Ang Pag-upcycle ng Basurang Metal gamit ang ‘ShAPE’ Maaaring Baguhin ang Ating mga Gawi sa Pag-recycle

Mas Mahusay na Pag-recycle

Habang umuunlad ang industriyal na sibilisasyon sa paglipas ng panahon at paglawak, nagiging malinaw na kailangan nating i-optimize ang paggamit ng ating mga mapagkukunan. Isa sa mga gawaing ito ay ang pag-recycle ng metal, kung saan ang mga materyales na batay sa metal, sa teorya, ay maaaring i-recycle nang walang katapusan.

Sa praktika, hindi ito ganoon kasimple, dahil karamihan sa mga daloy ng basura na may metal na materyal ay naglalaman ng komplikadong halo ng iba’t ibang metal. Minsan, nagmumula ito dahil ang basura ay isang aloy, at minsan, ang simpleng paghahalo ng iba’t ibang metal sa recycled na produkto at ang paghiwalay nito ay magiging masyadong kumplikado at/o magastos.

Nagdudulot ito ng problema; ang simpleng muling paggamit ng halo ng metal na ito ay magbubunga ng mababang kalidad na mga produkto na mas madaling yumuko o mabasag kumpara sa metal na gawa mula sa sariwang ore, na maaaring mapanganib para sa mga end user.

Halimbawa, upang ma-recycle, ang mga scrap ng aluminyo ay kailangang ihalo sa 40% na bagong minahan at pinong aluminyo. Nakakatulong ito, ngunit malinaw na hindi ito “tunay” na pag-recycle.

Kaya naman ang mga mananaliksik sa Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ay nakabuo ng isang bagong pamamaraan, na tinatawag na ShAPE (Shear Assisted Processing and Extrusion). Inilathala nila kung paano ito gumagana at kung bakit maaari nitong magbigay ng 100% na rate ng pag-recycle ng aluminyo sa journal na Nature Communications, sa pamagat na “Upcycled high‑strength aluminum alloys from scrap through solid‑phase alloying¹”.

Mga Isyu sa Pag-recycle ng Aluminyo

Pagdating sa aluminyo, karamihan sa mga gastos, parehong pera at enerhiya, pati na rin ang iba’t ibang emisyon ng CO2, ay nagmumula sa pangangailangang ganap na tunawin muli ang aluminyo, isang metal na may mataas na punto ng pagkatunaw.

Kailangan itong gawin dahil ang recycled na aluminyo ay naglalaman ng maliliit na dumi, tulad ng mga buo ng bakal. Kailangang ihalo ito sa sariwang aluminyo upang makalikha ng isang kasiya-siyang produkto.

ShAPE

Sa halip na gumugol ng maraming enerhiya at karagdagang sariwang ore upang lumikha lamang ng karaniwang produktong aluminyo, natuklasan ng mga mananaliksik ng PNNL ang isang paraan upang makagawa ng mas mahusay na aloy ng aluminyo nang walang lahat ng mga hakbang sa gitna.

Direktang nilalaktawan ng prosesong ito ang mga hakbang ng pagsasala, pagtunaw, at paghulma. Sa halip, pinapasok nito ang mga scrap ng aluminyo nang direkta sa isang prosesong tinatawag na “solid‑phase extrusion”, na binuo noong 1993 ng Welding Institute sa United Kingdom.

Ang solid‑phase extrusion ay gumagamit ng alitan sa halip na init upang tunawin ang metal, na nagreresulta sa napaka-homogeneous na halo kahit na gumagamit ng mas kaunting enerhiya. Maaari mo itong makita sa aksyon sa maikling video sa ibaba:

Ang makina ay may umiikot na ulo na umiikot ng 500 beses kada minuto na may 2,200 foot‑pounds ng torque. Ang kabilang dulo ng makina ay may hydraulic press na kayang magbigay ng 200,000 pounds ng puwersa laban sa umiikot na ulo.

Pinagmulan: Nature Communications

Ang mga scrap ng aluminyo ay hinahalo sa pulbos ng tanso (Cu), pulbos ng zinc (Zn), at mga ribon ng ZK60 magnesium (Mg). Kapag pantay na hinalo, bumubuo sila ng isang high‑strength na produktong aloy ng aluminyo sa loob ng ilang minuto. Sa paghahambing, ang tradisyunal na proseso ng pag-recycle ng aluminyo ay tumatagal ng ilang araw.

Ang buong pamamaraan ay gumagamit rin ng 50% na mas kaunting enerhiya.

Pinagmulan: PNNL

Mas Superyor na Estruktura & Pagganap

Kapag sinuri sa ilalim ng mikroskopyo, ipinapakita ng bagong pamamaraan ang isang radikal na ibang estruktura ng metal. Ang upcycled na materyal ay nagpapakita ng mas maliliit na butil (7.7 µm), kumpara sa tradisyunal na recycled na aluminyo (43.1 µm).

Pinagmulan: Nature Communications

Pinatutunayan nito na sa panahon ng ShAPE, nabubuo ang mga atomic‑scale na tampok na tinatawag na Guinier‑Preston zones sa loob ng aloy. Kilala ang mga tampok na ito sa pagpapabuti ng lakas ng mga aloy ng metal.

Direktang nagdudulot ito ng mas superior na pagganap para sa upcycled na metal, na may resistensya sa mekanikal na stress na 200% mas mataas kaysa sa karaniwang recycled na aloy.

