Universitas Rice mengembangkan pemanasan kilat untuk pemulihan elemen tanah jarang dari limbah elektronik
Peneliti di Universitas Rice telah mempelopori teknik pemanasan Joule kilat cepat yang secara efisien mengekstrak elemen tanah jarang dari limbah elektronik. Metode ini memanaskan bahan ke suhu ekstrem dalam milidetik, mencapai tingkat pemulihan tinggi tanpa bahan kimia kasar. Inovasi ini mengatasi kebutuhan kritis untuk sumber berkelanjutan mineral vital ini yang digunakan dalam elektronik dan teknologi hijau.
Elemen tanah jarang (REEs) sangat penting untuk teknologi modern, termasuk smartphone, kendaraan listrik, dan sistem energi terbarukan. Namun, metode ekstraksi tradisional dari penambangan merusak lingkungan dan sensitif secara geopolitik, dengan sebagian besar pasokan terkonsentrasi di beberapa negara. Limbah elektronik, atau e-waste, merupakan sumber alternatif yang menjanjikan, tetapi memulihkan REEs darinya menantang karena konsentrasi rendah dan komposisi kompleks.
Tim yang dipimpin oleh ahli kimia James Tour di Universitas Rice di Houston telah mengembangkan teknik terobosan menggunakan pemanasan Joule kilat. Seperti yang dijelaskan dalam studi yang diterbitkan di Advanced Materials, proses ini melibatkan penerapan denyut listrik tegangan tinggi pada e-waste yang dihancurkan, memanaskannya hingga lebih dari 2.000 derajat Celsius dalam waktu kurang dari satu detik. Pemanasan cepat ini, yang dikenal sebagai pemanasan Joule kilat, menguapkan pengotor sambil mengkonsentrasikan REEs menjadi bentuk yang dapat dipulihkan.
"Metode ini adalah pengubah permainan untuk daur ulang," kata Tour dalam pengumuman. "Ini memulihkan hingga 90% dari REEs tertentu, seperti neodymium dan dysprosium, dalam satu langkah, menjadikannya jauh lebih efisien daripada peleburan konvensional atau pelarutan asam."
Efisiensi teknik ini berasal dari penggunaan energinya: ia mengonsumsi daya jauh lebih sedikit daripada proses tradisional, yang sering memerlukan suhu tinggi yang berkepanjangan dan perawatan kimia yang menghasilkan produk sampingan beracun. Dalam uji laboratorium, tim Rice memproses e-waste dari hard drive dan papan sirkuit yang dibuang, menghasilkan oksida REE murni yang siap digunakan kembali dalam manufaktur.
Konteks latar belakang menyoroti urgensi inovasi ini. Generasi e-waste global mencapai 62 juta ton metrik pada 2022, menurut perkiraan PBB, namun kurang dari 20% didaur ulang dengan benar. Permintaan REE diproyeksikan berlipat ganda empat kali lipat pada 2040 karena transisi energi hijau, memperburuk kekurangan pasokan. Dengan mengubah limbah menjadi sumber daya, pemanasan Joule kilat dapat mengurangi ketergantungan pada penambangan dan memotong dampak lingkungan.
Meskipun metode ini menjanjikan skalabilitas—peralatannya relatif sederhana dan dapat disesuaikan dengan pengaturan industri—tantangan tetap ada dalam mengoptimalkan untuk aliran e-waste yang beragam. Peneliti Rice sedang berkolaborasi dengan mitra industri untuk memulai operasi skala lebih besar.
Perkembangan ini menekankan potensi ilmu bahan canggih dalam menangani isu keberlanjutan, menawarkan jalur praktis menuju ekonomi sirkular dalam elektronik.