Το Περιβαλλοντικό Ίδρυμα της Audi συνεργάστηκε με το Πανεπιστήμιο Μεταλλείων και Τεχνολογίας του Φράιμπεργκ για τη διερεύνηση καινοτόμων τρόπων ανάκτησης πρώτων υλών μέσω της ανακύκλωσης. Υλικά όπως το ίνδιο, το γάλλιο ή ο κασσίτερος, τα οποία είναι πεπερασμένα αλλά ζωτικής σημασίας για τις σύγχρονες τεχνολογίες όπως οι οπτικές ίνες, τα φωτοβολταϊκά και οι ημιαγωγοί, βρίσκονται σε κάθε ηλεκτρονική συσκευή. Μια μέθοδος επιλεκτικής εκχύλισης βρίσκεται στα σκαριά για την ανάκτηση αυτών των πρώτων υλών από τα αποτεφρωμένα απόβλητα, καθώς επί του παρόντος τα υλικά αυτά χάνονται όταν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που τα περιέχουν απορρίπτονται στα οικιακά απορρίμματα. Η νέα διαδικασία αποσκοπεί στη διατήρηση αυτών των πολύτιμων μετάλλων υψηλής τεχνολογίας εντός του κύκλου.
Το 2019, η κατά κεφαλήν κατανάλωση πρωτογενών πρώτων υλών στη Γερμανία ήταν περίπου 16 τόνοι. Αυτό περιλαμβάνει όλες τις πρώτες ύλες που προέρχονται από τη φύση, μαζί με τη βιομάζα, τα ορυκτά καύσιμα και τα μεταλλεύματα σιδήρου, χαλκού, μολύβδου και ψευδαργύρου. Τα τελευταία εισάγονται κυρίως στη Γερμανία για επεξεργασία. Όμως, οι μεταλλικές πρώτες ύλες είναι εξαντλούμενοι πόροι – συχνά σπάνιοι ή κατανεμημένοι σε διάφορες τοποθεσίες. Τα μεταλλεύματα περιέχουν επίσης μεγάλες ποσότητες αργίλου, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα μέταλλα δεν υπάρχουν στην καθαρή τους μορφή, αλλά απαιτούν πολύπλοκες χημικές-θερμικές διεργασίες για την εξαγωγή τους πριν από την επεξεργασία τους. Παρ’ όλα αυτά, είναι απαραίτητα για πολλές μελλοντικές τεχνολογίες, όπως η ηλεκτροκίνηση, οι τηλεπικοινωνίες και τα φωτοβολταϊκά. Το Παγκόσμιο Συμβούλιο Πόρων των Ηνωμένων Εθνών, μεταξύ άλλων, προβλέπει μια παγκόσμια αύξηση της ζήτησής τους μέχρι το 2030. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η απαίτηση για πρώτες ύλες και μέταλλα, καθώς και για τους ημιαγωγούς που κατασκευάζονται από αυτά, αυξάνεται παράλληλα με τον παγκόσμιο πολλαπλασιασμό των ηλεκτρικών συσκευών. Οι συσκευές αυτές βασίζονται σε ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου που κατασκευάζονται με προσαρμοσμένους ημιαγωγούς, οι οποίοι είναι αναποτελεσματικοί χωρίς στοιχεία σπάνιων γαιών.
Παρά τη σπανιότητα και τη σημασία τους, τα στοιχεία αυτά συχνά χάνονται ακούσια. Πολλοί άνθρωποι πετούν λανθασμένα μικρές ηλεκτρικές συσκευές, όπως φακούς, στικάκια USB, βύσματα φόρτισης, καλώδια ή ακόμη και κινητά τηλέφωνα στα οικιακά τους απορρίμματα αντί να τα επιστρέφουν στα σημεία συλλογής. Στη Γερμανία, τα οικιακά απορρίμματα υποβάλλονται συνήθως σε θερμική επεξεργασία, δηλαδή αποτεφρώνονται. Αυτή η μέθοδος δεν ανακτά αποτελεσματικά τις πολύτιμες πρώτες ύλες που περιέχονται στα απόβλητα για βιομηχανική χρήση. Αντ’ αυτού, παραμένουν στη σκωρία ή στην ιπτάμενη τέφρα. Αυτή στη συνέχεια τοποθετείται σε χώρους υγειονομικής ταφής, με αποτέλεσμα την έξοδο των τεχνολογικών στοιχείων από τον κύκλο και τη μη διαθεσιμότητά τους για περαιτέρω χρήση. Σε αυτό το σημείο παρεμβαίνει ένα ερευνητικό έργο που χρηματοδοτείται από το Περιβαλλοντικό Ίδρυμα Audi και επικεντρώνεται στην επιλεκτική εξαγωγή ινδίου, γαλλίου και κασσίτερου. Το έργο αποσκοπεί στην εξαγωγή των μετάλλων που υπάρχουν στην ιπτάμενη τέφρα ή στη σκωρία μετά την αποτέφρωση των οικιακών απορριμμάτων για μετέπειτα χρήση σε νέα προϊόντα. Μέσω της επαναχρησιμοποίησης και της ανακύκλωσης, οι πρώτες ύλες δεν χρειάζεται να εξορύσσονται αρχικά από τη γη, μια προσέγγιση που θα μπορούσε να μειώσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εξόρυξης και τις εκπομπές από το παγκόσμιο εμπόριο μεταλλευμάτων και επεξεργασμένων υλικών.
