تبسيط عملية إعادة تدوير المعادن الحيوية قد يخفف من نقصها والأعباء البيئية

أهمية إعادة تدوير المعادن

Mineral resources are inherently limited, and their extraction is energy-consuming and environmentally destructive. The mining industry is a major consumer of fresh water, an emitter of greenhouse gases, causing deforestation and pollution that can last decades if not centuries.

نظريًا، يجب أن تكون المعادن من أكثر المواد القابلة لإعادة التدوير، لأنها تتكون من عناصر نقية، على عكس الجزيئات العضوية المعقدة مثل البلاستيك.

في الواقع، الأمر بعيد كل البعد عن ذلك، فإعادة تدوير المعادن غالبًا ما تكون غير مثالية أو تستهلك طاقة كبيرة. وهذا صحيح بشكل خاص للمكونات الإلكترونية التي تخلط على المستوى الذري مزيجات معقدة من العناصر النادرة مثل المعادن النادرة، والكادميوم، والتيتانيوم، والتنغستن، وغيرها.

لذلك، يُعد خبرًا كبيرًا أن الباحثين من جامعة رايس (الولايات المتحدة) وجامعة تسينغوا (الصين) طوروا طريقة جديدة تمامًا لإعادة تدوير المعادن باستخدام التيارات الكهربائية المكثفة. نُشرت نتائجهم في مجلة Nature Chemical Engineering في 25 سبتمبر^th، 2024 تحت عنوان “الفصل السريع للمعادن بواسطة الكلورنة الكهروحرارية”.

طرق إعادة تدوير المعادن

إعادة تدوير المعادن الحالية

Currently, metal recycling mostly relies on الهيدروميتالورجيا السائلة, or the dissolution of metals in liquid or alkaline water. However, this technique involves substantial water and chemical consumption with problematic secondary waste streams.

المصدر: MEAB

Another option is البيروميتالورجيا، التي تقوم أساسًا بصهر جميع المعادن المختلطة معًا ثم إعادة تنقيتها وفقًا لخصائصها الفيزيائية (نقطة الانصهار، إلخ). المشكلة هي أن هذه الطريقة تفتقر إلى الانتقائية، لذا غالبًا ما يكون الناتج ما يزال مزيجًا من معادن مختلفة. كما أنها تتطلب مدخلات طاقة كبيرة، مما يقلل من ملفها البيئي.

التسخين الفوري بالجهد (FJH)

Flash Joule Heating is a method that the research team leader, James M. Tour, has previous experience with لتصنيع الجرافين and waste disposal.

المصدر: India Education Diary

يتكون التسخين الفوري بالجهد من تمرير تيار كهربائي عبر مادة لتسخينها بسرعة إلى درجات حرارة مرتفعة جدًا. سرعة عملية التسخين تحول المادة إلى مواد مختلفة.

اكتشفوا أن الطريقة يمكن تطبيقها على استخراج المعادن. ويبدو أنها يمكن أن تُطبق على نطاق واسع على مجموعة متنوعة من النفايات الإلكترونية. ومن الجدير بالذكر أن الطريقة أثبتت قدرتها على الفصل:

• التنتالوم من المكثفات.
• الغاليوم من الصمامات الضوئية (LEDs).
• الإنديوم من الأفلام الشمسية المستخدمة.

حققت الطريقة هذه النتائج دون استخدام أي ماء أو حمض أو أي مذيبات أخرى، مما يقلل بشكل كبير من التلوث الناتج. ليس فقط يمكنها العمل على العديد من المعادن، بل تحقق أيضًا نقاءً بنسبة 95٪ للنتيجة النهائية، من خلال التحكم الدقيق في ظروف التفاعل. إجمالًا، كان العائد 85٪ وهو معدل مُرضٍ جدًا.

لذلك، حتى إذا لم تستعد جميع المعادن، يمكن لهذه الطريقة أن تقلل بشكل كبير من نسبة النفايات التي تحتاج إلى معالجة بالهيدروميتالورجيا أو البيروميتالورجيا.

آفاق مستقبلية لتقنية FJH

إعادة تدوير إلكترونية شاملة

تم دراسة هذه الطريقة هنا لإعادة تدوير بعض أنواع النفايات الإلكترونية فقط. سيحتاج الأمر إلى مزيد من العمل لتقييمها بالنسبة لأنواع أخرى من الإلكترونيات التي تحتاج بشدة إلى خيارات أكثر كفاءة وصديقة للبيئة، مثل البطاريات على سبيل المثال.

نحن نحاول تكييف هذه الطريقة لاسترداد معادن حرجة أخرى من تدفقات النفايات. د. بينغ دينغ – أستاذ مساعد في جامعة تسينغوا والمؤلف الأول المشارك في الدراسة.

