Effektivisering av återvinningsprocessen för kritiska metaller kan lindra brist och miljöbelastningar

Vikten av metallåtervinning

Mineralresurser är i grunden begränsade, och deras utvinning är energikrävande och miljöförstörande. Gruvindustrin är en stor konsument av färskvatten, en utsläppare av växthusgaser, och orsakar avskogning samt föroreningar som kan bestå i årtionden om inte århundraden.

I teorin bör metaller vara de mest återvinningsbara materialen, eftersom de består av rena grundämnen, till skillnad från komplexa organiska molekyler som plast.

I praktiken är detta långt ifrån sant, då återvinning av metaller ofta är ofullständig eller för energikrävande. Detta gäller särskilt för elektroniska komponenter, där komplexa blandningar av exotiska element som sällsynta metaller, kadmium, titan, volfram osv. blandas på atomnivå.

Så är det stora nyheter att forskare från Rice University (USA) och Tsinghua University (Kina) har utvecklat ett helt nytt sätt att återvinna metaller med intensiva elektriska strömmar. Deras resultat publicerades i Nature Chemical Engineering den 25 september^th, 2024 under titeln “Flash separation of metals by electrothermal chlorination”.

Metallåtervinningsmetoder

Aktuell metallåtervinning

För närvarande förlitar sig metallåtervinning mest på flytande hydrometallurgi, eller upplösning av metaller i vätska eller alkalisk vatten. Denna teknik innebär dock omfattande vatten- och kemikalieförbrukning med problematiska sekundära avfallsströmmar.

Källa: MEAB

Ett annat alternativ är pyrometallurgi, som i princip smälter alla blandade metaller tillsammans och sedan renar dem igen enligt deras fysiska egenskaper (smältpunkt osv.). Problemet är att denna metod saknar selektivitet, så resultatet blir ofta fortfarande en blandning av olika metaller. Den kräver också betydande energiinmatning, vilket försämrar dess miljöprofil.

Flash Joule Heating (FJH)

Flash Joule Heating är en metod som forskningsgruppens ledare, James M. Tour, har tidigare erfarenhet av för grafensyntes och avfallshantering.

Källa: India Education Diary

FJH består av att leda en elektrisk ström genom ett material för att snabbt värma det till extremt höga temperaturer. Hastigheten i uppvärmningsprocessen omvandlar materialet till olika substanser.

De upptäckte att metoden kunde tillämpas för metallutvinning. Och det verkar som att den kan tillämpas brett på en mängd olika elektroniska avfall. Noterbart är att metoden har visat sig kunna separera:

• Tantal från kondensatorer.
• Gallium från lysdioder.
• Indium från använda solfilm.

Metoden uppnådde dessa resultat utan att använda vatten, syra eller andra lösningsmedel, vilket kraftigt minskar den resulterande föroreningarna. Den kan inte bara fungera på många metaller, utan uppnår också en renhet på 95 % för slutresultatet genom exakt kontroll av reaktionsförhållandena. Totalt var avkastningen en mycket tillfredsställande 85 %.

Så även om den inte återvinner all metall, kan denna metod drastiskt minska den del av avfallet som måste bearbetas med hydro- eller pyrometallurgi.

Framtida utsikter för FJH

Universell elektronisk återvinning

Denna metod har här studerats för återvinning av endast vissa typer av elektroniskt avfall. Mer arbete behövs för att bedöma den för andra typer av elektronik som är i stort behov av mer effektiva och miljövänliga alternativ, till exempel batterier.

“Vi försöker anpassa denna metod för återvinning av andra kritiska metaller från avloppsströmmar.”
Dr. Bing Deng – Adjungerad professor vid Tsinghua University och medförstförfattare till studien.

Det är också troligt att ytterligare förfiningar av metoden kan utvecklas, såsom att testa den i kombination med en mindre mängd syra för att hitta sätt att öka den totala avkastningen.

“Detta genombrott tar itu med det akuta problemet med brist på kritiska metaller och negativa miljöeffekter samtidigt som det ekonomiskt incitamentiserar återvinningsindustrier globalt med en mer effektiv återvinningsprocess,” Dr. Shichen Xu – Postdoktoral forskare vid Rice / medförstförfattare till studien.

Mineralutvinning

Konceptuellt är det mycket liten skillnad mellan metallåtervinning och mineralutvinning från naturlig malm. I båda fallen är metallen inbäddad med andra element och måste kraftfullt separeras för att renas och göras användbar för de industrier som behöver den.

Även inom gruvdrift uppnås raffinering ofta genom användning av vatten + syror, eller extrem värme, båda i massiv skala. Detta är en nyckeldel i varför gruvdrift är så kontroversiell och miljöförstörande.

Så metoden kan också ha löften för utvinning av litium och sällsynta jordartsmetaller, enligt Dr. Shichen Xu.

Investera i metallåtervinning

Medan vissa metaller som stål och aluminium återvinns väl, är andra mer komplexa material som elektroniskt avfall fortfarande mestadels oåtervunna, eller bearbetas under ohygieniska och förorenande förhållanden i fattiga länder.

Samtidigt produceras elbilar, solpaneler, batterier, värmepumpar och små elektroniska enheter i allt större mängder, vilket samlar på sig en lager av material som måste återvinnas på bara några år.

Du kan investera i återvinningsföretag via många mäklare, och du kan här, på securities.io, hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna i USA, Kanada, Australien, Storbritannien, såväl som många andra länder.

