Dit jaar, mooi verpakte laptops, mobiele telefoons of zelfs nieuwe tv's lagen onder de kerstbomen. Ze worden enthousiast in gebruik genomen - en de oude elektronische apparaten worden weggegooid. Het e-waste bevat bronnen zoals neodymium, indium en goud. Wat gebeurt er met de waardevolle materialen? En hoeveel zeldzaam metaal zit er in mobiele telefoons, computers en beeldschermen die nog steeds in gebruik zijn? Empa-onderzoekers hebben deze vragen onderzocht.

De drie natuurlijke hulpbronnen goud, neodymium en indium behoren tot de zeldzaamste elementen op aarde:elk van de drie metalen is goed voor minder dan 0,00001% van de aardkorst. Ze zijn te vinden in een groot aantal elektronische apparaten, in kleine hoeveelheden, maar in sleutelfuncties:indium als indiumtinoxide is tegelijkertijd elektrisch geleidend en transparant. Door deze eigenschappen het materiaal wordt gebruikt in lcd-schermen, bijvoorbeeld. Neodymium wordt gebruikt in combinatie met ijzer en boor om sterke magneten te produceren. Deze zijn te vinden op harde schijven, luidsprekers, koptelefoons en mobiele telefoons. Goud is tenslotte een zeer goede geleider die niet kan corroderen. Het metaal wordt daarom gebruikt in elektronische componenten zoals schakelcontacten of printplaten.

Het probleem is dat met name neodymium en indium als kritische metalen worden beschouwd. Dit betekent dat er enerzijds een risico bestaat op onderbrekingen in de levering, aangezien de twee zeldzame elementen bijna uitsluitend in China worden gewonnen. Anderzijds, hun belang voor sleuteltechnologieën wordt als hoog beschouwd en, overeenkomstig, de effecten van mogelijke onderbrekingen als bijzonder ernstig.

Echter, Zwitserland heeft ook mijnen voor deze drie bronnen. Onder andere, ze worden aangetroffen in elektronische apparaten die in gebruik zijn of al verouderd zijn. Empa-promovendus Esther Thiébaud van het departement Technologie en Maatschappij heeft nu voor het eerst onderzocht waar de drie zeldzame metalen in Zwitserland te vinden zijn - en hoeveel ervan al verloren zijn gegaan voor verder gebruik.

Uit haar analyse bleek dat het grootste deel van alle drie de stoffen wordt aangetroffen in apparaten die momenteel in gebruik zijn. Dan lopen de paden van de elementen uiteen:het op één na grootste aandeel indium wordt gevonden in slakken van afvalverbrandingsinstallaties - en gaat daarom verloren voor mogelijke terugwinning. Hetzelfde geldt voor het op één na grootste aandeel neodymium; het wordt gevonden in slakken van metaalsmelterijen, die wordt gebruikt in de bouwsector. Goud, anderzijds, wordt om economische redenen al voor 70% teruggewonnen wanneer apparatuur het einde van zijn levenscyclus heeft bereikt. Hoewel het recyclingpercentage voor goud al erg goed is, neodymium en indium worden in Zwitserland nog helemaal niet teruggewonnen.

Recycling zou haalbaar zijn

Al in 2015 een Empa-team onder leiding van Heinz Böni kreeg de opdracht van het Federale Bureau voor Milieu (FOEN) en de Zwitserse Vereniging van Informatie- en Communicatietechnologie Providers (Swico) om te onderzoeken of het herstel van indium en neodymium ecologisch zinvol en economisch haalbaar is. Technisch gezien, indium kan vandaag al worden teruggewonnen, zij het met een relatief hoge inspanning. En vanuit economisch oogpunt voor het terugwinnen van indium uit schermen worden slechts matige meerkosten gemaakt. Deze zouden opgevangen kunnen worden door de early recycling fee te verhogen met 50 centimes per scherm. ecologisch, echter, de zaak is duidelijk:een berg afgedankte schermen heeft een hoger indiumgehalte dan een mijn met hetzelfde volume waaruit indium als primaire grondstof wordt gewonnen. Volgens de studie, de milieueffecten van recycling zijn even groot, zo niet beter, dan die van de primaire productie uit mineralen. Echter, dit geldt alleen als de afgedankte apparatuur in de eerste verwerkingsstap handmatig wordt gedemonteerd en niet mechanisch wordt vermalen.

