Strømlinjeforming av resirkuleringsprosessen for kritiske metaller kan lette mangel og miljøbelastninger

Viktigheten av metallresirkulering

Mineralressurser er iboende begrensede, og utvinning av dem er energikrevende og miljøskadelig. Gruveindustrien er en stor forbruker av ferskvann, en utskiller av klimagasser, og forårsaker avskoging og forurensning som kan vare i tiår, om ikke århundrer.

Teoretisk sett bør metaller være de mest resirkulerbare materialene, siden de består av rene elementer, i motsetning til komplekse organiske molekyler som plast.

I praksis er dette langt fra sant, da resirkulering av metaller ofte er ufullkommen eller for energikrevende. Dette gjelder spesielt elektroniske komponenter, der komplekse blandinger av eksotiske elementer som sjeldne metaller, kadmium, titan, wolfram osv. er blandet på atomnivå.

Så er det store nyheter at forskere fra Rice University (USA) og Tsinghua University (Kina) har utviklet en helt ny metode for metallresirkulering ved hjelp av intense elektriske strømmer. Resultatene deres ble publisert i Nature Chemical Engineering 25. september^th 2024 under tittelen “Flash separation of metals by electrothermal chlorination”.

Metallresirkuleringsmetoder

Gjeldende metallresirkulering

For tiden er metallresirkulering for det meste avhengig av vannbasert hydrometallurgi, eller oppløsning av metaller i væske eller alkalisk vann. Denne teknikken medfører imidlertid betydelig vann- og kjemikalieforbruk med problematiske sekundære avfallsstrømmer.

Kilde: MEAB

Et annet alternativ er pyrometallurgi, som i hovedsak smelter alle de blandede metallene sammen og deretter rensker dem igjen i henhold til deres fysiske egenskaper (smeltepunkt osv.). Problemet er at denne metoden mangler selektivitet, så resultatet er ofte fortsatt en blanding av ulike metaller. Den krever også betydelige energiinnganger, noe som reduserer dens miljøprofil.

Flash Joule Heating (FJH)

Flash Joule Heating er en metode som forskningsleder James M. Tour har tidligere erfaring med for grafen-syntese og avfallshåndtering.

Kilde: India Education Diary

FJH består i å føre en elektrisk strøm gjennom et materiale for raskt å varme det opp til ekstremt høye temperaturer. Hastigheten på oppvarmingsprosessen omdanner materialet til forskjellige stoffer.

De oppdaget at metoden kunne brukes til metallutvinning. Og det ser ut til at den kan anvendes bredt på en rekke elektronisk avfall. Metoden ble spesielt bevist i stand til å separere:

• Tantal fra kondensatorer.
• Gallium fra LED‑er.
• Indium fra brukte solfilm‑paneler.

Metoden oppnådde disse resultatene uten bruk av vann, syre eller andre løsningsmidler, og reduserte dermed forurensningen drastisk. Ikke bare kan den fungere på mange metaller, men den oppnår en renhet på 95 % for sluttproduktet ved presis kontroll av reaksjonsforholdene. Totalt var avkastningen svært tilfredsstillende – 85 %.

Så selv om den ikke ville gjenvinne all metall, kan denne metoden drastisk redusere andelen avfall som må behandles med hydro‑ eller pyrometallurgi.

Fremtidige utsikter for FJH

Universell elektronisk resirkulering

Denne metoden er hittil studert for resirkulering av kun noen typer elektronisk avfall. Mer arbeid vil være nødvendig for å vurdere den for andre typer elektronikk som har stort behov for mer effektive og miljøvennlige løsninger, for eksempel batterier.

Vi prøver å tilpasse denne metoden for gjenvinning av andre kritiske metaller fra avfallsstrømmer.

Dr. Bing Deng – assisterende professor ved Tsinghua University og med‑første forfatter av studien.

