„Blesková“ recyklace účinně těží cenné kovy z elektronického odpadu  
Specialisté na bleskové ohřívání Jouleovým teplem použili tento postup pro těžbu cenných kovů, jako je zlato, stříbro, palladium nebo rhodium, ze starých mobilů a notebooků. Blesková recyklace může proměnit skládky elektronického odpadu na pokladnice s drahými kovy, které jen čekají na to, až je vydolujeme.
Elektronický odpad, Ghana. Kredit: Fairphone / Wikimedia Commons.
Elektronický odpad, Ghana. Kredit: Fairphone / Wikimedia Commons.

Elektronický odpad, či elektroodpad (e-waste) v dnešní době představuje zásadní problém pro skládky. Zároveň je to ale cenný zdroj surovin, který trestuhodně opomíjíme. Odborníci americké Rice University vymysleli účinný postup, který chytlavě nazývají „urban mining“, jak z elektronického odpadu získat drahé kovy i prvky vzácných zemin. Řešením je podle nich bleskové ohřívání tohoto odpadu Jouleovým teplem, čili procházejícím elektrickým proudem.

James Tour vlevo. Kredit: Jeff Fitlow
James Tour vlevo. Kredit: Jeff Fitlow

Neutuchající poptávka po nové elektronice, která nejspíš jen tak nezeslábne, udělala z elektronického odpadu nejrychleji narůstající typ odpadu na světě. V roce 2019 ho vzniklo asi 59 milionů tun. V současnosti se ale recyklujeme méně než 20 procent elektronického odpadu. Motivací by přitom mohla být nejen pomoc životnímu prostředí, ale i možnost získat řadu cenných surovin v ceně miliard dolarů.

 

Tým Rice pod vedením Jamese Toura nabízí postup, kterým by měl být oproti stávajícím recyklacím snazší, a také méně nákladný. Využili k tomu bleskové ohřívání, při němž milisekundové výboje elektřiny, čili „blesky“ zahřejí materiál na vysokou teplotu. Stejný tým již dříve použil bleskové ohřívání ke snadné výrobě grafenu nebo nanodiamantů z různých odpadních materiálů.

Částice kovů vytěžené bleskovou recyklací. Kredit: Jeff Fitlow.
Částice kovů vytěžené bleskovou recyklací. Kredit: Jeff Fitlow.

V nové studii se zaměřili na problém s elektronickým odpadem. Nejprve rozemleli elektronický odpad na prášek. Do něj pak práskali elektrickými blesky, jimiž ho zahřáli až na 3 127 °C. Při takové teplotě se kovy vypaří. Vzniklé páry jsou odvedeny do „chladiče“, kde opět zkondenzují do podoby pevných kovů. Jednotlivé kovy od sebe nakonec oddělí běžně používané metody.

 

Badatelé uvádějí, že bleskovou recyklací je možné vytěžit z elektronického odpadu přes 60 procent zlata a přes 80 procent stříbra, palladia a rhodia. Stejný postup rovněž odstraní toxické těžké kovy, jako je chrom, arsen, kadmium, rtuť nebo olovo. Ty by jinak kontaminovaly skládku. Pro úspěch bleskové recyklace elektronického odpadu je zásadní, že jde o energeticky úsporný proces, který je možné provozovat v průmyslovém měřítku. Zpracování jedné tuny tohoto materiálu bleskovou recyklací spotřebuje cca 939 kWh. Podle Tourse se naše skládky stávají pokladem, který bychom si neměli nechat utéct.

 

Video: Flash Joule heating by Rice lab recovers precious metals from electronic waste in seconds

 

Literatura

New Atlas 5. 10. 2021.

Nature Communications 12: 5794.

Datum: 07.10.2021
Tisk článku

Související články:

Bleskový grafen: Jak vyrobit extrémně užitečný materiál z obyčejného odpadu?     Autor: Stanislav Mihulka (31.01.2020)
Z uhlíku je možné bleskově vyrobit grafen i nanodiamanty     Autor: Stanislav Mihulka (22.06.2021)
Odpad + odpad = jaderná biorafinerie     Autor: Josef Pazdera (23.09.2021)



Diskuze:

energie

Florian Stanislav,2021-10-07 18:20:12

936 kWh/tunu odpadu je opravdu málo, je to 3,67 MJ/kg, to je energie na vypaření asi 1,5 kg vody.
trochu jsem to zaokrouhlil, aby mi nevraceli fyz. praktici protokol k opravě :).

