Tehnika brzog „flash“ Joule zagrevanja omogućava efikasnije izdvajanje retkih zemnih elemenata iz elektronskog otpada
1. Uvod
Razvoj naprednih tehnologija za reciklažu postaje ključan u trenutku kada globalna potražnja za kritičnim sirovinama nastavlja da raste. Među najnovijim istraživanjima izdvaja se metoda koja bi mogla značajno unaprediti izdvajanje retkih zemnih elemenata (REE) iz elektronskog otpada, brže, čistije i uz niže operativne troškove.
Tim istraživača sa Univerziteta Rajs (Rice University), predvođen Džejmsom Turom (James Tour) i Šičenom Suom (Shichen Xu), razvio je ultrabrzu, jednokoračnu tehniku zasnovanu na tzv. „flash“ Joule zagrevanju (FJH). Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.
2. Šta je „flash“ Joule zagrevanje i kako funkcioniše?
Za razliku od konvencionalnih metoda reciklaže retkih zemnih elemenata, koje su energetski zahtevne i često generišu toksičan otpad, nova metoda koristi ekstremno brzo zagrevanje materijala, do nekoliko hiljada stepeni u svega nekoliko milisekundi.
Proces kombinuje ovu tehniku sa hlorom u gasovitom stanju kako bi se retki zemni elementi izdvojili iz otpadnih magneta bez upotrebe vode ili kiselina.
Istraživači su polazili od pretpostavke da se razlike u Gibbsovoj slobodnoj energiji i tačkama ključanja mogu iskoristiti za selektivno uklanjanje elemenata koji ne pripadaju grupi retkih zemnih elemenata.
U praksi, to znači da se metali poput gvožđa i kobalta prvo hlorišu i isparavaju, dok oksidi retkih zemnih elemenata ostaju u čvrstom stanju.
Proces je testiran na otpadu magneta na bazi neodimijum-gvožđe-bora i samarijum-kobalta. Preciznom kontrolom temperature, elementi koji nisu REE pretvoreni su u isparljive hloride i brzo odvojeni od preostalog materijala.
Naučnici su pritom uočili gotovo trenutno uklanjanje neretkih elemenata, što je omogućilo dobijanje znatno čistijeg ostatka retkih zemnih elemenata.
„Pokazali smo da je moguće izdvojiti retke zemne elemente iz elektronskog otpada za svega nekoliko sekundi uz minimalan uticaj na životnu sredinu“, izjavio je Džejms Tur, profesor hemije, nauke o materijalima i nano-inženjerstva i vodeći autor studije.
Prema rečima prvog autora istraživanja, Šičena Sua, metoda funkcioniše u deliću vremena u poređenju sa tradicionalnim procesima i eliminiše potrebu za vodom i kiselinama što se do sada smatralo teško ostvarivim.
3. Merljivi rezultati: manja potrošnja energije i niži troškovi
Pored laboratorijskih testova, istraživački tim sproveo je procenu životnog ciklusa (LCA) i tehno-ekonomsku analizu (TEA) kako bi uporedio novu tehnologiju sa postojećim hidrometalurškim metodama.
Rezultati pokazuju:
- više od 90% čistoće i prinosa u jednom koraku
- 87% manju potrošnju energije
- 84% niže emisije gasova sa efektom staklene bašte
- oko 54% niže operativne troškove
Studija takođe naglašava da proces u potpunosti eliminiše potrebu za vodom i kiselinama.
4. Potencijal za industrijsku primenu
Jedna od ključnih prednosti ove tehnologije jeste mogućnost razvoja modularnih postrojenja za reciklažu koja se mogu postaviti u blizini mesta prikupljanja elektronskog otpada.
Lokalna obrada iskorišćenih magneta mogla bi:
- smanjiti troškove transporta
- ubrzati proces reciklaže
- umanjiti ekološki otisak
„Rezultati pokazuju da ovo nije samo akademski koncept već održiv industrijski put“, istakao je Tur.
Ova tehnologija je već licencirana kompaniji Flash Metals USA, startapu iz Teksasa, koji planira da pokrene proizvodnju zasnovanu na ovom procesu u prvom kvartalu 2026. godine.
5. Korak ka stabilnijem i cirkularnom lancu snabdevanja
Konvencionalna reciklaža retkih zemnih elemenata dugo je bila ograničena visokom potrošnjom energije i stvaranjem opasnog otpada. Nova metoda ukazuje na mogućnost efikasnijeg povraćaja ovih materijala iz postojećih tokova elektronskog otpada, uz značajno smanjenje negativnih uticaja na životnu sredinu.
Iako je tehnologija još u fazi šire komercijalizacije, rezultati istraživanja sugerišu da bi ovakvi pristupi mogli doprineti izgradnji otpornijih i održivijih lanaca snabdevanja kritičnim mineralnim sirovinama, što je sve važnije u kontekstu rastuće globalne potražnje.
Istraživanje su podržali Agencija za napredne istraživačke projekte u oblasti odbrane (DARPA), Kancelarija za naučna istraživanja Ratnog vazduhoplovstva i Inženjerski korpus Vojske Sjedinjenih Američkih Država.