Det er også sannsynlig at ytterligere forbedringer av metoden kan utvikles, for eksempel ved å teste den i kombinasjon med en mindre mengde syre for å finne måter å øke total avkastning på.

Dette gjennombruddet adresserer den presserende utfordringen med kritiske metallmangel og negative miljøpåvirkninger, samtidig som det økonomisk stimulerer resirkuleringsindustrier globalt med en mer effektiv gjenvinningsprosess.

Dr. Shichen Xu – postdoktorforsker ved Rice / med‑første forfatter av studien

Mineralutvinning

Konseptuelt er det svært liten forskjell mellom metallresirkulering og mineralutvinning fra naturlig malm. I begge tilfeller er metallet innlemmet med andre elementer og må kraftig separeres for å bli renset og gjort brukbart for industriene som trenger det.

I gruvedrift oppnås også ofte raffinering gjennom bruk av vann + syrer, eller ekstrem varme, begge i massiv skala. Dette er en sentral del av hvorfor gruvedrift er så kontroversiell og miljøskadelig.

Så kan metoden også ha løfter for utvinning av litium og sjeldne jordarter, ifølge Dr. Shichen Xu.

Investering i metallresirkulering

Mens noen metaller som stål og aluminium resirkuleres godt, er andre mer komplekse materialer som elektronisk avfall fortsatt stort sett uresirkulert, eller behandlet under usanitære og forurensende forhold i fattige land.

Samtidig produseres el‑biler, solcellepaneler, batterier, varmepumper og små elektroniske enheter i stadig større mengder, og lagerbeholdningen av materialer som må resirkuleres vokser i løpet av bare noen få år.

Du kan investere i resirkuleringsselskaper gjennom mange meglere, og du kan her på securities.io finne våre anbefalinger for de beste meglerne i USA, Canada, Australia, Storbritannia, og mange andre land.

Hvis du ikke er interessert i å plukke ut spesifikke selskaper, kan du også se på ETF‑er som Mast Global Battery Recycling & Production ETF (EV), VanEck Circular Economy UCITS ETF (REUS), eller WisdomTree Recycling Decarbonisation UCITS ETF – USD Acc (WRCY) (WT )  som vil gi en mer diversifisert eksponering for å kapitalisere på resirkuleringsindustrien.

Metallresirkuleringsselskaper

1. Li-Cycle Holdings Corp 

Blant alle typer elektronisk avfall kan batterier være det mest problematiske.

Dette skyldes at de ikke bare er ekstremt komplekse enheter som inneholder mange forskjellige forurensende metaller, men også fordi de alltid kan utgjøre en sikkerhetsrisiko på grunn av brann‑ eller eksplosjonsfare i ladede batterier. Så mens batterier er relativt trygge under normale forhold, er de å bli hakket eller smeltet for resirkulering åpenbart en potensiell fare.

Og volumet av batterier som trenger resirkulering vil eksplodere 6‑fold innen 2030 kun i Nord‑America.

Kilde: Li-Cycle

Et viktig salgsargument for Li‑Cycle er at deres metode kan behandle fullt ladede batteripakker uten behov for demontering eller utlading.

Dette er også en «batteri‑agnostisk» prosess, som betyr at den kan fungere på hvilken som helst type litium‑ion‑batteri, uavhengig av produsent eller batteriets tilstand. Ettersom industrien fortsatt er langt fra å ha konsolidert seg rundt ett spesifikt design, og innovasjon skjer svært raskt, er det kritisk for en resirkulerer å kunne arbeide effektivt på lang sikt.

Totalt oppnår selskapet en gjenvinningsgrad på 95 % og kan produsere høykvalitetsmaterialer som litiumkarbonat av batterikvalitet fra de brukte batteriene.

Kilde: Li‑Cycle

I 2023 og tidlig 2024 støtte selskapet på et hinder med massive kostnadsoverskridelser for byggingen av et viktig behandlingsanlegg i Rochester, NY. Dette kom etter en svært rask ekspansjon med anlegg bygget over hele Nord‑America, Europa og Asia.

