Alchemia XXI wieku

Według serwisu Statista.com w ubiegłym roku do rąk użytkowników na całym świecie trafiło 1,5 mld smartfonów, do których trzeba doliczyć blisko 1 mld klasycznych telefonów komórkowych, które wciąż są popularne w mniej zamożnych krajach Afryki i Azji. Większość z tych urządzeń ma przed sobą 18–24 miesiące życia, czasem mniej, po czym zastąpią je nowsze modele. Jeśli do tego dodać pecety, telewizory, konsole do gier oraz inne urządzenia bazujące na mikroprocesorach, które są używane coraz krócej i chętnie są wymieniane na nowe, lepsze urządzenia, to okazuje się, że świat dosłownie zalewany jest elektronicznym złomem. Same Stany Zjednoczone generują rocznie ponad 7 mln ton takich odpadów. Co dzieje się z takim rodzajem „śmieci”?

Najgorszym, na szczęście coraz rzadszym scenariuszem, jest wywiezienie zużytej elektroniki na wysypisko – telefon komórkowy zawiera w sobie pół tablicy Mendelejewa. Wśród 60 pierwiastków chemicznych, które składają się na materiały wykorzystywane do produkcji telefonów, jest wiele szkodliwych metali ciężkich, takich jak ołów, kadm, brom czy rtęć. Komponenty smartfona nie ulegają szybkiej biodegradacji. Także plastik oraz szkło z obudowy będą zalegały w ziemi przez stulecia. Wyrzucenie smartfona na wysypisko oznacza ryzyko, że szkodliwe związki chemiczne trafią do wód gruntowych, a w razie podpalenia śmieci do atmosfery.

Na szczęście zarówno kraje UE, w tym Polska, jak i inne rozwinięte państwa, do których trafia najwięcej urządzeń elektronicznych, stworzyły systemy odbioru elektrośmieci, wśród których znajduje się także zużyta elektronika. Jeśli użytkownik przyniesie telefon do punktu odbioru elektrośmieci, urządzenie zostanie poddane zostanie procesowi recyklingu w celu odzyskania zawartych w nim metali oraz utylizacji plastikowych i szklanych elementów.

Recykling smartfonów, a także komputerów oraz innych urządzeń elektronicznych, jest trudny ze względu na daleko posuniętą integrację tych urządzeń. Do niedawna jedynym sposobem na odzyskanie metali ze smartfona był ręczny demontaż urządzenia. Zużyte urządzenia zebrane w krajach rozwiniętych wysyłane były statkami do Chin oraz krajów Afryki Zachodniej, m.in. do Ghany, gdzie rozbiera się je ręcznie, przy okazji dewastując środowisko naturalne. Obecnie ze względu na rosnącą opłacalność odzyskiwania cennych surowców ze smartfonów i innej elektroniki zajmują się tym wyspecjalizowane huty korzystające z najnowocześniejszych technologii metalurgicznych. W Europie są trzy takie zakłady. Największy należy do koncernu Umicore i jest zlokalizowany w belgijskim Hoboken, na przedmieściach Antwerpii.

Droga smartfona do huty zaczyna się w punkcie zbierania elektrośmieci lub punkcie skupu używanych telefonów. Tam przeprowadzana jest wstępna selekcja urządzeń. Nowsze, działające urządzenia są najczęściej odświeżane, a następnie sprzedawane nowym użytkownikom w biedniejszych krajach. Stare, niedziałające urządzenia po wyjęciu baterii, a także zużyte podzespoły komputerowe, stają się złomem elektronicznym, który, jak wyjaśnia Sebastian Królik z firmy Terra Recycling, jest wart obecnie ok. 35 zł za kilogram. Huty przetwarzające zużytą elektronikę sprowadzają surowiec z całego świata. Umicore otrzymuje surowiec od 200 dostawców nawet z tak odległych miejsc jak Korea, Kanada czy Nowa Zelandia. Rocznie do huty w Hoboken przyjeżdża i przypływa 350 000 ton elektronicznego złomu.

Z każdej dostawy pobierana jest próbka, która pozwala określić skład złomu. Dzięki temu wiadomo, jakie są zawartość cennych metali i skład chemiczny, co jest niezbędne do właściwego dobrania wsadu do pieca hutniczego. Od zawartości cennych pierwiastków zależy cena, jaką za złom otrzymuje dostawca. Aby uzyskać właściwe proporcje metali podczas przetapiania, elektronika jest najczęściej uzupełniana katalizatorami samochodowymi oraz przemysłowymi. Taki wsad trafia do wielkiego pieca hutniczego, gdzie w temperaturze bliskiej 2000 st. komponenty elektroniczne są topione. W tej fazie plastik pali się, dostarczając energii do całego procesu, co ogranicza zużycie koksu. Uzyskana masa rozdziela się na cztery frakcje, których przewodnimi metalami są ołów, miedź i nikiel. Czwartą jest żużel, który zostaje usunięty z procesu i może być potem wykorzystywany jako materiał budowlany.

W każdej z frakcji metalicznych oprócz pospolitych metali przewodnich znajdują się cenne zanieczyszczenia, które odzyskuje się w procesie dalszej, skomplikowanej obróbki. Frakcja ołowiana trafia do kolejnego pieca, gdzie przeprowadzana jest rafinacja, dzięki której uzyskuje się pospolite surowce: ołów, cynę, antymon i bizmut. Najbardziej wartościowe metale z tej frakcji są koncentrowane w formie odpadu i trafiają do rafinerii, gdzie izoluje się rzadkie metale takie jak ind używany m.in. do produkcji wyświetlaczy LCD, selen stosowany w produkcji ogniw fotowoltaicznych i tellur używany w półprzewodnikach.

