Metallien kierrätysprosessin tehostaminen voi lievittää pulaa ja ympäristökuormitusta

Metallien kierrätyksen tärkeys

Mineraalivarannot ovat luontaisesti rajallisia, ja niiden louhinta kuluttaa paljon energiaa ja on ympäristölle tuhoisaa. Kaivosala kuluttaa suuria määriä makeaa vettä, päästää kasvihuonekaasuja, aiheuttaa metsäkatoa ja saastumista, joka voi kestää vuosikymmeniä ellei vuosisatoja.

Teoriassa metallien tulisi olla kierrätettävimpiä materiaaleja, koska ne koostuvat puhtaista alkuaineista, toisin kuin monimutkaiset orgaaniset molekyylit kuten muovit.

Käytännössä tämä on kaukana totuudesta, sillä metallien kierrätys on usein epätäydellistä tai liian energiaintensiivistä. Tämä pätee erityisesti elektroniikkakomponentteihin, joissa atomitasolla sekoittuvat monimutkaiset seokset eksoottisia alkuaineita kuten harvinaiset metallit, kadmium, titaani, volframi ym.

Siksi on merkittävä uutinen, että Rice Universityn (USA) ja Tsinghua Universityn (Kiina) tutkijat ovat kehittäneet täysin uuden tavan metallien kierrättämiseen voimakkaiden sähkövirtojen avulla. Heidän tuloksensa julkaistiin Nature Chemical Engineering -lehdessä 25. syyskuuta 2024 otsikolla “Flash separation of metals by electrothermal chlorination”.

Metallien kierrätysmenetelmät

Nykyinen metallien kierrätys

Tällä hetkellä metallien kierrätys perustuu enimmäkseen nestemäiseen hydrometallurgiaan, eli metallien liuottamiseen nestemäisessä tai alkalistisessa vedessä. Tämä tekniikka kuitenkin kuluttaa merkittävästi vettä ja kemikaaleja, ja tuottaa ongelmallisia toissijaisia jätevirtoja.

Lähde: MEAB

Toinen vaihtoehto on pyrometallurgia, joka periaatteessa sulattaa kaikki sekoitetut metallit yhteen ja puhdistaa ne uudelleen niiden fysikaalisten ominaisuuksien (sulamispisteen ym.) perusteella. Ongelma on, että menetelmässä ei ole riittävää valikoivuutta, joten tuloksena on usein edelleen sekoitus erilaisia metalleja. Se vaatii myös merkittäviä energiamääriä, mikä heikentää sen ympäristöprofiilia.

Flash Joule -lämpö (FJH)

Flash Joule -lämpö on menetelmä, jonka tutkimusryhmän johtajalla, James M. Tour, on aiempaa kokemusta grafeenin synteesistä ja jätteiden käsittelystä.

Lähde: India Education Diary

FJH koostuu sähkövirran kuljettamisesta materiaalin läpi, jolloin se kuumenee nopeasti äärimmäisen korkeisiin lämpötiloihin. Lämpenemisen nopeus muuntaa materiaalin erilaisiksi aineiksi.

He havaitsivat, että menetelmää voidaan soveltaa metallin talteenottoon. Lisäksi se vaikuttaa soveltuvan laajasti erilaisiin elektroniikkajätteisiin. Merkittävää on, että menetelmä osoitti kykenevänsä erottamaan:

• Tantaalin kondensaattoreista.
• Gallium LED-valoista.
• Indium käytetyistä aurinkofilmeistä.

Menetelmä saavutti nämä tulokset ilman veden, happojen tai muiden liuottimien käyttöä, mikä vähentää merkittävästi syntyvää saastumista. Tämä ei ainoastaan toimi monilla metalleilla, vaan se saavuttaa 95 % puhtauden lopputuotteessa tarkasti reaktio-olosuhteita säätämällä. Kokonaistuotto oli erittäin tyydyttävä 85 %.

Jopa jos se ei palauttaisi kaikkea metallia, tämä menetelmä voisi merkittävästi vähentää jätteen osuutta, joka täytyy käsitellä hydro- tai pyrometallurgialla.

FJH:n tulevaisuuden näkymät

Yleinen elektroniikkajätekierrätys

Tätä menetelmää on tähän mennessä tutkittu ainoastaan joidenkin elektroniikkajätteiden kierrätykseen. Lisää tutkimusta tarvitaan sen arvioimiseksi muiden, tehokkaampia ja ympäristöystävällisempiä vaihtoehtoja kaipaavien elektroniikkalaitteiden, kuten esimerkiksi akkujen, kierrätykseen.

Yritämme soveltaa tätä menetelmää muiden kriittisten metallien talteenottoon jätevirroista.”
Tohtori Bing Deng – assistentti-professori Tsinghua Universityssa ja tutkimuksen yhteisensimmäinen tekijä

On myös todennäköistä, että menetelmää voidaan edelleen hioa, esimerkiksi testaamalla sitä pienemmän happomäärän kanssa, jotta voitaisiin löytää keinoja kokonaiskorotuksen lisäämiseksi.

