Bakterid muudavad elektroonikajäätmed väärtuslikuks metallikaevanduseks

Tartu Ülikooli ja BiotaTeci teadlaste uuring viitab, et bakterite abil saab elektroonikajäätmetest eraldada väärtuslikke metalle leebemates tingimustes kui tavapärase metallurgia puhul. See võib muuta e-jäätmete ringlussevõtu tulevikus paindlikumaks, energiatõhusamaks ja keskkonnasõbralikumaks.

Elektroonikajäätmed ei ole enam ammu ainult jäätmekäitluse probleem. Need on kiiresti kasvav strateegiliste metallide varu, mille väärtus muutub iga aastaga selgemaks. Tartu Ülikooli ja BiotaTeci teadlaste uuring viitab, et osa sellest väärtusest võib tulevikus kätte saada bakterite abil — madalama energiakulu, väiksema keemiakoormuse ja paindlikuma protsessiga kui paljud senised lahendused.

Tänases ringmajanduses on see oluline nihe. Kui seni on vana elektroonikat nähtud peamiselt kuluka jäätmevoona, siis üha sagedamini nähakse selles linnakaevandust — kontsentreeritud metallivaru, mis on juba olemas ja ootab targemat kasutust.

Artikli põhipunktid

elektroonikajäätmed sisaldavad vaske, niklit, koobaltit, haruldasi muldmetalle, kulda ja teisi väärtuslikke metalle
traditsiooniline e-jäätmete ringlussevõtt põhineb sageli kõrgel temperatuuril ja agressiivsel keemial
bioleostamine kasutab metallide eraldamiseks mikroorganisme
bakterid suudavad selektiivselt eraldada baasmetalle
protsessi on edukalt katsetatud ka suuremates reaktorites
tehnoloogia võib tulevikus täiendada elektroonikajäätmete ringlussevõtu süsteeme

Elektroonikajäätmed on muutumas uueks linnakaevanduseks

Maailmas tekib igal aastal järjest rohkem elektroonikajäätmeid. Tavaliselt käsitletakse seda kui keskkonnaprobleemi: vanad seadmed sisaldavad ohtlikke aineid, neid on keeruline käidelda ja valesse jäätmevoogu sattudes kaob märkimisväärne osa materjaliväärtusest.

Aga see on ainult pool pilti.

Teine pool on see, et elektroonikaseadmete sees peitub arvestatav kogus metalle, mille järele kasvab nõudlus nii tööstuses, energiasiirdes kui ka kõrgtehnoloogias. Vanades trükkplaatides leidub vaske, tsinki, niklit, koobaltit, haruldasi muldmetalle ning väärismetalle, sealhulgas kulda.

Mõne metalli puhul võib sisaldus elektroonikajäätmetes olla üllatavalt kõrge. Just seetõttu nähakse vanu telefone, arvuteid ja muid seadmeid üha enam mitte ainult jäätmete, vaid ka väärtusliku toormena.

Sellest loogikast tekib järgmine oluline küsimus: kui elektroonikajäätmed on nii väärtuslikud, siis miks on nende ringlussevõtt endiselt nii keeruline?

Bakterid muudavad elektroonikajaatmed metallikaevanduseks 01 — Bakterid muudavad elektroonikajäätmed metallikaevanduseks 11

Miks e-jäätmetest metallide kättesaamine on keeruline?

Põhimõtteliselt on probleem lihtne: metallid on olemas, kuid neid ei ole lihtne puhtalt ja tõhusalt kätte saada. Elektroonikajäätmed on väga keeruline materjalisegu, kus metallid, plastid, keraamika, pinnakatted ja muud komponendid on omavahel tihedalt seotud.

See muudab töötluse tehniliselt nõudlikuks.

Traditsioonilised meetodid tuginevad enamasti kas kõrgel temperatuuril sulatamisele või agressiivsele keemilisele töötlemisele. Need lähenemised võivad olla tõhusad, kuid vajavad palju energiat, spetsiaalset taristut ning suurt mahtu, et majanduslikult ära tasuda.

Lisaks segavad baasmetallid sageli väärismetallide hilisemat eraldamist. See tähendab, et isegi kui materjalis on palju väärtust, ei ole selle väärtuse kättesaamine sirgjooneline.

Just siin muutub oluliseks alternatiivne küsimus: kas osa sellest tööst saaks ära teha leebemalt ja targemalt?

Lahendus: bakterid, mis aitavad metallid segust lahti võtta

Siin tuleb mängu bioleostamine. See on protsess, kus metallide eraldamiseks kasutatakse mikroorganisme. Esmapilgul võib see kõlada nagu laborikatse, millel pole päris tööstusega palju pistmist, kuid tegelikult põhineb see väga reaalsel bioloogilisel võimel.

Teatud bakterid suudavad oma ainevahetuse käigus metalle lahustada. Tartu Ülikooli ja BiotaTeci teadlaste uuringus keskenduti kullarikka trükkplaadipulbri fraktsioonile, kuid sihikule ei võetud esmalt mitte kulda, vaid baasmetallid.

