आवश्‍यक धातुओं की रीसाइक्लिंग प्रक्रिया को सरल बनाना कमी और पर्यावरणीय बोझ को कम कर सकता है

धातु रीसाइक्लिंग का महत्व

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.

सिद्धांत रूप में, धातुओं को सबसे अधिक रीसाइक्लेबल सामग्री माना जाना चाहिए, क्योंकि वे शुद्ध तत्वों से बनी होती हैं, जबकि प्लास्टिक जैसे जटिल जैविक अणु नहीं होते।

व्यावहारिक रूप में, यह बात बहुत दूर है, क्योंकि धातुओं की रीसाइक्लिंग अक्सर अपूर्ण या बहुत अधिक ऊर्जा‑खपत वाली होती है। यह विशेष रूप से इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए सत्य है, जहाँ दुर्लभ धातुएँ, कैडमियम, टाइटेनियम, टंग्स्टन आदि जैसे विदेशी तत्वों के जटिल मिश्रण परमाणु स्तर पर मिलते हैं।

So, it is big news that researchers from Rice University (USA) and Tsinghua University (China) have developed an entirely novel way of recycling metals using intense electric currents. Their results were published in Nature Chemical Engineering on September 25^th, 2024 under the title “Flash separation of metals by electrothermal chlorination”.

धातु रीसाइक्लिंग विधियाँ

वर्तमान धातु रीसाइक्लिंग

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

स्रोत: MEAB

Another option is pyrometallurgy, which essentially melts all the mixed metals together and then re-purifies them according to their physical properties (melting point, etc.). The issue is that this method lacks selectivity, so often, the result is still a mix of different metals. It also requires significant energy inputs, reducing its environmental profile.

फ़्लैश जूल हीटिंग (FJH)

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

स्रोत: India Education Diary

FJH consists of passing an electric current through a material to rapidly heat it to extremely high temperatures. The speed of the heating process transforms the material into different substances.

They discovered that the method could be applied to metal extraction. And it seems that it could be widely applied to a variety of electronic wastes. Notably, the method was proven to be able to separate:

• कैपेसिटर से टैंटैलम।
• LEDs से गैलियम।
• उपयोग किए गए सोलर फ़िल्म से इंडियम।

The method achieved these results without using any water, acid, or other solvent, drastically reducing the resulting pollution. Not only this can work on many metals, but it also achieves a purity of 95% for the end result, by precisely controlling the reaction conditions. In total, the yield was a very satisfying 85%.

So even if it would not recover all the metal, this method could drastically reduce the portion of waste that needs to be processed with hydro- or pyrometallurgy.

भविष्य के FJH संभावनाएँ

सार्वभौमिक इलेक्ट्रॉनिक रीसाइक्लिंग

This method was here studied for recycling only some types of electronic waste. More work will be needed to assess it for other types of electronics in dire need of more efficient and environmentally friendly options, like for example batteries.

We are trying to adapt this method for recovery of other critical metals from waste streams.”

Dr. Bing Deng – Assistant professor at Tsinghua University and co-first author of the study.

It is also likely that more refinement on the method can be developed, like testing it in combination with a smaller amount of acid to find ways to increase the total yield.

“This breakthrough addresses the pressing issue of critical metal shortages and negative environmental impacts while economically incentivizing recycling industries on a global scale with a more efficient recovery process,”

Dr. Shichen Xu – Postdoctoral researcher at Rice  /  co-first author of the study

खनिज निष्कर्षण

Conceptually, there is very little difference between metal recycling and mineral extraction from natural ore. In both cases, the metal is embedded with other elements and needs to be forcefully separated to be purified and made usable by the industries needing it.

In mining too, refining is often achieved through the use of water + acids, or extreme heat, both at a massive scale. This is a key part of what makes mining so controversial and environmentally destructive.

So the method could also hold promises for the extraction of lithium and rare Earth elements, according to Dr. Shichen Xu.

धातु रीसाइक्लिंग में निवेश

While some metals like steel and aluminum are recycled well, other more complex materials like electronic waste are still mostly unrecycled, or processed in unsanitary and polluting conditions in poor countries.