“Tämä läpimurto käsittelee kiireellistä kriittisten metallien puutteen ja negatiivisten ympäristövaikutusten ongelmaa samalla kun se taloudellisesti kannustaa kierrätysaloja globaalilla tasolla tehokkaammalla talteenottoprosessilla,”
Tohtori Shichen Xu – postdoc-tutkija Rice- yliopistossa / tutkimuksen yhteisensimmäinen tekijä

Mineralien louhinta

Käsitteellisesti metallien kierrätyksen ja luonnollisesta malmista tapahtuvan mineraalien louhinnan välillä on hyvin vähän eroa. Molemmissa tapauksissa metalli on upotettu muiden alkuaineiden kanssa, ja se täytyy väkisin erottaa puhdistettavaksi ja teollisuuden käyttökelpoiseksi.

Kaivosteollisuudessa jalostuskin toteutetaan usein veden + happojen tai äärimmäisen lämmön avulla, molemmat massiivisessa mittakaavassa. Tämä on keskeinen syy siihen, miksi kaivostoiminta on niin kiistanalaista ja ympäristölle tuhoisaa.

Näin ollen menetelmä voi myös tarjota lupauksia litiumin ja harvinaisten maametallien louhintaan, Dr. Shichen Xun mukaan.

Sijoittaminen metallien kierrätykseen

Vaikka jotkut metallit, kuten teräs ja alumiini, kierrätetään hyvin, muut monimutkaisemmat materiaalit, kuten elektroniikkajäte, ovat edelleen enimmäkseen kierrättämättömiä tai käsitellään epäsiisteissä ja saastuttavissa olosuhteissa köyhissä maissa.

Sillä välin sähköautot, aurinkopaneelit, akut, lämpöpumput ja pienet elektroniikkalaitteet valmistetaan yhä suuremmissa määrissä, mikä kerää muutaman vuoden sisällä kierrätettävän materiaalin varaston.

Voit sijoittaa kierrätysyhtiöihin monien välittäjien kautta, ja täältä, sivustolta securities.io, löydät suosituksemme parhaista välittäjistä Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australiassa, Ison-Britanniassa, sekä monissa muissa maissa.

Jos et halua valita yksittäisiä yhtiöitä, voit tutustua myös ETF:iin, kuten Mast Global Battery Recycling & Production ETF (EV), VanEck Circular Economy UCITS ETF (REUS), tai WisdomTree Recycling Decarbonisation UCITS ETF – USD Acc (WRCY) (WT ), jotka tarjoavat monipuolisemman altistuksen kierrätysalan hyödyntämiseen.

Metallien kierrätysyhtiöt

1. Li-Cycle Holdings Corp 

Kaikkien elektroniikkajätteiden joukossa akut voivat olla ongelmallisin.

Tämä johtuu siitä, että ne eivät ole vain äärimmäisen monimutkaisia laitteita, jotka sisältävät monia erilaisia saastuttavia metalleja, vaan myös siitä, että ne ovat aina mahdollinen turvallisuusriski, koska varatut akut voivat syttyä tai räjähtää. Näin ollen, vaikka akut ovat pääosin turvallisia normaalissa käytössä, niiden murskaaminen tai sulattaminen kierrätystä varten luo ilmiselvästi tällaisen vaarallisen tilanteen.

Ja akkujen kierrätykseen tarvittavan määrän odotetaan kuusinkertaistuvan vuoteen 2030 mennessä pelkästään Pohjois-Amerikassa.

Lähde: Li-Cycle

Li-Cyclen keskeinen myyntivaltti on, että heidän menetelmänsä pystyy käsittelemään täysin varattuja akkupaketteja ilman, että niitä tarvitsee purkaa tai purkaa varaus.

Tämä on myös “akkuformista riippumaton” prosessi, mikä tarkoittaa, että se toimii kaikentyyppisillä litiumioniakuilla riippumatta valmistajasta tai akun kunnosta. Koska ala on vielä kaukana yhtenäisen suunnittelun omaksumisesta ja innovaatiot tapahtuvat nopeasti, on kierrättäjän tärkeää pysyä kykenevänä toimimaan tehokkaasti pitkällä aikavälillä.

Kaiken kaikkiaan yhtiö saavuttaa 95 % talteenottoasteen ja voi tuottaa korkealaatuisia materiaaleja, kuten akkujen luokan litiumkarbonaattia käytetyistä akuista.

Lähde: Li-Cycle

Vuonna 2023 ja vuoden 2024 alussa yhtiö kohtasi esteen massiivisten kustannusylitysten vuoksi tärkeän prosessointilaitoksen rakentamisessa Rochesterissa, New Yorkissa. Tämä tapahtui hyvin nopean laajentumisen jälkeen, kun laitoksia rakennettiin Pohjois-Amerikassa, Euroopassa ja Aasiassa.

