Det här året, vackert inslagna bärbara datorer, mobiltelefoner eller till och med nya TV-apparater låg under julgranar. De tas entusiastiskt i bruk — och de gamla elektroniska enheterna kasseras. E-avfallet innehåller resurser som neodym, indium och guld. Vad händer med de värdefulla materialen? Och hur mycket sällsynt metall finns i mobiltelefoner, datorer och bildskärmar som fortfarande används idag? Empa -forskare har undersökt dessa frågor.

De tre naturresurserna guld, neodym och indium är bland de mest sällsynta grundämnena på jorden:var och en av de tre metallerna står för mindre än 0,00001 % av jordskorpan. De finns i ett stort antal elektroniska enheter, i små mängder, men i nyckelfunktioner:Indium som indiumtennoxid är elektriskt ledande och transparent på samma gång. På grund av dessa egenskaper, materialet används i LCD-skärmar, till exempel. Neodym används i kombination med järn och bor för att producera starka magneter. Dessa finns på hårddiskar, högtalare, hörlurar och mobiltelefoner. Guld är äntligen en mycket bra ledare som inte kan korrodera. Metallen används därför i elektroniska komponenter som kopplingskontakter eller kretskort.

Problemet är att särskilt neodym och indium anses vara kritiska metaller. Detta innebär att det å ena sidan finns risk för leveransavbrott, eftersom de två sällsynta grundämnena nästan uteslutande bryts i Kina. Å andra sidan, deras betydelse för nyckelteknologi anses vara hög och, följaktligen, effekterna av eventuella avbrott som särskilt allvarliga.

Dock, Schweiz har också gruvor för dessa tre resurser. Bland annat, de finns i elektroniska enheter som används eller redan är föråldrade. Empa-doktoranden Esther Thiébaud från institutionen för teknik och samhälle har nu för första gången undersökt var de tre sällsynta metallerna kan hittas i Schweiz – och hur mycket av dem som redan har gått förlorade för vidare användning.

Hennes analys avslöjade att den största andelen av alla tre ämnen finns i enheter som för närvarande används. Då skiljer sig grundämnenas vägar:Den näst största andelen indium finns i slagg från avfallsförbränningsanläggningar – och går därför förlorad för eventuell återvinning. Detsamma gäller den näst största andelen neodym; det finns i slagg från metallsmältverk, som används inom byggsektorn. Guld, å andra sidan, är redan återvunnen till 70 % av ekonomiska skäl när utrustningen har nått slutet av sin livscykel. Även om återvinningsgraden för guld redan är mycket god, neodym och indium återvinns ännu inte alls i Schweiz.

Återvinning skulle vara möjligt

Redan 2015, ett Empa-team ledd av Heinz Böni fick i uppdrag av Federal Office for the Environment (FOEN) och den schweiziska sammanslutningen av informations- och kommunikationsteknikleverantörer (Swico) att undersöka om återvinningen av indium och neodym är ekologiskt meningsfullt och ekonomiskt lönsamt. Tekniskt, indium kan redan utvinnas idag, om än med relativt hög ansträngning. Och ur ekonomisk synvinkel, endast måttliga merkostnader uppstår för återvinning av indium från skärmar. Dessa kan täckas genom att höja avgiften för tidig återvinning med 50 centime per skärm. Ekologiskt, dock, saken är klar:ett berg av nedlagda skärmar har högre indiumhalt än en gruva med samma volym som indium utvinns ur som primär resurs. Enligt studien, miljöpåverkan av återvinning är också lika hög, om inte bättre, än primärproduktion från mineraler. Dock, detta gäller endast om den kasserade utrustningen demonteras manuellt i det första bearbetningssteget och inte krossas mekaniskt.

När det gäller neodym, den ekologiska balansen är ännu tydligare:om materialet kommer från återvinningsprocessen, då är belastningen på miljön en tredjedel mindre än om den utvinns ur en gruva.

Kvantiteten gör skillnaden

Liknar guld, indium och neodym kan vara tydligt placerade i separerbara komponenter i en elektronisk enhet. Det skulle också vara tekniskt möjligt att återvinna råvarorna, om än till betydande kostnader. Så varför har dessa metaller inte återvunnits hittills?

För att svara på denna fråga, det är viktigt att ta hänsyn till vilka kvantiteter det handlar om. Indium har endast använts i betydande mängder sedan millennieskiftet. Under 2014, året för vilket de senaste siffrorna finns tillgängliga, cirka 1,7 ton av metallen fanns i enheter i Schweiz som fortfarande var i bruk. Dock, apparaterna som kasserades samma år innehöll endast cirka 135 kg indium. Ungefär en tredjedel av dessa nådde inte alls återvinningsprocessen – t.ex. eftersom enheterna kastades i vanligt skräp eller exporterades utomlands. Av de cirka 90 kg indium som gick igenom återvinningsprocessen, 90 % hamnade i förbränningsugnar, 5 % gick förlorade i smältningsprocessen – och endast 5 % lagrades för eventuell framtida upparbetning, enligt studien.

Neodym har funnits i stora mängder i såld elektronisk utrustning sedan början av 1980-talet. Under 2014, cirka 39 ton neodym fanns fortfarande i utrustning som fortfarande användes, medan den utrustning som kasserades samma år innehöll 3,9 ton. Av dessa, 2,8 ton nådde återvinningsprocessen, där grundämnet hamnade i smältprocessens slagg.

Siffrorna för guld ligger mellan dessa två:4,8 ton fanns i utrustning, 440 kilo separerades till guldhaltiga komponenter och 330 kilo av dessa kom till återvinningsprocessen. Från och med då, förlusterna är låga:95 % av guldet som når den manuella demonteringsfasen kan återvinnas.

Så det kan inte bara bero på mängderna att den extra insatsen för återvinning bara krävs för guld. Att titta på metallernas värde avslöjar ett intressant faktum:Det 90 kg indium som hamnar i bortskaffningsprocessen är för närvarande värt cirka 36 USD, 000; 2, 800 kg neodym 200 USD, 000 - och 330 kg guld US $ 13, 600, 000. Så ur ekonomisk synvinkel, ansträngningen för guld är värt besväret trots de små kvantiteterna – för neodym och indium, å andra sidan, den ekonomiska motivationen för återvinningsföretagen är för närvarande (fortfarande) låg.

"Den överlägset största andelen neodym och indium finns fortfarande i den utrustning som för närvarande används, " förklarar Esther Thiébaud. "En liten höjning av den förbetalda återvinningsavgiften skulle redan räcka för att göra återvinning till ett ekonomiskt attraktivt alternativ". Tills dess, det vore åtminstone vettigt att tillfälligt lagra komponenter med en relativt hög andel indium och neodym - så att resurserna inte går förlorade för alltid.