In januari 2018 de eerste pan-Europese database voor secundaire grondstoffen, waaronder veel "kritieke" ging online. Sindsdien, we weten meer over welke grondstofdepots zich in auto's bevinden, verkochte batterijen en elektronische apparaten, gebruikt en opgeslagen in de 28 EU-landen – en uiteindelijk gerecycled of verwijderd. Empa speelde een sleutelrol in het ProSUM-project.

Elke Europeaan bezit gemiddeld 250 kilogram aan elektrische en elektronische apparaten. Deze worden aangevuld met 15 kilo loodaccu's en 2 kilo andere soorten accu's, inclusief 500 gram lithium-ionbatterijen, en een deel van een auto van 60 kilogram. Al deze goederen gaan op den duur kapot of verouderen. Sommige worden weggegooid en gerecycled, anderen worden doorverkocht op platforms zoals ebay en ricardo. Echter, grote hoeveelheden belanden in lades, kasten en garages, waar ze "grondstoffendepots" vormen.

Een stapel gefragmenteerde gegevens

Gegevens over de aanwezigheid en distributie van kritische grondstoffen in Gegevens over de aanwezigheid en distributie van kritieke grondstoffen in producten, componenten en afval is de afgelopen jaren vanuit verschillende hoeken ontstaan, zoals onderzoeksinstellingen, industrie, overheidsinstanties en niet-gouvernementele organisaties, en opgeslagen in verschillende databases, formaten en rapporten. tot nu toe, echter, niemand heeft deze gegevens verzameld en verwerkt zodat de recyclingindustrie, autoriteiten en politieke besluitvormers kunnen al deze grondstoffen meenemen in economisch en ecologisch verantwoorde strategieën.

Dit is precies de uitdaging die het project "Prospecting Secondary Raw Materials in the Urban Mine and Mining Waste" (ProSUM), gefinancierd door het EU-onderzoeksprogramma Horizon 2020, zelf instellen (www.prosumproject.eu). Naast 17 onderzoeksfaciliteiten uit 12 landen, bij het project waren ook drie Empa-laboratoria betrokken, vooral het lab Technologie en Maatschappij, die verantwoordelijk was voor het werkpakket "Productkarakterisering".

Onder leiding van Patrick Wäger, het lab doet al jaren onderzoek naar recyclingsystemen. Een van de onderzoeksfocussen is het omgaan met elektrisch en elektronisch afval (bekend als e-waste) in Zwitserland, maar ook in ontwikkelingslanden en drempellanden. In recente jaren, de focus van de activiteiten is verbreed naar kritische grondstoffen zoals indium, zeldzame aardelementen en platinametalen.

Een jonge wetenschap

Empa-onderzoeker Heinz Böni en zijn team hebben zich geconcentreerd op de rol van kritische grondstoffen in het 'sociale metabolisme'. Een spel op de fysieke stofwisseling, dit noemen milieuwetenschappers de materiaal- en energiestromen die worden veroorzaakt door sociale activiteiten. Onderzoek naar sociaal metabolisme is een vrij jonge wetenschap, met Peter Baccini en Paul Brunner die eind jaren tachtig de weg effenden bij Eawag, het aquatisch onderzoeksinstituut van het ETH-domein. Sinds 2007 richt een onderzoeksgroep aan de Yale University zich op het beoordelen van de risico's van de toelevering van grondstoffen; de Yale-onderzoekers ontwikkelden een "kritiekmatrix", op basis waarvan de EU in 2010 haar eerste studie over de kriticiteit van grondstoffen publiceerde.

Het team van Böni richt zich vooral op het sluiten van materiaalkringlopen voor zeldzame metalen en kritische grondstoffen. In een project gefinancierd door het Zwitserse Federale Bureau voor Milieu, bijvoorbeeld, onderzochten de onderzoekers het herstel van neodymium, die wordt gevonden in spreekspoelmagneten in harde schijven, bijvoorbeeld, en recycling van indium, die wordt gevonden in flatscreens. Momenteel, het Empa-team werkt aan mogelijkheden om zeldzame metalen uit elektrische en elektronische voertuigcomponenten terug te winnen en zo in de materiaalkringloop te houden.

Een uitnodiging uit Nederland

Het waren onderzoekers van de TU Delft die uiteindelijk de Empa-wetenschappers benaderden en hen vroegen lid te worden van het ProSUM-consortium. "De Nederlandse collega's kenden ons van samenwerkingen op andere projecten, " zegt Patrick Wäger, die aan het hoofd stond van een van de vijf ProSUM-werkpakketten. Uitgangspunt was een database voor minerale grondstoffen in de EU, die het Franse bureau voor geologische en mijnbouwbronnen (BRGM) had ontwikkeld in het kader van een eerder EU-project, "Minerals4EU". Empa-onderzoeker Amund Loevik kreeg de taak om de verspreide gegevens uit verschillende bronnen te verzamelen en in een consistente vorm te brengen. Het primaire doel was om de kwaliteit van de gegevens te beoordelen en dienovereenkomstig te wegen.

Om deze ambitieuze taak te volbrengen, Wäger en Co riepen om back-up van andere Empa-collega's:Matthias Rösslein van het laboratorium Particles-Biology Interactions hielp Loevik bij het verwerken en evalueren van de gegevens met behulp van statistische methoden. Analyse-experts Renato Figi en zijn team van het Advanced Analytical Technologies-lab hebben nieuwe methoden ontwikkeld en gevalideerd om monsters te nemen en voor te bereiden en chemische analyses uit te voeren (zie pagina 16). Het belangrijkste doel hierbij was het bepalen van het gehalte aan kritische grondstoffen in geselecteerde producten en fracties van de verwerking van oude batterijen, elektrische en elektronische apparaten en in diverse shredderfracties van autowrakken.

In januari 2018 ging de ProSUM-database eindelijk live op www.urbanmineplatform.eu. Het Urban Mine Platform bevat datasets over stromen, aandelen, samenstelling en afvalstromen van batterijen, elektrische en elektronische apparaten en voertuigen. Hierdoor kunnen onderzoekers, de recyclingindustrie en politieke besluitvormers om specifieke informatie te verkrijgen over vroegere en toekomstige ontwikkelingen, bijvoorbeeld om het grondstofpotentieel van bepaalde voorraden in de stadsmijn in te schatten of om innovatieve recyclingstrategieën te ontwikkelen.