Почему медь является ключом к цикличности в переработке электронных отходов

По данным Института Фраунгофера, с 1900 года было произведено более полумиллиарда тонн меди, и две трети из них все еще продуктивно используются. Этот металл уникально подходит для цикличности, говорит Фернандо Нуньо, член Международной ассоциации меди и консультативного совета выставки электротехники.

Уникальные свойства меди делают ее фундаментальным материалом, используемым в различных отраслях промышленности. Ее высокая электро- и теплопроводность делают ее незаменимой в электропроводке и электронике, обеспечивая переход энергии. 

Сегодня электротехническая промышленность сталкивается с рядом проблем, включая переход на новые источники энергии, дефицит ресурсов и необходимость снижения воздействия на окружающую среду, значительную часть которого составляет растущая проблема электронных отходов.

По данным Международной организации труда, электронные отходы являются самой быстрорастущей категорией отходов на планете. Окончание срока службы большинства электронных отходов приходится на развивающиеся страны, в которых, к сожалению, отсутствует инфраструктура, необходимая для их переработки без нанесения вреда людям и окружающей среде, при этом для повторного использования извлекается лишь малая часть имеющихся материалов. 

По данным Глобального монитора электронных отходов ООН (GEM), в 2022 году было произведено 62 миллиона тонн электронных отходов, что на 82 процента больше, чем в 2010 году. GEM обнаружил, что стоимость металлов, содержащихся в этих электронных отходах, составляет 91 миллиард долларов, в том числе 19 миллиардов долларов меди, 15 миллиардов долларов золота и 16 миллиардов долларов железа. 

Несмотря на то, что эти отходы производятся, менее четверти электронных отходов за 2022 год были собраны и переработаны, в результате чего неучтенными остаются ценные материалы стоимостью в миллиарды долларов, что может привести к загрязнению и увеличению спроса на первичные руды.

Производство такого количества отходов с линейным подходом к срокам службы продуктов усиливает дефицит сырья и увеличивает воздействие на окружающую среду при получении ресурсов. Принятие цикличной экономики замкнет цикл, уменьшив зависимость от первичных материалов за счет использования значительных объемов материалов в электронных отходах, и медь является одним из лучших материалов для начала.

Возможность вторичной переработки меди 

В контексте цикличной экономики особенно важна способность меди к вторичной переработке. Она может перерабатываться бесконечно без потери производительности или качества. Одна эта характеристика отличает ее от других металлов, используемых в электротехнической промышленности.

Для некоторых других металлов процессы переработки не могут справиться с высоким уровнем примесей без передовых процессов разделения и очистки, поэтому возможна только подобная переработка. Это означает, например, что алюминиевый лом из обмоток трансформаторов может быть повторно использован для производства алюминиевых обмоток трансформаторов только в том случае, если поток отходов будет отделен от других типов алюминиевого лома. Как правило, это не так, поскольку требуется слишком много усилий, чтобы создать отдельный маршрут переработки для каждого типа алюминия. Вместо этого переработанный металл часто требует смешивания с первичным материалом для достижения требуемого уровня чистоты или используется в менее благородных приложениях, где чистота менее важна.

Кроме того, такие металлы, как алюминий, олово и никель, часто легируются для улучшения их свойств, но повторное производство чистого металла из этого легированного лома сложнее, чем для меди. Идентификация и сортировка различных сплавов, а затем извлечение составляющих металлов с использованием электролитических, пиро- или гидрометаллургических процессов требует как времени, так и энергии. Часто бывает слишком сложно хранить все эти потоки отходов отдельно, поэтому материал в основном подвергается даунсайклингу.

Вместо этого медь обычно используется в высокочистой форме в электротехнических приложениях. Фактически, около 80 процентов используемой меди нелегирована. Даже если это лом с примесями или сплав с другими элементами, возможна переработка меди без понижения ее качества.

Процессы очистки первичной и вторичной меди очень похожи, и при правильных условиях можно достичь высокой степени чистоты вторичного материала, что гарантирует его ценность и пригодность для высококачественных применений. В результате медь никогда не теряется по-настоящему, а человеческое общество владеет огромным городским медным рудником.

Начало цепочки создания стоимости

Относительно высокая экономическая ценность меди может стать движущей силой для переработки других материалов. Например, плавильный завод компании Atlantic Copper в Уэльве стал пионером в интеграции электронных отходов непосредственно в процесс плавки меди. Благодаря адаптации своих печей, методов очистки и контроля окружающей среды предприятие может эффективно извлекать медь и драгоценные металлы из электронного лома, снижать потребление энергии и обеспечивать более строгое соблюдение экологических норм. Инновации в отборе проб, конструкции печи и очистке шлака приводят к повышению выхода и чистоты меди, а также минимизации потерь других критически важных материалов.

Таким образом, переработка меди облегчает переработку других материалов, таких как золото, серебро, никель, олово, свинец и цинк. Более 20 различных материалов перерабатываются в потоке меди.

Однако существует предел процента спроса, который может быть удовлетворен за счет переработанного материала. Даже если 100 процентов отслужившей свой срок меди будет переработано, одна вторичная медь не сможет удовлетворить растущий спрос на медь, поскольку исторический спрос был намного ниже, чем сегодня. Например, трансформаторы и двигатели, которые сегодня отслуживают свой срок, — это те же самые устройства, которые появились на рынке 30 лет назад, когда объемы продаж составляли всего половину от того, что мы видим сегодня, поэтому просто недостаточно отслужившего свой срок материала. Это делает невозможным увеличение глобальной доли переработанного потребительского сырья в новых продуктах выше 35–40 процентов.

Проектирование с учетом принципа цикличности

В настоящее время около 30 процентов спроса на медь поступает из переработанных продуктов во всем мире. Как упоминалось выше, передовые технологии разделения могут увеличить эту долю, но адаптация конструкций продуктов для облегчения переработки не менее важна.

Например, дизайнеры могут сделать разделение различных металлов, присутствующих в их продуктах, менее энергоемким и трудоемким, тем самым улучшая экономическую целесообразность переработки и сокращая отходы металла. Кроме того, общение с металлургическими заводами и компаниями по переработке может помочь OEM-производителям выбирать сплавы, наиболее подходящие для переработки для их продуктов.

Кроме того, высокая электро- и теплопроводность меди часто может привести к более компактным конструкциям изделий, что может снизить потребление других материалов. Например, трансформаторы с медными обмотками экономят электротехническую сталь по сравнению с агрегатами с алюминиевыми обмотками, в то время как асинхронные двигатели с медными роторами приводят к более компактным агрегатам при той же мощности. 

Хотя ее принципы укоренены в вековых практиках, таких как сельское хозяйство, цикличная экономика как структурированная, масштабируемая модель является современным ответом на глобальные вызовы. Она сочетает традиционную мудрость с инновационными инструментами для создания устойчивого будущего. Как было бы уместно, если бы первым по-настоящему цикличным материалом была медь — элемент, жизненно важный для прошлых технологических достижений человечества, а теперь незаменимый для энергетического перехода, который сформирует будущее.

Источник: https://www.recyclingproductnews.com/article/43209/why-copper-is-the-key-to-circularity-in-e-waste-recycling