Selle lähenemise loogika on tugev. Kui segust eemaldada näiteks vask, tsink, koobalt ja osa haruldasi muldmetalle, muutub allesjäänud fraktsioon väärismetallide seisukohast väärtuslikumaks ja paremini töödeldavaks.

Teisisõnu ei tee bakterid kogu tööd korraga ära. Nad aitavad kõigepealt eemaldada need metallid, mis muudavad järgmised töötlusetapid keerulisemaks. Ja just see ongi bioleostamise suur tugevus.

Selleks et mõista, miks see lähenemine on nii paljulubav, tasub vaadata selle keskkonna- ja protsessieelseid eeliseid.

Miks bioleostamine võib olla keskkonnale parem lahendus?

Kui võrrelda bioleostamist tavapärase metallurgiaga, tuleb kõigepealt välja protsessi iseloom. Mikroorganismidega töötlus toimub märksa leebemates tingimustes kui kõrgel temperatuuril sulatamine või intensiivne keemiline lahustamine.

See tähendab mitut asja korraga.

Esiteks võib energiakulu olla väiksem. Teiseks on võimalik vähendada agressiivsete kemikaalide kasutamist. Kolmandaks võib väiksem olla ka kogu protsessi süsinikujalajälg. Lisaks võimaldab bioleostamine metallide selektiivsemat eraldamist, mis on elektroonikajäätmete puhul eriti oluline.

Loomulikult ei tähenda see, et bioloogiline lähenemine asendaks automaatselt kogu olemasoleva ringlussevõtu. Pigem on selle väärtus selles, et see võib täiendada seniseid tehnoloogiaid ning toimida tugeva eeltöötlusetapina.

Ja just siin jõuame ühe uuringu kõige olulisema detailini: kas see töötab ainult laborilaual või ka suuremas mahus?

Bakterid muudavad elektroonikajaatmed metallikaevanduseks 02 — Bakterid muudavad elektroonikajäätmed metallikaevanduseks 12

Uuringu üks suurimaid saavutusi oli protsessi skaleerimine

Paljud head ideed jäävadki laborisse, sest suuremas mõõtkavas need enam ei toimi. Ringmajanduse ja tööstuse seisukohast on just see üks peamisi eraldusjooni huvitava teaduse ja reaalselt kasutatava tehnoloogia vahel.

Selle uuringu puhul on eriti tähelepanuväärne, et protsess ei jäänud ainult väikesemahuliseks demonstratsiooniks. Parima tulemuse andnud lahendust optimeeriti nii 10-liitrise kui ka 80-liitrise reaktori jaoks.

See on oluline samm, sest näitab, et bioleostamise loogika võib töötada ka väljaspool kitsalt kontrollitud laborikatset. Tehnoloogia ei ole veel valmis lõplikuks tööstuslikuks kasutuseks, kuid see on liikunud sellest suunast oluliselt lähemale.

Kui protsessi saab suuremas mahus käigus hoida, tekib järgmine praktiline küsimus: mida teha metallidega pärast seda, kui need on lahusesse viidud?

Samm lähemale tööstuslikule ringlussevõtule

Ringlussevõtu mõttes ei piisa sellest, et metallid lihtsalt lahustuvad. Tööstuses on vaja vormi, mida saab edasi rafineerida, töödelda ja tootmisahelas kasutada.

Selleks muudeti uuringus lahuses olevad metallid vahetooteks nimega MHP ehk mixed hydroxide precipitate. Tegemist on metallide hüdroksiidide seguga, mida saab edasi suunata järgmiste töötlemis- ja rafineerimisetappide juurde.

See detail on palju olulisem, kui esmapilgul paistab. See näitab, et teadlased ei mõelnud ainult sellele, kuidas metallid materjalist välja saada, vaid ka sellele, kuidas need sobituksid olemasolevasse tööstuslikku loogikasse.

Teisisõnu ei jäänud töö laboratoorse demonstratsiooni tasemele. See liigub juba sinna suunda, kus sellest võiks saada praktiline osa ringlussevõtu väärtusahelast.

Samas on aus öelda, et enne laiemat kasutuselevõttu tuleb lahendada veel mitu väga praktilist probleemi.

Millised väljakutsed tuleb veel lahendada?

Nagu iga uue tehnoloogia puhul, ei piisa ka siin ühest tugevast uuringust. Et bioleostamine muutuks päriselt tööstuslikult rakendatavaks, tuleb edasi töötada protsessi stabiilsuse, kiiruse ja majandusliku tasuvuse kallal.

Olulised küsimused on näiteks see, kui suur saab olla e-jäätmete osakaal protsessis, kuidas tagada mikroorganismidele ühtlane kasvukeskkond suuremates reaktorites ning kuidas lühendada kogu protsessi kestust.

Need ei ole väikesed detailid, vaid otseselt tööstusliku rakendatavuse keskpunkt.

