Вони приховують у собі справжні скарби, але їх видобуток традиційними методами є надто дорогим і шкідливим для довкілля.
Викинуті материнські плати комп'ютерів містять крихітні сліди дорогоцінних металів, приховані під шарами пластику та скловолокна. Усередині щільних схем застарілих ноутбуків або серверів знаходяться тонкі доріжки із золота, міді та інших провідних елементів, які колись передавали електронні сигнали.
Вилучення цих металів стає складним, щойно пристрої досягають кінця терміну своєї служби. По всьому світу переробні підприємства щорічно обробляють тисячі тонн електронних відходів, розбираючи застарілі пристрої – від зламаних ноутбуків до списаного обладнання дата-центрів, пише Indian Defence Review.
Більшість заводів з переробки подрібнюють обладнання та використовують високу температуру або сильні хімікати для відокремлення металів від пластику та скловолокна. Ці промислові методи споживають велику кількість енергії та часто утворюють хімічні залишки, які необхідно очищати перед повторним використанням матеріалів.
Коли дослідники з ETH Zurich почали вивчати викинуту електроніку, зібрану з місцевих потоків відходів, вони шукали спосіб вилучення цінних металів без використання жорстких промислових процесів. Команда під керівництвом професора Раффаеле Меценгі почала експериментувати з незвичайним матеріалом, який зазвичай є відходом у зовсім іншій галузі. Замість складних механізмів вони перевірили, чи може побічний продукт виробництва сиру захоплювати дорогоцінні елементи, приховані всередині старого комп'ютерного обладнання.
Сучасні цифрові пристрої містять метали, сплавлені з пластиком і скловолокном так, що їх розділення є складним завданням для звичайних переробних заводів. Стандартне відновлення зазвичай включає подрібнення обладнання та плавлення металевих компонентів при високих температурах. Ці термічні процеси вимагають значної енергії та можуть утворювати хімічні побічні продукти, що потребують подальшої обробки.
Дослідники з ETH Zurich зібрали десятки одиниць викинутої електроніки, яка спочатку призначалася для звалища або спалювання. Команда помітила, що існуючі методи переробки часто покладаються на токсичні хімікати або великі витрати електроенергії для виділення дорогоцінних металів. Вони хотіли перевірити, чи зможе біологічний матеріал виконати те саме завдання, використовуючи простіший метод.
Їхню увагу привернула сироватка – рідина, що утворюється під час виробництва сиру. Молочні підприємства виробляють величезні обсяги сироватки, і більша її частина вважається малоцінними відходами. Рідина містить сироваткові білки, які можуть перетворюватися на незвичайні молекулярні структури за контрольованих хімічних умов.
Команда під керівництвом професора Раффаеле Меценгі виявила, що сироваткові білки можна перетворити на спеціалізований фільтр, здатний вилучати дорогоцінні метали з розчинених електронних компонентів. Коли дослідники протестували матеріал на брухті з викинутої електроніки, результати наочно продемонстрували ефективність методики.
В одному експерименті вчені пропустили через свою систему 20 викинутих материнських плат. Після завершення процесу екстракції дослідники отримали невеликий металевий самородок вагою близько 450 міліграмів. Лабораторний аналіз показав, що це було 22-каратне золото чистотою приблизно 91 відсоток.
Команда опублікувала результати в журналі Advanced Materials, описавши, як матеріал вибірково захоплює золото з суміші розчинених металів, включаючи мідь, залізо та алюміній. Оскільки вилучений метал вже досягає високої чистоти, його можна використовувати в промислових цілях без складної вторинної очистки.
"Найбільше мені подобається те, що ми використовуємо побічний продукт харчової промисловості для отримання золота з електронних відходів", – сказав Раффаеле Мецценга під час презентації результатів.
Дослідники також підрахували, що вартість видобутого золота значно перевищує витрати на виробництво білкового матеріалу. Використання одного потоку відходів для переробки іншого створює циклічний підхід, що пов'язує електронну промисловість з молочною.
Процес починається з нагрівання сироваткових білків у кислому середовищі. Ця обробка змушує білки реорганізовуватися в мікроскопічні волокна, які називаються амілоїдними фібрилами. Ці надзвичайно тонкі волокна природним чином збираються в гелеподібну мережу, яку пізніше можна висушити в пористу губку.
Отримана білкова губка містить щільну мережу мікроскопічних волокон, що створює велику площу поверхні. Ця структура дозволяє губці ефективно взаємодіяти з розчиненими іонами металів у рідких розчинах. Коли електронні компоненти перетворюються на багату іонами суміш, губка діє як селективний фільтр.
Для підготовки електроніки дослідники спочатку розчинили металеві частини комп'ютерних материнських плат у кислотному розчині. Як тільки метали перетворилися на іони, губку помістили безпосередньо в рідину. Іони золота прилипали до амілоїдних фібрил набагато сильніше, ніж більшість інших металів у суміші.
"Важко уявити щось більш екологічне!" – сказав Раффаеле Меценга, описуючи процес.
Стабільність губки в кислих середовищах виявилася важливою для процесу екстракції. За словами дослідницької групи, матеріал також може вироблятися у великих масштабах з використанням обладнання, яке вже є на багатьох існуючих підприємствах з переробки харчових продуктів.
Після того як губка поглинає іони металів, її необхідно нагріти, щоб вивільнити захоплений матеріал. На цьому етапі іони відновлюються в металеві частинки, які накопичуються на поверхні. Потім ці частинки можна сплавити разом, щоб сформувати невеликі злитки металу.
Процес нагрівання руйнує білкову губку, але вихідний матеріал залишається дешевим, оскільки він отримується з надлишків молочних відходів. За даними дослідників, вартість закупівлі сироватки приблизно в 50 разів нижча за ринкову вартість золота, яке можна видобути за допомогою цього процесу.
Провідний дослідник Мохаммад Пейдайеш зазначив, що ця економічна перевага може зробити технологію привабливою для переробних компаній, які шукають кращі способи вилучення дорогоцінних металів з електронних відходів.
"Технологія готова до виходу на ринок", – сказав Раффаеле Мецценга, обговорюючи можливість масштабування системи для промислового використання.
Хоча початкові експерименти були зосереджені на золоті, дослідники вважають, що той самий підхід з часом може бути адаптований для вилучення інших цінних елементів, що містяться в електронних компонентах. Такі метали, як платина та паладій, широко використовуються в сучасних схемах та промисловому обладнанні.
Регулюючи кислотність і температуру під час формування амілоїдних фібрил, команда вважає, що білкова губка потенційно зможе націлюватися на іони інших металів. Розширення процесу може збільшити асортимент матеріалів, що видобуваються з викинутої електроніки.
Дослідники також планують удосконалити хімічну обробку, що використовується для розчинення обладнання, щоб кислотний розчин можна було нейтралізувати та використовувати повторно. Об'єднання відходів молочної промисловості з брухтом комп'ютерних материнських плат демонструє циклічний метод, який перетворює два окремі потоки відходів на цінні матеріали.
Самородок, отриманий у ході лабораторного експерименту, важив 450 міліграмів і містив 91 відсоток золота та 9 відсотків міді, що відповідає складу високоякісного 22-каратного золота.
Раніше УНІАН повідомляв, що найбільша сонячна ферма Китаю непомітно змінює пустелю навколо себе.