Meanwhile, EVs, solar panels, batteries, heat pumps, and small electronic devices are produced in ever larger quantities, accumulating the stockpile of material needing to be recycled in a mere few years.

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If you are not interested in picking specific companies, you can also look into ETFs like the Mast Global Battery Recycling & Production ETF (EV), the VanEck Circular Economy UCITS ETF (REUS), or the WisdomTree Recycling Decarbonisation UCITS ETF – USD Acc (WRCY) (WT )  which will provide a more diversified exposure to capitalize on the recycling industry.

धातु रीसाइक्लिंग कंपनियाँ

1. Li-Cycle Holdings Corp 

All types of electronic waste में, बैटरियों को सबसे समस्याग्रस्त माना जा सकता है।

यह इसलिए है क्योंकि वे न केवल कई विभिन्न प्रदूषक धातुओं वाले अत्यंत जटिल उपकरण होते हैं, बल्कि हमेशा चार्ज्ड बैटरियों के आग या विस्फोट के जोखिम के कारण सुरक्षा जोखिम भी बनाते हैं। इसलिए जबकि बैटरियाँ सामान्य परिस्थितियों में अधिकांशतः सुरक्षित रहती हैं, रीसाइक्लिंग के लिए उन्हें कतरना या पिघलाना स्पष्ट रूप से ऐसे खतरे को उत्पन्न करता है।

और बैटरियों की रीसाइक्लिंग की आवश्यकता वाले वॉल्यूम 2030 तक उत्तरी अमेरिका में अकेले 6 गुना बढ़ने वाला है।

स्रोत: Li-Cycle

Li‑Cycle का एक महत्वपूर्ण बिक्री बिंदु यह है कि उनकी विधि पूरी तरह चार्ज्ड बैटरी पैक्स को बिना डिसअसेंबल या डिस्चार्ज किए प्रोसेस कर सकती है।

यह एक “बैटरी फॉर्म एग्नॉस्टिक” प्रक्रिया भी है, जिसका अर्थ है कि यह किसी भी प्रकार की लिथियम‑आयन बैटरी पर काम कर सकती है, चाहे निर्माता या बैटरी की स्थिति कुछ भी हो। चूँकि उद्योग अभी तक किसी विशिष्ट डिजाइन के चारों ओर एकीकृत नहीं हुआ है, और नवाचार बहुत तेज़ी से हो रहा है, इसलिए एक रीसायकलर के लिए दीर्घकालिक रूप से कुशलता से काम करना अत्यंत आवश्यक है।

समग्र रूप से, कंपनी 95% पुनर्प्राप्ति दर हासिल करती है और उपयोग किए गए बैटरियों से बैटरी‑ग्रेड लिथियम कार्बोनेट जैसे उच्च‑गुणवत्ता वाले पदार्थ उत्पन्न कर सकती है।

स्रोत: Li-Cycle

2023 और शुरुआती 2024 में, कंपनी ने रॉचेस्टर, NY में एक महत्वपूर्ण प्रोसेसिंग सुविधा के निर्माण में भारी लागत अधिकता का सामना किया। यह बहुत तेज़ विस्तार के बाद आया, जहाँ सुविधाएँ उत्तरी अमेरिका, यूरोप और एशिया में बनाई गई थीं।

यदि पूर्ण रूप से तैयार हो जाए और पूरी गति से चलती रहे, तो रॉचेस्टर हब प्रति वर्ष लगभग 35,000 टन “ब्लैक मास” (वास्तव में कुटी हुई बैटरियाँ) प्रोसेस कर सकता है।

यह Q2 2024 में उत्पन्न केवल 1,394 टन ब्लैक मास की तुलना में एक बहुत बड़ा कदम होगा।

स्रोत: Li‑Cycle

रॉचेस्टर को पूरा करने के लिए पर्याप्त धन जुटाने हेतु, Li‑Cycle ने मार्च 2024 में खनन दिग्गज Glencore से $75M का निवेश सुरक्षित किया. यह यू.एस. सरकार से $375M का ऋण भी खोज रहा है, जो अमेरिकी IRA और द्विदलीय बुनियादी ढाँचा कानून के तहत हरित नीतियों और पुनः‑औद्योगीकरण को बढ़ावा देने के हिस्से के रूप में है।