Jos se valmistuu ja toimii täysillä nopeuksilla, Rochester Hub voisi käsitellä jopa 35 000 tonnia niin sanottua mustaa massaa (pohjimmiltaan murskattuja akkuja) vuodessa.

Tämä olisi valtava nousu verrattuna ainoaan 1 394 tonniin mustaa massaa, joka tuotettiin Q2 2024.

Lähde: Li-Cycle

Saadakseen riittävästi rahaa Rochesterin saattamiseksi valmiiksi, Li-Cycle sai maaliskuussa 2024 75 miljoonan dollarin investoinnin kaivosjätti Glencorelta. Se hakee myös 375 miljoonan dollarin lainaa Yhdysvaltain hallitukselta osana vihreiden politiikkojen ja uudelleenteknologian edistämistä Yhdysvaltain IRA:n ja kahden puolueen infrastruktuurilain myötä.

DOE:n lainaprosessi on nyt melko pitkällä, sillä se on saavuttanut vaiheen 5 kuudesta kokonaisuudessaan. Rochesterin rakennustyöt odotetaan käynnistyvän uudelleen, jos laina hyväksytään.

Lähde: Li-Cycle

Toinen haaste yhtiölle on ollut matalat materiaalihinnat, jotka ovat vaikuttaneet koko toimitusketjuun, mukaan lukien litiumin louhijat. Vastauksena yhtiö on vähentänyt henkilöstömääräänsä ja leikannut kustannuksia mahdollisuuksien mukaan.

Jos Rochester Hub onnistuu, yhtiö aikoo rakentaa kolme lisäkolmannen sukupolven keskusta (Rochester on toisen sukupolven) Alabamaan, Arizonaan ja Saksaan.

Lähde: Li-Cycle

2. Enviri

Aikaisemmin tunnettu nimellä Harsco, yhtiö on jättiläinen jätteiden kierrätyksessä, keskittyen teollisuus- ja kaivosjätteisiin, mukaan lukien metallit (40 % kokonaismyynnistä).

Yhtiö on jaettu kolmeen osaan:

• Harsco Environmental: Vuodessa 20 miljoonan tonnin lian käsittely asfalttiin, päällystyslohkoihin, hiontatarvikkeisiin, kattotiilien ja lannoitteiden valmistamiseksi.
• Clean Earth: erikoistunut vaarallisten jätteiden käsittelyyn, mukaan lukien vuosittain 5,6 miljoonaa lamppua, 5,3 miljoonaa puntaa akkuja, 5 000 tonnia elektroniikkaa, 3,4 miljoonaa saastunutta maata ja 71 miljoonaa gallonaa jätevesiä.
• Rail: tarjoaa rautatiehuolto- ja rakennusratkaisuja.

Lähde: Enviri

Kaiken kaikkiaan kierrätys-/puhdistussegmentti muodostaa suurimman osan liiketoiminnasta, jossa 62 % kokonaisliikevaihdosta tulee Pohjois-Amerikasta. Clean Earth on kasvanut nopeasti, siirtyen vain muutaman prosentin osuudesta yhtiön liikevaihdosta vuonna 2019 lähes kolmannekseen vuonna 2024.

Lähde: Enviri

Yhtiö näkee suuren kasvumahdollisuuden PFAS (per- ja polyfluoroalkyyliyhdisteet), eli “ikuiset kemikaalit”, käsittelyssä, jotka ovat yhä enemmän huolenaihe ja tarvitsevat parempaa käsittelyä. PFAS-jätteen käsittelyn markkinoiden, joita Envirin Clean Earth voisi palvella, odotetaan kasvavan 3–5 miljardiin.

Yhtiö jatkaa myös keskittymistä lisämenetelmien tunnistamiseen, jotka voivat tuhota PFASia sen sijaan, että se haudattaisiin tai käytettäisiin syväkaivojen injektiokäsittelyjä.

Uskomme, että tuhoaminen on ylivoimainen teknologia pitkän aikavälin riskien ja vastuukysymysten vähentämiseksi.”

Elizabeth Peterson – Clean Earthin pääkaupallinen johtaja

Kun yhä useammat säädökset puuttuvat saasteongelmiin (kuten PFAS), on todennäköistä, että yritykset kuten Enviri hyötyvät niistä. Muita mahdollisuuksia löytyy vihreästä teräksestä ja hiilinegatiivisesta asfaltista.

Pitkällä aikavälillä yhtiö harkitsee rautatieomaisuuden myyntiä, jotta sen muutos teollisuusryhmästä vihreän talouden yhtiöksi saataisiin päätökseen. Tämä voi kuitenkin kestää, säädösten ja Euroopassa pitkän aikavälin sopimuksiin kohdistuvien uhkien vuoksi myynnin yhteydessä, mikä on johtanut rautatiesegmentin myynnin tällä hetkellä keskeyttämiseen.