Odpovědět


Re: energie

Zicho Trenčiansky,2021-10-08 09:44:54

Treba sa ale nato pozrieť inými očami ... a teda, čo by sa dalo spraviť s tonou odpadu, ak máme k dispozícií 936kWh energie? Konvenčným spôsobom by sme ho boli schopný roztopiť? Energiu neoklamame, nie? Teda jedine o čo ide je zvýšenie účinnosti a zníženie strát.

Odpovědět


Re: energie

Zicho Trenčiansky,2021-10-08 10:00:42

No ako schválne si prepočítajte, kebyže máme 1kg striebra, tak z 3,6MJ energie ho nielen odparíme, ale ešte aj tie pary zohrejeme (c=235, lv=2350). U zlata je to ešte viac v pohode (129, 1650), železo je už iná káva (450, 6340).

Odpovědět


Re: Re: energie

Florian Stanislav,2021-10-08 22:35:49

Zlato je jeden z nejlepších vodičů elektřiny, takže se Jouleovým teplem (elektrickým odporem) málo ohřeje. Nehledě na to, že je v prášku semleté s dalšími materiály. Takže výpočty pro zlato jsou možná v pohodě, ale není to blízké materiálu, kterým probíhá blesk.
Zlato: měrná tepelná kapacita 25,4 J/mol.K, tedy ohřátí 1kg o 1°C potřebuje 25,4 *1000/197 joule, na ohřátí o 1000 °C tedy
1000* 25,4*1000/197 = 128 kJ.
Skupenské teplo varu (skup. teplo výparné) zlata=340 kJ/mol, tedy 340*1000/197 = 1725 kJ/kg, tedy = 1,725 MJ je třeba na vypaření 1 kg zlata.
Voda : měrná tepelná kapacita 4,2 kJ/kg, tedy k ohřátí 1 kg vody na 100 °C je třeba ( o něco méně jak) 420 kJ.
Skupenské teplo výparné vody = 2,257 MJ/kg

Odpovědět

platné cifry

Jaroslav Kousal,2021-10-07 13:45:53

Díky za článek, ale prosím, dejte tam u teploty ohřevu těch původních 3400K nebo stejně zaokrouhlených 3100°C. Teplota rozhodně nebyla určena s přesností 1K/1°C, už v abstraktu je naznačeno, že i těch 3400K je jen přibližná hodnota.
Prosím, uměle nezmnožujte platné cifry (ve fyzikálním praktiku se za to vracejí protokoly k opravě).

Odpovědět


Re: platné cifry

Patrik Telicka,2021-10-07 18:16:24

Radím Vám neposlouchejte pana Kousala. Jistě Vás čtou i v zahraničí a těm to automat přepočítá zpět na jinou stupnici a dostanou jiné hodnoty, než uvádí autoři článku. Mohou Vás pak popotahovat za neoprávněné zkreslování výsledků. Pro Vás bude lepší se tu nechat peskovat od našince, než se pak omlouvat autorům, universitě,....

Odpovědět


Re: Re: platné cifry

Jaroslav Kousal,2021-10-07 20:40:19

Jistě, nastal by mezinárodní nukleární incident.
Pokud už by autoři museli převádět na °C, zaokrouhlili by to stejně, jinak by se jim oponent článku vědecky trochu vysmál.
P.S.: Takyto šlo nechat v Kelvinech, ale tím si ten hezký spor nebudeme kazit.

Odpovědět


Re: Re: platné cifry

Martin Šíra,2021-10-07 22:57:25

Primární zdroj je článek v Nature communications. Tam je jasně napsané "temperature ramps to ~3400 K ". Přesnější hodnota není nikde uvedena. Máme tedy jen přibližnou hodnotu uvedenou na 2 platná místa (implicitně udaná nejistota), a ani po přepočtu na Celsia není možné uměle zvyšovat přesnost přidáním platných míst, viz "Guide to the expression of uncertainty in measurement" (BIPM). Pokud chceme uvádět ve stupních Celsia, je nutné zaokrouhlit na stejný počet platných míst, tedy 3100. Ano, po přepočtu zpět na kelviny bychom dostali hodnotu 3373 K, ale to po zaokrouhlení na 2 platná místa vyústí opět v oněch 3400 K. Takže nedostáváme žádný rozpor, a tedy uvedení hodnoty 3127 je špatné a zavádějící.