DoE ऋण प्रक्रिया अब काफी उन्नत है, कुल 6 में से चरण 5 तक पहुँच गई है। यदि ऋण स्वीकृत हो जाता है तो रॉचेस्टर में निर्माण पुनः शुरू होने की उम्मीद है।

स्रोत: Li‑Cycle

कंपनी के लिए एक और बाधा कम सामग्री कीमतें रही हैं, जिसने पूरी आपूर्ति श्रृंखला, जिसमें लिथियम खननकर्ता भी शामिल हैं, को प्रभावित किया है। प्रतिक्रिया में, कंपनी ने अपने कर्मचारियों की संख्या घटा दी है और जहाँ संभव हो लागत में कटौती की है।

यदि रॉचेस्टर हब सफल हो जाता है, तो कंपनी अलाबामा, एरिज़ोना और जर्मनी में तीन अतिरिक्त तृतीय‑पीढ़ी हब (रॉचेस्टर द्वितीय‑पीढ़ी है) बनाने की योजना बना रही है।

स्रोत: Li‑Cycle

2. Enviri

पहले Harsco के नाम से जाना जाता था, कंपनी कचरा रीसाइक्लिंग में एक दिग्गज है, जिसका फोकस औद्योगिक और खनन कचरे पर है, जिसमें धातुएँ (कुल बिक्री का 40%) शामिल हैं।

The company is split into 3 parts:

• Harsco Environmental: Processing 20 million tons of slag yearly to produce asphalt, paving blocks, abrasives, roofing shingles, and fertilizers.
• Clean Earth: specialized in handling hazardous wastes, including a yearly 5.6 million lamps, 5.3 million pounds of batteries, 5.000 tons of electronics, 3.4 million of contaminated soil, and 71 million gallons of wastewater.
• Rail: providing rail maintenance and construction solutions.

स्रोत: Enviri

समग्र रूप से, रीसाइक्लिंग/क्लीनिंग खंड व्यवसाय का अधिकांश हिस्सा बनाता है, जहाँ कुल राजस्व का 62% उत्तर अमेरिका से आता है। Clean Earth ने तेज़ी से वृद्धि की है, 2019 में कंपनी के राजस्व के कुछ प्रतिशत से बढ़कर 2024 में लगभग एक‑तीहाई तक पहुँच गया है।

स्रोत: Enviri

The company sees a large growth opportunity in the treatment of PFAS (Per- and polyfluoroalkyl substances), or “forever chemicals” which are increasingly a concern and in need of better processing. The market for PFAS disposal that could be addressed by Enviri’sClean Earth is expected to grow to 3-5B.

The company also continues to focus on identifying additional methods that can destroy PFAS, rather than landfilling it or using deep well injection treatments.

We believe destruction to be a superior technology to reduce long-term risks and liabilities.”

Elizabeth Peterson – Chief Commercial Officer of Clean Earth

जैसे‑जैसे अधिक‑अधिक नियम PFAS जैसी अनसुलझी प्रदूषण समस्याओं को संबोधित कर रहे हैं, यह संभावना है कि Enviri जैसी कंपनियों को इससे लाभ होगा। अन्य अवसरों में ग्रीन स्टील और कार्बन‑निगेटिव अस्फाल्ट शामिल हैं।

दीर्घकाल में कंपनी अपने रेल संपत्तियों को बेचने पर विचार कर रही है, ताकि एक औद्योगिक समूह से एक ग्रीन इकोनॉमी कंपनी में अपने परिवर्तन को अंतिम रूप दिया जा सके। लेकिन यह समय ले सकता है, यूरोप में नियमों और दीर्घकालिक अनुबंधों के खतरे के कारण, यदि बिक्री होती है तो, वर्तमान में रेल खंड की बिक्री को रोक दिया गया है।