In het geval van neodymium, de ecologische balans is nog duidelijker:als het materiaal afkomstig is uit het recyclingproces, dan is de belasting van het milieu een derde minder dan wanneer het uit een mijn zou worden gehaald.

De hoeveelheid maakt het verschil

gelijk aan goud, indium en neodymium kunnen duidelijk worden gelokaliseerd in scheidbare componenten van een elektronisch apparaat. Het zou ook technisch haalbaar zijn om de grondstoffen terug te winnen, zij het tegen aanzienlijke kosten. Dus waarom zijn deze metalen tot nu toe niet teruggewonnen?

Om deze vraag te beantwoorden, het is belangrijk om rekening te houden met de hoeveelheden die ermee gemoeid zijn. Indium is pas sinds de millenniumwisseling in significante hoeveelheden gebruikt. In 2014, het jaar waarvoor de laatste cijfers beschikbaar zijn, ongeveer 1,7 ton van het metaal was aanwezig in apparaten in Zwitserland die nog in gebruik waren. Echter, de apparaten die in hetzelfde jaar werden weggegooid bevatten slechts ongeveer 135 kg indium. Ongeveer een derde hiervan bereikte het recyclingproces helemaal niet – bijvoorbeeld omdat de apparaten bij het normale afval werden gegooid of naar het buitenland werden geëxporteerd. Van de ongeveer 90 kg indium die door het recyclingproces ging, 90% belandde in verbrandingsovens, 5% ging verloren in het smeltproces - en slechts 5% werd opgeslagen voor mogelijke toekomstige herverwerking, volgens de studie.

Neodymium is sinds het begin van de jaren tachtig in grote hoeveelheden aanwezig in verkochte elektronische apparatuur. In 2014, ongeveer 39 ton neodymium was nog aanwezig in apparatuur die nog in gebruik was, terwijl de in hetzelfde jaar afgevoerde apparatuur 3,9 ton bevatte. Van deze, 2,8 ton bereikte het recyclingproces, waar het element in de slak van het smeltproces terecht is gekomen.

De cijfers voor goud liggen tussen deze twee in:4,8 ton was in apparatuur, 440 kilo werd gescheiden in goudhoudende componenten en 330 kilo hiervan bereikte het recyclingproces. Vanaf toen, de verliezen zijn laag:95% van het goud dat de handmatige ontmantelingsfase bereikt, kan worden teruggewonnen.

Het kan dus niet puur aan de hoeveelheden liggen dat de extra inspanning voor terugwinning alleen nodig is voor goud. Als we naar de waarde van de metalen kijken, zien we een interessant feit:de 90 kg indium die in het verwijderingsproces terechtkomt, is momenteel ongeveer US $ 36 waard, 000; 2, 800 kg neodymium US$ 200, 000 – en de 330 kg goud US$ 13, 600, 000. Dus vanuit economisch oogpunt, de moeite voor goud is ondanks de kleine hoeveelheden de moeite waard - voor neodymium en indium, anderzijds, de financiële motivatie voor de recyclingbedrijven is momenteel (nog) laag.

"Verreweg het grootste deel van neodymium en indium zit nog steeds in de apparatuur die momenteel in gebruik is, ", legt Esther Thiébaud uit. "Een lichte verhoging van de prepaid recyclingbijdrage zou al voldoende zijn om van recycling een economisch aantrekkelijke optie te maken". het zou op zijn minst zinvol zijn om componenten met een relatief hoog aandeel indium en neodymium tijdelijk op te slaan - zodat de hulpbronnen niet voor altijd verloren gaan.