Rice University utvecklar blixtuppvärmning för återvinning av sällsynta jordartsmetaller från e-avfall
Forskare vid Rice University har utvecklat en snabb flash Joule-uppvärmningsteknik som effektivt extraherar sällsynta jordartsmetaller från elektroniskt avfall. Denna metod värmer material till extrema temperaturer på millisekunder och uppnår höga återvinningsgrader utan hårda kemikalier. Innovationen adresserar det kritiska behovet av hållbar inköp av dessa vitala mineraler som används i elektronik och gröna teknologier.
Sällsynta jordartsmetaller (REEs) är essentiella för modern teknik, inklusive smartphones, elbilar och förnybara energisystem. Traditionella utvinningsmetoder från gruvdrift är dock miljöskadliga och geopolitiskt känsliga, med mycket av försörjningen koncentrerad i ett fåtal länder. Elektroniskt avfall, eller e-avfall, utgör en lovande alternativ källa, men att återvinna REEs från det har varit utmanande på grund av låga koncentrationer och komplexa sammansättningar.
Ett team ledd av kemisten James Tour vid Rice University i Houston har utvecklat en banbrytande teknik med flash Joule-uppvärmning. Som beskrivs i en studie publicerad i Advanced Materials involverar processen att applicera en högspänningspuls på krossat e-avfall, vilket värmer det till över 2 000 grader Celsius på mindre än en sekund. Denna snabba uppvärmning, känd som flash Joule-uppvärmning, förångar föroreningar samtidigt som REEs koncentreras till en återvinningsbar form.
"Denna metod är en game-changer för återvinning," uppgav Tour i meddelandet. "Den återvinner upp till 90 % av vissa REEs, som neodym och dysprosium, i ett enda steg, vilket gör den långt mer effektiv än konventionell smältning eller syraläckage."
Teknikens effektivitet kommer från dess energianvändning: den förbrukar betydligt mindre kraft än traditionella processer, som ofta kräver långvariga höga temperaturer och kemiska behandlingar som genererar toxiska biprodukter. I labbtester bearbetade Rice-teamet e-avfall från kastade hårddiskar och kretskort, vilket gav rena REE-oxider redo för återanvändning i tillverkning.
Bakgrundskontexten belyser innovationens brådska. Den globala e-avfallsproduktionen nådde 62 miljoner ton 2022, enligt FN-uppskattningar, men mindre än 20 % återvinns korrekt. REE-efterfrågan förväntas fyrdubblas till 2040 på grund av övergången till grön energi, vilket förvärrar försörjningsbrister. Genom att förvandla avfall till en resurs kan flash Joule-uppvärmning minska beroendet av gruvdrift och minska miljöpåverkan.
Även om metoden visar potential för skalbarhet — utrustningen är relativt enkel och anpassningsbar till industriella miljöer — kvarstår utmaningar i optimering för olika e-avfallsströmmar. Rice-forskarna samarbetar med industripartners för att testa storskaliga operationer.
Denna utveckling understryker potentialen hos avancerad materialvetenskap för att hantera hållbarhetsfrågor, och erbjuder en praktisk väg till cirkulära ekonomier i elektronik.