Edward Sabolsky, professor vid WVU Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources, använder keramiska tegelstenar för att bedriva forskning i sitt labb. Försvarsdepartementet har gett Sabolsky och Terence Musho i uppdrag att utveckla en ny process för återvinning av elektroniskt avfall för att utvinna råmaterial som används för att bygga teknologi som är kritisk för USA:s nationella försvar, såsom halvledare. Kredit:WVU Photo/Brian Persinger
Forskare från West Virginia University återupplivar kasserad elektronik, återvinner elektroniskt avfall och återvinner mineraler från det för att göra nya produkter kritiska för det nationella försvaret.
Terence Musho, docent i mekanisk och rymdteknik vid Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources, leder projektet.
USA är för närvarande beroende av länder som Kina för att tillhandahålla råvaror som är avgörande för elektronik som möjliggör dess nationella försvar. Men enligt Musho, att "beroende på utländska nationella resurser har lett till att Vita huset har identifierat en kritisk brist i halvledarförsörjningskedjan."
Musho sa att brist är en anledning till att försvarsdepartementet (DOD) tittar på lättillgängligt elektroniskt avfall som gamla "LED-lampor och mikroelektroniska kretsar som används för att förstärka radiofrekvenser, som innehåller kritiskt material i försörjningskedjan."
En nyckelfaktor för forskningen som Musho bedriver tillsammans med Statler-professor Edward Sabolsky, förutom nuvarande system för återvinning av e-avfall, är "förmågan att uppnå mycket höga temperaturer på ett mycket snabbt sätt", vilket gör att deras teknologi kan vara modulär. Det vill säga, eftersom den är relativt liten kan den enkelt flyttas i moduler från plats till plats.
"Det betyder att DOD kan transportera den här tekniken till punkten för bortskaffande av dessa e-avfallsmaterial," sa Musho. "Rymdskräp är en fråga som får uppmärksamhet, så en potentiellt långt borta idé är att detta potentiellt skulle kunna användas i rymden. Du kan samla in skräpsatelliter, återvinna avfallet och föra tillbaka råvarorna till jorden.
"En annan möjlig tillämpning skulle vara amerikanska flottans fartyg, som skulle kunna flytta runt denna utrustning till olika hamnar för avfallsåtervinning."
Tekniken har också löften utanför det nationella försvarets område. "Du kan ha en återvinningsstation för e-avfall i varje samhälle," föreslog Musho. "Samhällen kan återvinna sitt eget e-avfall, få ut råvarorna och sälja dessa material tillbaka till tillverkarna."
Elektronikåtervinning började dyka upp på 1970-talet men det har aldrig fått så mycket dragning. Musho förklarade att när du tar din gamla elektronik till Best Buy, finns det bara en handfull anläggningar i landet där elektroniken kan bearbetas. "De platserna får ett berg av e-avfall", sa han.
Elektronikåtervinningsanläggningar hanterar det e-avfallet via en process av pyrometallurgi eller hydrometallurgi. Båda dessa processer använder antingen höga temperaturer eller farliga kemikalier för att utvinna mineraler från elektronik och båda behöver stora mängder avfall för att vara ekonomiskt.
Till stor del på grund av sådana problem hamnar det mesta av dagens e-avfall till deponier. I sitt försök att ändra på det har DOD fokuserat på att återvinna sju specifika grundämnen från e-avfall, främst gallium, indium och tantal.
Musho kommer att vägleda deras experiment, med hjälp av beräkningstermodynamik för att simulera mineralåtervinningsprocessen. Sabolsky kommer att validera simuleringarna för att bevisa att processen fungerar i praktiken.
Musho är övertygad om att det kommer att fungera, särskilt eftersom Sabolskys tidigare forskning lade grunden för denna studie.
"Ed gjorde en tidigare studie om kolflygaska, en avfallsprodukt från koleldade kraftverk, och han visade att denna process fungerar för andra kritiska element som finns i flygaska. Nu ska vi ta den kunskapen, förbättra den och applicera det på e-avfall."
Projektets första fas är en nio månader lång studie som visar Musho och Sabolskys återvinningsprocess för e-avfall i labbet.
Efter det kommer de att förfina tillvägagångssättet för att "hitta strängare renhetsstandarder" för de återvunna mineralerna. De kommer att skala upp för att hantera större mängder material och arbeta med att förpacka tekniken i en liten, modulär enhet som är lätt att transportera, när de börjar överväga kommersialisering.
"Vi har ett överflöd av kritiska material för närvarande i e-avfall på våra deponier," sa Musho. "Det är bara en fråga om att bestämma den bästa metoden för att återställa dessa element. Tekniken vi utvecklar ger en supply chain-lösning inte bara för DOD-elektronik utan även konsumentelektronik." + Utforska vidare