Om du inte är intresserad av att välja specifika företag, kan du även titta 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 ger en mer diversifierad exponering för att kapitalisera på återvinningsindustrin.

Företag inom metallåtervinning

1. Li-Cycle Holdings Corp 

Av alla typer av elektroniskt avfall kan batterier vara den mest problematiska.

Det beror på att de inte bara är extremt komplexa enheter som innehåller många olika förorenande metaller, utan också eftersom de alltid potentiellt utgör en säkerhetsrisk på grund av brand- eller explosionsrisk för laddade batterier. Så även om batterier är mestadels säkra under normala förhållanden, är slipning eller smältning för återvinning uppenbart en situation som kan skapa sådan fara.

Och volymen av batterier som behöver återvinnas kommer att öka sexfaldigt till 2030 enbart i Nordamerika.

Källa: Li-Cycle

Det är en avgörande säljpunkt för Li-Cycle att deras metod kan bearbeta fullt laddade batteripaket utan behov av demontering eller urladdning.

Detta är också en “batteriformagnostisk” process, vilket betyder att den kan fungera på vilken typ av litiumjonbatteri som helst, oavsett tillverkare eller batteriets status. Eftersom branschen fortfarande är långt ifrån att ha konsoliderats kring en specifik design, och innovationen sker mycket snabbt, är det avgörande för en återvinnare att kunna arbeta effektivt på lång sikt.

Sammanfattningsvis uppnår företaget en återvinningsgrad på 95 % och kan producera högkvalitativa material som batterigrad litiumkarbonat från de använda batterierna.

Källa: Li-Cycle

Under 2023 och tidigt 2024 stötte företaget på ett hinder med enorma kostnadsöverskridanden för byggandet av en viktig bearbetningsanläggning i Rochester, NY. Detta kom efter en mycket snabb expansion med anläggningar byggda över Nordamerika, Europa och Asien.

Om den färdigställs och körs på full hastighet, kan Rochester Hub bearbeta upp till 35 000 ton av så kallad svart massa (i princip krossade batterier) per år.

Detta skulle vara ett enormt steg upp från de endast 1 394 ton svart massa som producerades under Q2 2024.

Källa: Li-Cycle

För att få tillräckligt med pengar för att slutföra Rochester, Li-Cycle säkrade i mars 2024 en investering på 75 M$ från gruvjätten Glencore. Företaget söker också ett lån på 375 M$ från den amerikanska regeringen som en del av drivet för gröna politiker och reindustrialisering under USA:s IRA och Bipartisan Infrastructure Law.

DoE-låneprocessen är nu ganska avancerad och har nått steg 5 av totalt 6. Byggandet i Rochester förväntas återupptas om lånet godkänns.

Källa: Li-Cycle

En annan motvind för företaget har varit låga materialpriser, vilket har drabbat hela leveranskedjan, inklusive litiumgruvor. Som svar har företaget minskat sin personalstyrka och skurit kostnader där det är möjligt.

Om Rochester Hub blir framgångsrik, siktar företaget på att bygga tre ytterligare tredje generations hubbar (Rochester är andra generationen) i Alabama, Arizona och Tyskland.

Källa: Li-Cycle

2. Enviri

Företaget, tidigare känt som Harsco, är en jätte inom avfallsåtervinning med fokus på industriellt och gruvavfall, inklusive metaller (40 % av dess totala försäljning).

Företaget är uppdelat i 3 delar:

• Harsco Environmental: Bearbetning av 20 miljoner ton slagg årligen för att producera asfalt, gatublock, slipmedel, takshingel och gödningsmedel.
• Clean Earth: specialiserat på hantering av farligt avfall, inklusive årligen 5,6 miljoner lampor, 5,3 miljoner pund batterier, 5 000 ton elektronik, 3,4 miljoner förorenad jord och 71 miljoner gallons avloppsvatten.
• Rail: tillhandahåller järnvägsunderhålls- och bygglösningar.

Källa: Enviri

Sammanlagt utgör återvinnings-/reningssegmentet majoriteten av verksamheten, med 62 % av de totala intäkterna från Nordamerika. Clean Earth har vuxit snabbt, från bara några procent av företagets intäkter 2019 till nästan en tredjedel 2024.

Källa: Enviri

Företaget ser en stor tillväxtmöjlighet i behandlingen av PFAS (Per- och polyfluoroalkylsubstanser), eller ”för alltid-kemikalier” som blir alltmer oroande och behöver bättre bearbetning. Marknaden för PFAS-avfallshantering som kan adresseras av Enviris Clean Earth förväntas växa till 3–5  miljarder.

Företaget fortsätter också att fokusera på att identifiera ytterligare metoder som kan förstöra PFAS, snarare än att deponera dem eller använda djupbrunnsinjektioner.

Vi tror att destruktion är en överlägsen teknik för att minska långsiktiga risker och ansvar.”

Elizabeth Peterson – Chief Commercial Officer of Clean Earth

Allt fler regler tar itu med problemet med oadresserad förorening (som PFAS), vilket sannolikt kommer att gynna företag som Enviri. Andra möjligheter finns inom grön stål och koldioxidnegativ asfalt.

På lång sikt överväger företaget att sälja sina järnvägsaktiviteter för att slutföra sin omvandling från en industriell grupp till ett företag inom den gröna ekonomin. Men det kan ta tid, på grund av regleringar och hot mot långsiktiga kontrakt i Europa vid en försäljning, vilket leder till att försäljningen av järnvägssegmentet har pausats för närvarande.