Samas on oluline, et need probleemid on juba nähtaval ja sõnastatud. See näitab, et valdkond liigub edasi järgmisse arengufaasi, kus küsimus ei ole enam ainult selles, kas meetod töötab, vaid selles, kuidas see töökindlaks ja äriliselt mõistlikuks muuta.

Ja just sellest avaneb ka laiem pilt: elektroonikajäätmeid tuleb üha enam käsitleda mitte probleemina, vaid strateegilise ressursina.

Elektroonikajäätmed kui tuleviku tooraine

Elektroonikajäätmete käsitlemine ainult jäätmekäitluse küsimusena jääb järjest kitsamaks. Tegelikult on tegemist tooraineallikaga, mille tähtsus võib lähiaastatel veelgi suureneda.

Mida enam maailm liigub elektrifitseerimise, akutehnoloogiate, taastuvenergia ja nutiseadmete suunas, seda suurem on surve kriitiliste metallide kättesaadavusele. Kui osa neist metallidest on võimalik kätte saada olemasolevatest jäätmevoogudest, väheneb surve uute maavarade kaevandamisele.

Just seetõttu on bioleostamise sarnased tehnoloogiad laiemalt huvitavad. Need ei tähenda ainult uut laborilahendust, vaid viitavad võimalusele, et tuleviku ringlussevõtt saab olema mitme tehnoloogia kombinatsioon: mehaaniline töötlemine, bioloogiline metallide eraldamine ja keemiline või metallurgiline rafineerimine.

Sellises mudelis ei ole Eesti Elektroonikaromu OÜ enamseadmete ja tehnika lõpp-punkt. See on uus algus.

Mida see tähendab elektroonikajäätmete ringlussevõtule Eestis?

Eesti ei pruugi olla klassikaline metallikaevanduste maa, kuid see ei tähenda, et strateegiliste toormete küsimus meid ei puudutaks. Vastupidi. Elektroonikajäätmete kogumine, suunamine ja töötlemine muutub üha olulisemaks osaks sellest, kuidas ressursse targalt kasutada.

Kui seadmed ei jõua õigesse jäätmevoogu, ei saa ükski hea tehnoloogia nende seest väärtuslikke metalle kätte. Seetõttu algab ringmajandus tegelikult kogumisest, sorteerimisest ja õigetest käitluskanalitest.

Bioleostamise potentsiaal muutub päriselt nähtavaks alles siis, kui olemas on ka toimiv süsteem, mis toob elektroonikajäätmed õigel kujul õigesse kohta.

Just siin kohtuvad teadus, tootjavastutus, kogumissüsteemid ja ringlussevõtu praktiline töö. Ning just siin võib Eesti-sugune väike, paindlik ja kiiresti kohanev riik olla üllatavalt hea katsekeskkond uutele lahendustele.

Kokkuvõteks

Tartu Ülikooli ja BiotaTeci teadlaste uuring näitab, et bakterite abil saab elektroonikajäätmetest selektiivselt eraldada baasmetalle, mis muudavad väärismetallide edasise kättesaamise lihtsamaks. Meetodi tugevuseks on leebemad töötingimused, väiksem võimalik energiakulu ja potentsiaalne sobivus eeltöötluse etapiks.

Eriti oluline on see, et protsessi õnnestus testida ka suuremates reaktorites ning lahustunud metallid viidi edasi tööstuslikult kasutatavasse vahetootesse. Kuigi tehnoloogia vajab veel arendamist, kinnitab uuring selgelt, et elektroonikajäätmed ei ole ainult jäätmed. Need on järjest väärtuslikum ressurss.

Hea teada

Mis on bioleostamine?

Bioleostamine on protsess, kus mikroorganismid aitavad materjalist metalle lahustada, et neid oleks võimalik hiljem eraldada ja edasi töödelda.

Milliseid metalle saab bakterite abil elektroonikajäätmetest eraldada?

Uuringu järgi saab selektiivselt eraldada näiteks vaske, tsinki, koobaltit ja haruldasi muldmetalle.

Kas bioleostamisega eraldatakse ka kulda?

Selle lähenemise puhul jääb suurem osa väärismetallidest, sealhulgas kullast, tahkesse jääki. See võib olla kasulik, sest pärast baasmetallide eemaldamist muutub jääk kullarikkamaks.

Miks peetakse bioleostamist keskkonnasõbralikumaks?

Sest protsess võib toimida madalamal temperatuuril, väiksema keemiakoormusega ja väiksema energiakuluga kui mitmed traditsioonilised meetodid.

Kas bioleostamine asendab tulevikus kogu traditsioonilise metallurgia?

Tõenäoliselt mitte täielikult. Praegu paistab realistlikum, et see täiendab olemasolevaid lahendusi, eriti eeltöötluse etapina.

Miks on elektroonikajäätmete ringlussevõtt strateegiliselt oluline?

Sest e-jäätmed sisaldavad metalle, mida vajavad elektroonikatööstus, akud, taastuvenergia lahendused ja paljud muud valdkonnad. Nende parem ringlussevõtt aitab vähendada sõltuvust uute maavarade kaevandamisest.