Je potřeba nastudovat uvedený zdroj "Guide...", je volně stažitelný na internetu (google), je to naprostý základ pro uvádění výsledků měření a měl by ho znát naprosto každý účastnící se odborné fyzikální diskuze.

Někdo by mohl namítnout, že ta teplota 3400 K je myšlena na 4 platná místa, ale v tomto případě by autoři byli povinni napsat výsledek měření s explicitně udanou nejistotou, např. (3400 +- 5) K, právě aby se vyhnuli nedorozumění a záměně s implicitně udanou nejistotou.

Je potřeba znovu zdůraznit, že v samotném zdrojovém článku je před číslem ~, neboli oněch 3400 je známo jen přibližně, čemuž se nelze divit vzhledem k rychlosti ohřevu.

Odpovědět


Re: Re: Re: platné cifry

Josef Hrncirik,2021-10-13 11:34:36

Klamavá reKlama + Neoliberální bordel + Digitálné Debilizace Zdarma i v Nature communications. Rozehřejme se na měření teplot.
Jak vidno na s.3 v obr 1.e, max. teplota vypočítaná z předpokladu záření černého tělesa (black body of carbon black matters) je podle napětí a kapacity a zahřívaného množství od cca 2590K do 3370K s rychlostí změny okolo maxima 30-90K/ms.
V DP: "Thermal conductivity and diffusivity of liquid cooper" je tato cca 4.10**-8m2/s. odtud plyne, že tepelný pulz (cca. polovina jeho výšky) za 1 ms se i v mědi posune jen o zhruba 0,2 um a za dobu 10 ms trvání max. teploty o cca 0,6 um. Ve hmotě se tedy ohřívají především saze a teprve sáláním se ohřívá či rozkládá pomalu ostatní.
Chtěl bych vidět, jak se jim daří mlít Cu, Sn, nerez... z PCB na cca 5 um částice (supp. fig 19a) a kolik by to stálo.
Zlatý důl Town mining mi připadá již poněkud vytěžen. Na s.3 obr.1c uvádí z výsledků jejich analýz v tuně odpadu jen obsah g/tunu: Rh 1, Pd 5, Ag 22, Pt 0, Au 12; nebo spíše čísla a legenda jsou o něčem jiném. Zdá se tedy, že nejlepší je důl dobře pojistit a dobře zapálit.
Na účinnosti a náklady recyklace již není nutno se dívat. Nešťastného císaře alchymystikové straší jedy: g/t PCB cca 20 Cr, 9 As, 0,1 Cd, 0,15 Hg, 5 Pb. Kolik je v PCB Cu a Sn si musí císař vypočítat z až 60% recyklační účinnosti Ag, tj. dejme tomu zisk 13 g Ag/t PCB. Z fig. S 14 kde se tvrdí že získatelná slitina by měla až 10% Sn, 1% Ag a cca 90% Cu pak císaři vyjde, že se vytěží cca 1,1 kg Cu a 110 g Sn/t PCB. Tato čísla i císaři připadají zjevně lživá a nařídí zalít jim lživá hrdla 2 kg neekologického Pb.
Že udělal velmi dobře, je vidět i z teplot, které simulanti uvádí v obr. S 9c, kde nejen kompaktní grafitová, ale i Cu porézní elektroda mají neuvěřitelných cca 2900K.
Litoval však, že Pb nebylo ohřáto až k varu při 1750K jak vidno z 5. čáry obr. S21a.
Přidávat halogenidy Na či K bez SiO2 je chemický nesmysl. Výrazně lepší jsou NH4 soli.
Císař se velmi zachmuřil, když viděl, že pro kalibraci XPS do PCB mouky bez námele přidávali á 5% drahých : (RhCl3, PdCl2, AgCl, a HAuCl4 o H4PtCl6 were added into the mixture of e-waste and carbon black (CB) with a weight ratio of 5 wt% for each).
Rozveselilo ho teprve, že na s. 13 supplements tvrdí, že v Texasu je cena elektřiny jen 0,02 Š/kWh. Tvrzení, že bleskový ohřev je min. 80x účinnější než klasiké el. pece mu připadá přehnané a doporučuje pálit celé nemleté PCB v čistém předehřátém O2.
Graf S4 b je s dvojitým peakem teploty podivný (?40 ms ? V ? I).
Ve sporu se složením PCB na s.3 je složení popela PCB, kde poměr mezi Ag/Au není jen cca 2 ze s.3 ale v fig.S17e na s.35 suppl. je cca 10.
Alchymystyfykátory je vždy nutno podrobit právu útrpnému již před vyplacením mzdy i publikací již za zjevné defraudace RhCl3, PdCl2, AgCl, a HAuCl4 o H4PtCl6 nemluvě.
Polehčující je, že doporučují opakované pálení mouky PCB bleskem či pálení kalcinátu bleskem či přímo lučbu kalcinátu pomocí aqua rex.
Vlastně je chápe:
Publish and perish!