Hvis ferdigstilt og i full drift, kan Rochester‑huben behandle opptil 35 000 tonn av såkalt sort masse (i hovedsak knuste batterier) per år.

Dette vil være et enormt steg opp fra kun 1 394 tonn sort masse produsert i Q2 2024.

Kilde: Li‑Cycle

For å skaffe nok penger til å fullføre Rochester, Li‑Cycle sikret i mars 2024 en investering på 75 millioner dollar fra gruvegiganten Glencore. De ser også etter et lån på 375 millioner dollar fra den amerikanske regjeringen som en del av presset for grønne politikker og re‑industriellisering under USAs IRA og Bipartisan Infrastructure Law.

DoE‑låneprosessen er nå ganske avansert, og har nådd trinn 5 av totalt 6. Byggingen i Rochester forventes å starte på nytt dersom lånet godkjennes.

Kilde: Li‑Cycle

Et annet hinder for selskapet har vært lave materialpriser, som har rammet hele forsyningskjeden, inkludert litiumgruvearbeidere. Som svar har selskapet redusert bemanningen og kuttet kostnader der det er mulig.

Hvis Rochester‑huben lykkes, har selskapet som mål å bygge tre ytterligere tredje‑generasjons‑hubber (Rochester er andre generasjon) i Alabama, Arizona og Tyskland.

Kilde: Li‑Cycle

2. Enviri

Tidligere kjent som Harsco, er selskapet en gigant innen avfallshåndtering, med fokus på industri‑ og gruveavfall, inkludert metaller (40 % av total omsetning).

Selskapet er delt inn i 3 deler:

• Harsco Environmental: Behandler 20 millioner tonn av slag årlig for å produsere asfalt, belegningsblokker, slipemidler, takshingler og gjødsel.
• Clean Earth: Spesialiserer seg på håndtering av farlig avfall, inkludert årlig 5,6 millioner lamper, 5,3 millioner pund batterier, 5 000 tonn elektronikk, 3,4 millioner forurenset jord, og 71 millioner gallon avløpsvann.
• Rail: Tilbyr jernbanevedlikehold og byggeløsninger.

Kilde: Enviri

Totalt utgjør resirkulerings‑/rengjøringssegmentet majoriteten av virksomheten, med 62 % av total omsetning fra Nord‑America. Clean Earth har vokst raskt, fra kun noen få prosent av selskapets inntekter i 2019 til nesten en tredjedel i 2024.

Kilde: Enviri

Selskapet ser en stor vekstmulighet i behandlingen av PFAS (Per‑ og polyfluoralkylstoffer), eller «evighetskjemikalier», som i økende grad er en bekymring og trenger bedre behandling. Markedet for PFAS‑avhending som kan adresseres av Enviris Clean Earth forventes å vokse til 3‑5 milliarder.

Selskapet fortsetter også å fokusere på å identifisere ytterligere metoder som kan ødelegge PFAS, i stedet for å deponere dem eller bruke dypbrønns‑injeksjonsbehandlinger.

Vi tror destruksjon er en overlegen teknologi for å redusere langsiktige risikoer og forpliktelser.

Elizabeth Peterson – Chief Commercial Officer of Clean Earth

Ettersom stadig flere reguleringer tar tak i problemet med uadressert forurensning (som PFAS), er det sannsynlig at selskaper som Enviri vil dra nytte av dette. Andre muligheter finnes innen grønn stål og karbon‑negativ asfalt.

På lang sikt vurderer selskapet å selge sine jernbanesegmenter, for å fullføre sin transformasjon fra en industriell gruppe til et grønt økonomiselskap. Men dette kan ta tid, på grunn av reguleringer og trusler mot langsiktige kontrakter i Europa ved et eventuelt salg, som fører til at salget av jernbanesegmentet er satt på pause foreløpig.