Προσαρμοσμένα συνδέσμια για μεταλλικά ιόντα
Με βάση τη μέθοδο της επιλεκτικής εκχύλισης, μια διαδικασία ανακύκλωσης σχεδιάζεται επί του παρόντος στο εργαστήριο από την Betty Leibiger, διδακτορική φοιτήτρια χημείας στο Πανεπιστήμιο Μεταλλείων και Τεχνολογίας του Freiberg. “Η πρόκληση είναι να κατασκευάσουμε μόρια που δεσμεύονται ειδικά στα επιθυμητά μεταλλικά ιόντα”, διευκρινίζει η Leibiger. Με απλά λόγια, η Leibiger πρέπει να αναπτύξει ένα ειδικά διαμορφωμένο “ligand” που να μπορεί να απομονώσει τα επιθυμητά ιόντα μετάλλων από ένα διάλυμα ιπτάμενης τέφρας. Κάθε προσαρμοσμένο “ligand” ταιριάζει μόνο σε ένα συγκεκριμένο μεταλλικό ιόν, όπως το ίνδιο. “Στη συνέχεια χρησιμοποιούμε ένα οξύ για να κάνουμε τα ligands να απελευθερώσουν τα ιόντα”, προσθέτει ο Leibiger. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει τον συστηματικό διαχωρισμό των επιμέρους ιόντων μετάλλων από το μείγμα και την παραλαβή τους σε επίπεδο καθαρότητας που τα καθιστά κατάλληλα για τεχνολογικές εφαρμογές.
“Σε αυτό το στάδιο του έργου, η έμφαση δίνεται στην ανάπτυξη ενός αριθμού κατάλληλων συνδέσμων, οι οποίοι στη συνέχεια θα δοκιμαστούν και θα βελτιστοποιηθούν περαιτέρω σε μικρή κλίμακα”, δηλώνει ο Leibiger. Μόλις βελτιστοποιηθεί, η διαδικασία θα μπορούσε να επεκταθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα. Στη συνέχεια, θα διεξαχθούν πειράματα εκχύλισης με χρήση πραγματικής ιπτάμενης τέφρας ή διαλυμάτων έκπλυσης από την επανεπεξεργασία της ιπτάμενης τέφρας.
Υπεύθυνη χρήση των πόρων
Το έργο και η αντίστοιχη διδακτορική διατριβή προβλέπεται να διαρκέσουν συνολικά τρία χρόνια και θα χρηματοδοτηθούν αρχικά από το Audi Environmental Foundation μέχρι το επόμενο έτος. “Οι πρώτες ύλες είναι πεπερασμένες. Ως εκ τούτου, οι μέθοδοι για τη διατήρησή τους αποκτούν ολοένα και μεγαλύτερη σημασία – ειδικά σε μεγάλες ποσότητες που είναι επωφελείς για τη βιομηχανία. Αυτή η διαδικασία δεν αποτελεί απλώς μια ακόμη επιστημονική συμβολή στην καθιέρωση κύκλων πόρων, αλλά συνδέει επίσης τον παραδοσιακό περιβαλλοντισμό με τις τεχνολογίες αιχμής, σε ευθυγράμμιση με την προσέγγισή μας Greenovation”, διαβεβαιώνει ο Rüdiger Recknagel, διευθυντής του Audi Environmental Foundation. Το έργο στοχεύει επίσης στην προώθηση της συνειδητής χρήσης των πρώτων υλών.
Διάφορα έργα του Audi Environmental Foundation εφιστούν την προσοχή στη σπατάλη πρώτων υλών, ενώ παράλληλα προτείνουν τρόπους για τη διατήρησή τους:
Για παράδειγμα, η γερμανο-ινδική νεοφυής επιχείρηση Nunam, που χρηματοδοτείται από το Audi Environmental Foundation, μετατρέπει τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες σε φορητές μονάδες αποθήκευσης ενέργειας. Η Nunam κατασκεύασε επίσης ένα ηλιακό νανοδίκτυο χρησιμοποιώντας δύο μεταχειρισμένες μονάδες μπαταριών Audi e-tron από δοκιμαστικά οχήματα. Η προσέγγιση αυτή εξοικονομεί πόρους και ενέργεια που θα χρησιμοποιούνταν για την ανακύκλωση και την κατασκευή νέων μπαταριών.
Η πλαστική ρύπανση των ωκεανών μας είναι ένα παγκόσμιο ζήτημα. Μαζί με το CLEAR RIVERS, το Περιβαλλοντικό Ίδρυμα Audi στοχεύει να συμβάλει στη λύση του προβλήματος. Οι παγίδες απορριμμάτων σε ποτάμια και λιμάνια, όπως αυτές που έχουν ήδη εγκατασταθεί στη διώρυγα Βρυξελλών-Καρλερουά, στη Βουδαπέστη και στο Ρότερνταμ, είναι σχεδιασμένες για να αποτρέπουν εξαρχής την είσοδο των πλαστικών απορριμμάτων στη θάλασσα. Τα σκουπίδια που συλλέγονται ταξινομούνται και στη συνέχεια ανακυκλώνονται.
Η έννοια του κλειστού κυκλώματος παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στο έργο της Audi “Βιώσιμη εξαγωγή στοιχείων υψηλής τεχνολογίας”. Μαζί με το Πανεπιστήμιο Μεταλλείων και Τεχνολογίας του Φράιμπεργκ, το Περιβαλλοντικό Ίδρυμα της Audi ερευνά νέες μεθόδους για την εξόρυξη μετάλλων υψηλής τεχνολογίας, όπως το γάλλιο, το ίνδιο, το γερμάνιο, καθώς και τα στοιχεία σπάνιων γαιών.