Pinagmulan: Nature Communications

Isa pang pagpapabuti na dala ng pamamaraang ito ay ang paggawa ng mga profile ng aluminyo, tubo, at iba pang bahagi ng metal na nangyayari sa solid‑state, na maaaring makatulong sa pagbuo ng bagong uri ng aloy na hindi gagana sa tradisyunal na mga yugto ng pagtunaw.

Ang solid phase alloying ay teoritikal na maaaring ilapat sa anumang kombinasyon ng metal na iyong maisip, at ang katotohanang ang paggawa ay ganap na nagaganap sa solid state ay nangangahulugang maaari mo nang simulan ang pag-isip ng ganap na mga bagong aloy na hindi pa natin nagawang gawin dati.

Cindy Powell – Punong Opisyal sa Siyensiya at Teknolohiya para sa Enerhiya at Kapaligiran sa PNNL

Paglagpas sa Recycled na Aluminyo

Maaaring ilapat ang teknikang ito sa iba pang mga metal na mahirap ihiwalay o i-recycle.

Maaari rin itong magamit upang lumikha ng mga aloy na may mas mahusay na pagganap, tulad ng mas matibay at mas ligtas na mga estruktura ng sasakyan, o upang gumamit ng mas kaunting materyales para sa parehong resulta.

Ang parehong pamamaraan ay maaaring palawakin din sa iba pang mga proseso ng solid‑phase manufacturing, tulad ng cold spray o friction stir welding & processing.

Ang aming kakayahang i‑upcycle ang scrap ay kapana‑panabik, ngunit ang bagay na pinaka‑kinakilig sa akin tungkol sa pananaliksik na ito ay na ang solid phase alloying ay hindi lamang limitado sa mga aloy ng aluminyo at mga basurang feedstock.

Cindy Powell – Punong Opisyal sa Siyensiya at Teknolohiya para sa Enerhiya at Kapaligiran sa PNNL

Metal 3D Printing

Sa huli, maaaring magamit ang pamamaraang ito upang lumikha ng mataas na kalidad na feed para sa mga metal 3D printer.

Dahil ang pamamaraan ay nagdadagdag ng tiyak na dami ng karagdagang mga metal sa isang eksaktong paraan, maaari itong magamit upang lumikha ng mga iniangkop na aloy para sa partikular na pangangailangan sa additive manufacturing.

Ang pinahusay na 3D na estruktura ay malamang ding makatulong na gawing ekstra‑malakas ang panghuling produktong 3D printed.

Mahirap makakuha ng mga feed wire na may pasadyang komposisyon para sa wire‑based additive manufacturing. Ang solid phase alloying ay isang kahanga‑hang paraan upang makagawa ng mga iniangkop na aloy na may eksaktong komposisyon tulad ng 2 porsyento ng tanso o 5 porsyento ng tanso.

Xiao Li – Siyentipiko sa Materyales ng PNNL

Kumpanya sa Pag-recycle ng Aluminyo

Radius Recycling

Habang binubuo ang mga bagong pamamaraan para sa pinahusay na pag-recycle, ang mga itinatag na manlalaro sa industriya ay makikinabang sa pagkuha ng bahagi ng merkado mula sa mga pangunahing prodyuser.

Habang patuloy tayong nag-recycle ng mas marami pang materyal, at patungo tayo sa elektripikasyon ng pag-init at transportasyon, ang dami ng trabaho para sa mga kumpanya ng pag-recycle ay inaasahang dahan-dahang lumago ngunit patuloy. Inaasahang lalago ang merkado ng metal recycling mula $915B noong 2024 hanggang $1.29T pagsapit ng 2033, o 3.9% CAGR.

Itinatag ang Radius Recycling noong 1906 at kasalukuyang may higit sa 3,500 na empleyado. Mayroon itong higit sa 100 na lokasyon para sa pag-recycle ng metal at sasakyan sa buong Canada at USA, pati na rin isang site ng paggawa ng bakal, na ginagawa itong isa sa pinakamalaking metal recycler sa rehiyon.

Pinagmulan: Radius Recycling

Pinoproseso ng kumpanya ang parehong:

• Mga ferrous na metal, na naglalaman ng bakal, tulad ng kable, drum, metal na bubong, bisikleta, sasakyan, appliances, atbp.
• Mga non‑ferrous na metal: aluminyo, tanso, stainless steel, zinc, lead‑acid na baterya, wire, coils, mga electrical motor, radiators, atbp.

Sa segment ng non‑ferrous, ang pinakamalaking mga metal ay tanso at aluminyo.

Pinagmulan: Radius Recycling

Binabalanse ng kumpanya ang alokasyon ng kapital nito sa pagitan ng mga shareholders (na may dividend na binabayaran bawat quarter mula nang mag-public noong 1993, – na may yield na 4.5% sa oras ng pagsulat ng artikulong ito), kontrol sa gastos ng utang, at muling pamumuhunan sa paglago (kasama ang 2 bagong recovery center sa US West Coast).

Sa pangkalahatan, ang kumpanya ay isang magandang pagpipilian para sa mga mamumuhunan na naghahanap ng exposure sa industriya ng pag-recycle at pangkalahatang circular economy, isang matatag na kita mula sa dividend, at aktibidad na nakatuon sa pamilihang Hilagang Amerika.

Reference ng Pag-aaral:

^{1. Wang, T., Li, X., Li, Z., et al. (2024). Mga Upcycled na high‑strength aluminum alloys mula sa scrap sa pamamagitan ng solid‑phase alloying. Nature Communications, 15, 10664. https://doi.org/10.1038/s41467-024-53062-2}