من المحتمل أيضًا أن يتم تطوير تحسينات إضافية على الطريقة، مثل اختبارها مع كمية أقل من الحمض لإيجاد طرق لزيادة العائد الكلي.

هذا الاختراق يعالج مشكلة نقص المعادن الحرجة والآثار البيئية السلبية بشكل عاجل، بينما يحفز الصناعات المعاد تدويرها اقتصاديًا على نطاق عالمي من خلال عملية استرداد أكثر كفاءة، د. شيشن شو – باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة رايس والمؤلف الأول المشارك في الدراسة.

استخراج المعادن

من الناحية المفاهيمية، هناك فرق ضئيل جدًا بين إعادة تدوير المعادن واستخراج المعادن من الخامات الطبيعية. في الحالتين، تكون المعادن مدمجة مع عناصر أخرى وتحتاج إلى فصلها بالقوة لتُنقّى وتصبح صالحة للاستخدام من قبل الصناعات التي تحتاجها.

في التعدين أيضًا، يتم غالبًا تحقيق التكرير من خلال استخدام الماء + الأحماض، أو الحرارة الشديدة، على نطاق واسع. وهذا جزء أساسي مما يجعل التعدين مثيرًا للجدل ومدمرًا للبيئة.

لذلك، قد تحمل الطريقة أيضًا وعودًا لاستخراج الليثيوم وعناصر الأرض النادرة، وفقًا للدكتور شيشن شو.

الاستثمار في إعادة تدوير المعادن

بينما يتم إعادة تدوير بعض المعادن مثل الصلب والألمنيوم بشكل جيد، لا تزال المواد الأكثر تعقيدًا مثل النفايات الإلكترونية غير معاد تدويرها في الغالب، أو تُعالج في ظروف غير صحية ومُلوثة في الدول الفقيرة.

في الوقت نفسه، تُنتج السيارات الكهربائية، والألواح الشمسية، والبطاريات، ومضخات الحرارة، والأجهزة الإلكترونية الصغيرة بكميات متزايدة، مما يراكم مخزونًا من المواد التي تحتاج إلى إعادة تدوير خلال بضع سنوات فقط.

يمكنك الاستثمار في شركات إعادة التدوير عبر العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، على توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة الأمريكية، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، وكذلك العديد من الدول الأخرى.

إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات محددة، يمكنك أيضًا النظر في الصناديق المتداولة في البورصة (ETF) مثل Mast Global Battery Recycling & Production ETF (EV)، وVanEck Circular Economy UCITS ETF (REUS)، أو WisdomTree Recycling Decarbonisation UCITS ETF – USD Acc (WRCY) (WT )  التي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من صناعة إعادة التدوير.

شركات إعادة تدوير المعادن

1. Li-Cycle Holdings Corp 

من بين جميع أنواع النفايات الإلكترونية، قد تكون البطاريات هي الأكثر إشكالية.

ذلك لأنهم ليسوا فقط أجهزة معقدة للغاية تحتوي على العديد من المعادن الملوثة المختلفة، بل أيضًا لأنهم دائمًا ما يشكلون خطرًا أمنيًا محتملًا بسبب خطر الحريق أو الانفجار للبطاريات المشحونة. لذا، بينما تكون البطاريات آمنة في الظروف العادية، فإن تمزيقها أو صهرها لإعادة التدوير هو بالطبع ما يخلق مثل هذا الخطر.

وحجم البطاريات التي تحتاج إلى إعادة تدوير سيزداد بمقدار 6 أضعاف بحلول عام 2030 في أمريكا الشمالية وحدها.

المصدر: Li-Cycle

نقطة بيع حاسمة لشركة Li-Cycle هي أن طريقتها يمكنها معالجة حزم البطاريات المشحونة بالكامل، دون الحاجة إلى تفكيكها أو تفريغها.

هذه أيضًا عملية “غير متحيزة لنوع البطارية”، مما يعني أنها يمكن أن تعمل على أي نوع من بطاريات الليثيوم أيون، بغض النظر عن الشركة المصنعة أو حالة البطارية. نظرًا لأن الصناعة لا تزال بعيدة عن التوحيد حول تصميم معين، والابتكار يحدث بسرعة كبيرة، فمن الضروري للمُعيد تدوير أن يظل قادرًا على العمل بكفاءة على المدى الطويل.

بشكل عام، تحقق الشركة معدل استرداد بنسبة 95٪ ويمكنها إنتاج مواد عالية الجودة مثل كربونات الليثيوم من فئة البطاريات من البطاريات المستخدمة.

المصدر: Li-Cycle

في عام 2023 وبداية 2024، واجهت الشركة عقبة بسبب تجاوزات تكلفة هائلة في بناء منشأة معالجة مهمة في روتشستر، نيويورك. جاء ذلك بعد توسع سريع جدًا مع بناء مرافق عبر أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا.

