelserne.

Flash Joule-metoden kan også trække farlige og stoffer ud af elektronikskrot. Forskningen er støttet af offentlige amerikanske institutioner.

Ifølge forskerne kan et enkelt stærkstrømsstød reducere blyindholdet i en given mængde it-affald til under 0,05 partikler pr. million, hvilket er langt under den tilladelige grænse for spredning på landbrugsjord. Det har derudover vist sig, at effektiviteten stiger yderligere ved brug af forskellige tilsætningsstoffer (additiver) som eksempelvis natriumklorid (NaCl) eller kaliumklorid (KCl).

Flash Joule-metoden blev introduceret sidste år og først anvendt til at trække grafen ud af plastikrester og madaffald. Men nu, hvor processen er blevet videreudviklet til også at kunne udtrække ædelmetaller som rhodium, palladium og guld og sølv til genanvendelse, håber de amerikanske forskere, at metoden kan blive en stor gevinst for både producenter og miljø, samtidig med at der også er store økonomiske besparelser at hente.

Flash Joule-metoden vil dermed kunne blive nok et skridt på vejen til at styrke den stadigt mere udbredte trend, der går under betegnelsen ”urban mining”.

Det er seniorforskerne Duy Xuan Luong, Zhe Wang, Emily McHugh og Carter Kittrell fra Rice Universitets afdeling for kemi, der står bag den nye Flash Joule-metode.