Frakcja miedziana zawiera większość kruszców szlachetnych, które są najbardziej wartościowym produktem recyklingu urządzeń elektronicznych. Po wypaleniu jej w kolejnym piecu uzyskiwania jest miedź, która następnie oczyszczana jest w procesie elektrolizy. Pozostałości po tym procesie są kierowane do specjalnego reaktora, gdzie w wyniku rafinacji uzyskiwane są czyste metale szlachetne: złoto, srebro, platyna, pallad, rod, a także ruten używany w katalizatorach oraz iryd. Frakcja niklowa jest dzielona na nikiel i arsen, a śladowe ilości cennych metali, które pozostają w odpadach, trafiają do rafinerii.

Łącznie w hucie Umicore ze zużytych smartfonów odzyskiwanych jest aż 17 pierwiastków. Wszystkie produkty uboczne, takie jak żużel czy kwas siarkowy, produkt uboczny rafinacji miedzi, są także przekształcane na surowce budowlane i chemiczne. Mimo że proces jest skomplikowany i przetwarzane są toksyczne substancje, fabryka jest całkowicie neutralna dla środowiska.

Obecnie funkcjonujący system recyklingu sprawia, że rocznie utylizowanych jest ok. 1 mld zużytych smartfonów i setki milionów innych elektronicznych śmieci. Znaczenie recyklingu jako źródła surowców będzie tylko wzrastać. Przewiduje się, że w najbliższych latach ilość elektronicznych śmieci zwiększy się aż o 500 proc., dzięki czemu koncerny takie jak Umicore w Hoboken nie będą narzekały na brak pracy.

Akumulatory także muszą być poddane recyklingowi. Jest on prosty i opłacalny w przypadku klasycznych baterii alkalicznych, a także akumulatorów kwasowo-ołowiowych, NiMh oraz NiCa, które można przetopić w piecu hutniczym i odzyskać z nich metale. Gorzej przedstawiają się perspektywy odzyskiwania surowców z akumulatorów litowo-jonowych. Muszą być one poddane recyklingowi, ponieważ są toksyczne, a poza tym łatwo się palą. Obecnie pozyskuje się z nich tylko metale stosowane w przewodach. Pozostałe substancje zawarte w obudowie i elektrodach, w tym lit, spala się w piecu, czego efektem jest żużel. Choć istnieją techniczne możliwości odzyskiwania litu, koszty procesu są pięć razy wyższe niż wydobycie surowca ze skorupy ziemskiej. Spodziewany radykalny wzrost zapotrzebowania na baterie litowo-jonowe związany z upowszechnianiem się samochodów elektrycznych sprawia, że efektywny recykling tych baterii będzie niezbędny. Bez tego nie uda się pozyskać surowców do nowych akumulatorów, ponieważ dostępne złoża litu są ograniczone i nie wystarczą na potrzeby rosnącej produkcji ogniw.

Odzyskiwanie odpadów zawierających cenne surowce ma wiele wspólnego z kopalnym pozyskiwaniem rud metali. Z tego względu dla zbierania odpadów został ukuty termin urban mining, czyli miejskie górnictwo. Ma ono szereg zalet w porównaniu ze swoim klasycznym odpowiednikiem. Przede wszystkim jest bezpieczniejsze dla środowiska, ponieważ pozyskiwanie metali z recyklingu generuje o 90 proc. mniej zanieczyszczeń niż wydobywanie ich ze skorupy ziemskiej. Ze względu na olbrzymie ilości surowca, czyli elektrośmieci dostępnych w dziesiątkach milionów ton każdego roku, szacuje się, że urban mining może zaspokoić do 40 proc. światowego zapotrzebowania na metale.

Nie wszystkie urządzenia elektroniczne są przetwarzane w zaawansowanych hutach. Wiele elektronicznych śmieci wciąż jest utylizowanych ręcznie na wysypiskach w krajach trzeciego świata. Cenne metale są dosłownie wyszarpywane przez robotników, którzy usuwają izolację z kabli miedzianych oraz palą płytki drukowane w celu wytopienia zawartego w nich metalu. Ze względu na niskie zarobki, 1,5 dol. dziennie, utylizacją elektrośmieci bardzo często zajmują się dzieci, które są narażone na codzienny kontakt z metalami ciężkimi. Wykorzystanie otwartych palenisk zanieczyszcza także atmosferę. Odpady przechowywane są na otwartej przestrzeni, co powoduje przenikanie trucizn do wód gruntowych i rzek. W położonym w południowych Chinach mieście Guiyu, które jest uważane za największe na świecie wysypisko elektrośmieci, prymitywnymi metodami przetwarzanych jest ok. 15 000 ton odpadów dziennie. Zajmuje się tym 6000 warsztatów, czyli prawie cała populacja tego 150 tysięcznego miasta. W efekcie miasta takie jak Guiyu w południowych Chinach czy Agbogbloshie w Ghanie, drugie najbardziej znane cmentarzysko elektroniki, należą do najsilniej zanieczyszczonych obszarów na świecie.

Przeciętny smartfon zawiera przeciętnie 0,034 g złota, 0,34 g srebra, 0,015 g palladu, a także śladowe ilości platyny. Ponadto można z niego odzyskać także 25 g aluminium i 15 g miedzi. Gdyby potraktować złom elektroniczny jako rudę do produkcji metali, to okazałoby się, że to najcenniejsza i najbardziej wydajna ruda na świecie. Według informacji firmy Umicore, o której piszemy w naszym artykule, wysokiej jakości kopalna ruda zawiera ok. 3 g złota na tonę, a w przypadku smartfonów to ok. 300 g na tonę. Poza tym w żadnym innym surowcu na świecie nie można znaleźć obok siebie tylu cennych metali. Nie bez znaczenia jest także relatywnie łatwa dostępność złomu elektronicznego.