إذا اكتملت وتعمل بأقصى سرعتها، يمكن لمركز روتشستر معالجة ما يصل إلى 35,000 طن من ما يُسمى “الكتلة السوداء” (في الأساس بطاريات مُسحوقة) سنويًا.

سيكون هذا خطوة هائلة مقارنةً بـ 1,394 طن فقط من الكتلة السوداء التي تم إنتاجها في الربع الثاني من عام 2024.

المصدر: Li-Cycle

للحصول على ما يكفي من المال لإنهاء روتشستر، قامت Li-Cycle في مارس 2024 بتأمين استثمار بقيمة 75 مليون دولار من عملاق التعدين Glencore. كما أنها تبحث عن قرض بقيمة 375 مليون دولار من الحكومة الأمريكية كجزء من الدفع نحو السياسات الخضراء وإعادة التصنيع في إطار قانون IRA والبنية التحتية الثنائي الحزبي في الولايات المتحدة.

عملية قرض وزارة الطاقة الآن متقدمة إلى حد كبير، حيث وصلت إلى الخطوة 5 من إجمالي 6 خطوات. من المتوقع أن يُعاد بدء البناء في روتشستر إذا تم الموافقة على القرض.

المصدر: Li-Cycle

عقبة أخرى للشركة هي انخفاض أسعار المواد، التي أثرت على كامل سلسلة الإمداد، بما في ذلك مناجم الليثيوم. استجابةً لذلك، خفضت الشركة عدد موظفيها وقلصت التكاليف حيثما أمكن.

إذا نجح مركز روتشستر، تهدف الشركة إلى بناء ثلاثة مراكز من الجيل الثالث إضافية (روتشستر هو الجيل الثاني) في ألاباما، أريزونا، وألمانيا.

المصدر: Li-Cycle

2. Enviri

كانت تُعرف سابقًا باسم Harsco، وتعد الشركة عملاقًا في مجال إعادة تدوير النفايات، مع تركيز على النفايات الصناعية وتلك المتعلقة بالتعدين، بما في ذلك المعادن (40٪ من إجمالي مبيعاتها).

تنقسم الشركة إلى 3 أقسام:

• Harsco Environmental: معالجة 20 مليون طن من الخبث سنويًا لإنتاج الأسفلت، وكتل الرصف، والمواد الكاشطة، وألواح السقف، والأسمدة.
• Clean Earth: متخصصة في التعامل مع النفايات الخطرة، بما في ذلك 5.6 مليون مصباح سنويًا، 5.3 مليون رطل من البطاريات، 5,000 طن من الإلكترونيات، 3.4 مليون من التربة الملوثة، و71 مليون جالون من مياه الصرف الصحي.
• Rail: تقديم حلول صيانة وبناء السكك الحديدية.

المصدر: Enviri

بشكل عام، يشكل قطاع إعادة التدوير/التنظيف الغالبية العظمى من الأعمال، حيث يأتي 62٪ من إجمالي الإيرادات من أمريكا الشمالية. وقد شهدت Clean Earth نموًا سريعًا، حيث انتقلت من بضع نسب مئوية فقط من إيرادات الشركة في 2019 إلى ما يقرب من الثلث في 2024.

المصدر: Enviri

ترى الشركة فرصة نمو كبيرة في معالجة PFAS (المواد الفلوروكربونية المتعددة والبيرفلوروalkyl)، أو “المواد الكيميائية الدائمة” التي تزداد قلقًا وتحتاج إلى معالجة أفضل. من المتوقع أن ينمو سوق التخلص من PFAS الذي يمكن أن تتعامل معه Clean Earth التابعة لـ Enviri إلى 3-5 مليارات.

تستمر الشركة أيضًا في التركيز على تحديد طرق إضافية يمكنها تدمير PFAS، بدلاً من دفنها أو استخدام معالجات حقن الآبار العميقة.

نعتقد أن التدمير هو تقنية متفوقة لتقليل المخاطر والمسؤوليات على المدى الطويل.

إليزابيث بيترسون – رئيسة الشؤون التجارية في Clean Earth

مع تزايد القوانين التي تتصدى لمشكلة التلوث غير المعالج (مثل PFAS)، من المرجح أن تستفيد شركات مثل Enviri من ذلك. يمكن العثور على فرص أخرى في الفولاذ الأخضر والأسفلت السالب للكربون.

على المدى الطويل، تفكر الشركة في بيع أصولها من السكك الحديدية، لإنهاء تحولها من مجموعة صناعية إلى شركة اقتصاد أخضر. لكن قد يستغرق ذلك وقتًا، بسبب اللوائح والتهديدات للعقود طويلة الأجل في أوروبا في حالة البيع، مما أدى إلى إيقاف بيع قطاع السكك الحديدية مؤقتًا.