جامعة رايس تطور تقنية تسخين فلاش لاستعادة العناصر الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية
طور باحثون في جامعة رايس تقنية تسخين جول فلاش سريعة تستخرج بكفاءة العناصر الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية. يسخن هذا الطريقة المواد إلى درجات حرارة قصوى في أجزاء من الثانية، محققًا معدلات استعادة عالية دون مواد كيميائية قاسية. تلبي الابتكار الحاجة الحرجة للحصول المستدام على هذه المعادن الحيوية المستخدمة في الإلكترونيات وتقنيات الطاقة الخضراء.
العناصر الأرضية النادرة (REEs) أساسية للتقنيات الحديثة، بما في ذلك الهواتف الذكية والمركبات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة. ومع ذلك، فإن طرق الاستخراج التقليدية من التعدين ضارة بالبيئة وحساسة جيوسياسيًا، مع تركيز معظم الإمدادات في عدد قليل من الدول. تمثل النفايات الإلكترونية، أو e-waste، مصدرًا بديلًا واعدًا، لكن استعادة REEs منها كانت تحديًا بسبب التركيزات المنخفضة والتركيبات المعقدة.
قاد فريق بقيادة الكيميائي جيمس تور في جامعة رايس في هيوستن تقنية اختراقية باستخدام تسخين جول فلاش. كما وصف في دراسة نشرت في Advanced Materials، يتضمن العملية تطبيق نبضة كهربائية عالية الجهد على النفايات الإلكترونية المسحوقة، مما يسخنها إلى أكثر من 2000 درجة مئوية في أقل من ثانية. هذا التسخين السريع، المعروف باسم تسخين جول فلاش، يبخر الشوائب بينما يركز REEs في شكل قابل للاستعادة.
"هذه الطريقة تغير قواعد اللعبة في إعادة التدوير"، قال تور في الإعلان. "تستعيد حتى 90% من بعض REEs، مثل النيوديميوم والديسبروسيوم، في خطوة واحدة، مما يجعلها أكثر كفاءة بكثير من الذوبان التقليدي أو الاستخلاص الحمضي."
تنبع كفاءة التقنية من استخدامها للطاقة: تستهلك طاقة أقل بكثير من العمليات التقليدية، التي غالبًا ما تتطلب درجات حرارة عالية ممتدة وعمليات كيميائية تولد نواتج ثانوية سامة. في اختبارات المختبر، معالج فريق رايس النفايات الإلكترونية من الأقراص الصلبة واللوحات الإلكترونية المرمية، مما أنتج أكاسيد REE نقية جاهزة لإعادة الاستخدام في التصنيع.
يبرز السياق الخلفي الإلحاح لهذه الابتكار. بلغ إنتاج النفايات الإلكترونية العالمي 62 مليون طن متري في عام 2022، وفقًا لتقديرات الأمم المتحدة، لكن أقل من 20% يتم إعادة تدويره بشكل صحيح. من المتوقع أن ترتفع الطلب على REEs أربع مرات بحلول عام 2040 بسبب الانتقال إلى الطاقة الخضراء، مما يفاقم نقص الإمدادات. من خلال تحويل النفايات إلى مورد، يمكن لتسخين جول فلاش تقليل الاعتماد على التعدين وتقليل التأثيرات البيئية.
بينما تظهر الطريقة وعدًا للتوسع القابل للتطبيق —المعدات بسيطة نسبيًا وقابلة للتكيف مع الإعدادات الصناعية—، تبقى التحديات في التحسين لتيارات النفايات الإلكترونية المتنوعة. يتعاون باحثو رايس مع شركاء الصناعة لتجربة عمليات على نطاق أكبر.
يؤكد هذا التطور إمكانيات علم المواد المتقدم في مواجهة قضايا الاستدامة، مقدمًا مسارًا عمليًا نحو اقتصاديات دائرية في الإلكترونيات.