Odpovědět


Re: Re: platné cifry

Martin Šíra,2021-10-07 23:04:26

Nehledě na to, pane Teličko, že zdrojový článek je v kelvinech, a žádný automat na přepočet z K na °C není potřeba, to dělá každý fyzik rovnou z hlavy. Přepočítávat je potřeba ze °C na fahrenheity. Ten nesmysl s automatem na přepočty jste si vymyslel a mohl jste si ho odpustit. Ovšem pokud takový automat znáte, tak sem s tím, a dostanete ode mně omluvu.

Odpovědět


Re: platné cifry

Vladimír Bzdušek,2021-10-08 00:06:57

Zaujímavé je aj udávanie výsledkov volieb v % na dve desatinné miesta, pričom lokalita ma menej než 100 voličov ... tam je to ale asi dané použitým jednotným SW na spracovanie výsledkov.

Odpovědět


Re: Re: platné cifry

Jiri Coupek,2021-10-08 06:10:02

Ono je celkem jedno kolik má lokalita voličů a kolik z nich odvolí platným hlasem.
Výsledek se vždy počítá jako "hlasy pro stranu*100 / celkový počet platných hlasů" v daném okresku, okresu, kraji, státě (celostátní výsledek).
Př. Stačí 3 voliči, a pokud všichni nezvolí jednu stranu máte výsledek X*1/3= 33,33%

Odpovědět


Re: Re: Re: platné cifry

Vladimír Bzdušek,2021-10-08 09:11:39

Samozrejme máte pravdu, len prečo je to práve udaných 33,33%, a nie 33,3% alebo 33,333333333%. Záludnosť problému vidím v tom, že ak napríklad udám hmotnostné zloženie zliatiny 75,75% zlata a 24,25% striebra, tak je definované, že zlata tam nie je ani 75,74%. ani 75,76%. A platí to pre akýkoľvek (technicky spracovateľný) malý kúsok takej zliatiny, pretože atómy sú také malé, a je ich v v tom malom kúsku tak veľa, že ten pomer sa dá vyčísliť na daný počet platných cifier. Kdežto počet voličov a hlasov pri ich malom celkovom počte to neumožňuje, musel by som ich sekať na menšie kúsky, aby tých kúskov bolo dostatočne na počet platných cifier. Pokúšal som sa hľadať v literatúre vysvetlenie, ako interpretovať percentá (a presnosť ich vyčíslenia) v takýchto prípadoch diskrétnych nedeliteľných entít, ale nenašiel so žiadnu zmienku.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: platné cifry

Jiri Coupek,2021-10-08 14:06:50

Třeba ve volbách do parlamentu CR se volí 200 poslanců (1 mandát = 0,5%)
Přesnost udávaného volebního výsledku je tedy o 1řád vyšší než je potřeba pro rozdělení mandátů.
Ale stále existují surová data, kde má ČSU vyčísleny všechny hlasy.

Ono i u těch slitin můžete spočítat všechny atomy, ale fakticky to na fyzikálně technické vlastnosti o které vám jde nebude mít vliv. Mnohem větší vliv bude zda bude dané složení dodržené v celém rozsahu slitiny.

Fakticky je to dané tím, že se jedná o poměr z celku. 00,00% je ve skutečnosti přesnost 1/10 000.
To většině aplikaci stačí.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: platné cifry

Vladimír Bzdušek,2021-10-09 08:24:08

Presne tak! Na udanie výsledku volieb v percentách na 4 platné cifry a dve desatinné miesta treba v danej lokalite odvolených 10 000 hlasov. Preto tie moje rozpaky v prípade troch hlasov po jednom hlase pre každého z troch kandidátov a udaným výsledkom 33,33% pre každého ...
A ešte k tej zliatine. Ak udám jej zloženie ako 24%:75%, technicky to znamená, že je namiešaná/zmiešaná/homogénna s presnosťou 1%, etc.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace