النفايات الإلكترونية "تتحول" إلى ذهب بفضل بروتينات الجبن

طور باحثون من ETH طريقة مستدامة لاستخراج الذهب من النفايات الإلكترونية باستخدام بروتينات مصل اللبن

استخراج الذهب من النفايات الإلكترونية بفضل الجبن
كتلة الذهب عيار 22 قيراطًا التي تم الحصول عليها من أجهزة الكمبيوتر القديمة مقسمة إلى ثلاثة أجزاء؛ يبلغ عرض أكبر هذه الأقسام حوالي 5 مم (الصورة: Alan Kovacevic/ETH Zurich)

في العصور الوسطى، تحويل المواد إلى ذهب لقد كان أحد أحلام الكيميائيين المستحيلة.

اليوم، وذلك بفضل البحث الثوري للأستاذ رافائيل ميزنجامن قسم العلوم والتكنولوجيا الصحية في جامعة البوليتكنيك في زيورخ، يبدو هذا الحلم أقرب بكثير.

من الواضح أن الباحثين لم يحولوا عنصرًا كيميائيًا آخر إلى ذهب، كما كان الكيميائيون القدماء يعتزمون القيام به: في قلب الدراسة، التي نشرت للتو في المجلة الدولية "المواد المتقدمة"، استخراج الذهب من النفايات الإلكترونيةأو النفايات الإلكترونية.

لقد طور الباحثون في ETH طريقة للغاية اقتصادية ومستدامة لاستخراج المعدن الثمين من اللوحات الأم للكمبيوتر القديم، وذلك باستخدام خيوط البروتين التي يتم الحصول عليها منها مصل اللبن، وهو منتج ثانوي لصناعة القيصرية.

دوائر من المواد الخام المتجددة للإلكترونيات "الخضراء"
أجهزة الاستشعار الثورية التي يمكنها توفير ملايين البطاريات
الكأس المقدسة للكيمياء الخضراء: المواد الكيميائية الفلورية الخالية من السمية

الذهب من النفايات الإلكترونية: الطريقة السويسرية الثورية
وفقا لتقديرات الأمم المتحدة، ينتج كل واحد منا حوالي 8 كيلوغرامات من النفايات الإلكترونية: ومع ذلك فإن هذه النفايات قد تكون ثمينة للغاية (الصورة: Envato)

النفايات الإلكترونية: كنز لا ينبغي الاستهانة به

ال النفايات الإلكترونية إنها النفايات الصلبة الأسرع نموًا على مستوى العالم: في عام 2023، وفقًا لتقديرات الأمم المتحدة، أنتجنا تقريبًا 8 كيلو لكل منهمابإجمالي يزيد عن 60 مليون طن: يزن أكثر من سور الصين العظيم.

من هذا الجبل الهائل من النفايات الإلكترونية، أقل من 20 بالمئة هو تم جمعها بشكل مناسب وإعادة تدويرها.

ومع ذلك، تبقى النفايات الإلكترونية بداخلها معادن ثمينة جداً والتي تعتبر أساسية لتطوير التقنيات الجديدة في مختلف مجالات التطبيق، من الإلكترونيات إلى الفضاء الجوي. ومن بين هذه المعادنالذهب فهو بلا شك الأكثر قيمة، وليس فقط لقيمته التجارية.

كما نقرأ في الدراسة التي نشرت مؤخرا في "مواد متطورة"لقد كان الذهب في قلب تطور المجتمع البشري لآلاف السنين: فهو ليس مجرد معدن ثمين خامل، ولكنه عنصر "لديها الموصلية الممتازة، الليونة، الانعكاس، التوافق الحيوي وخصائص الاستقرار"، مما يجعلها عنصر أساسي في التطور التكنولوجي التيار.

يحدث هذا في الإلكترونيات، في الحفز الكيميائي، فيصناعة الطيران وتكنولوجيا النانو في الطب والتكنولوجيا الحيوية.

الذهب يتزايد الطلب عليه لهذه التطبيقات، ونظرا لأنه طاقة غير متجددة، أصبح من الضروري أكثر من أي وقت مضى تحديد استراتيجية تسمح لنا باستعادة المعدن الثمين من النفايات، بدءًا من النفايات الإلكترونية ومياه الصرف الصناعي.

أول بطارية قابلة لإعادة الشحن و... صالحة للأكل في العالم
Swiss Ecowork Space لإعادة تدوير النفايات الإلكترونية
الحليب وفيتامين د وهشاشة العظام: ما هو الرابط الخفي؟

الإسفنج الليفي البروتيني مع أيونات الذهب المكشوفة: أثبتت الطريقة الجديدة أنها اقتصادية للغاية ومستدامة بنفس القدر (الصورة: Peydayesh M et al. Advanced Materials 2024)

كتلة صلبة من الذهب عيار 22 قيراطًا من أجهزة الكمبيوتر القديمة

ونظرا للطلب المتزايد على الذهب للتطبيقات التكنولوجية، فقد تم بالفعل تطوير أساليب تسمح بذلك استخراجها من النفايات الإلكترونية، ولكن هذه الأنظمة غير فعالة وتتطلب موارد ضخمة وغالبًا ما تنطوي على استخدام مواد كيميائية شديدة السمية.

الذي طوره الباحثون في زيوريخ بوليتكنيك, بقيادة الأستاذ رافائيل ميزنجا، من قسم العلوم والتقنيات الصحية، طريقة مختلفة تمامًا، تستخدم إسفنجة من مجاميع البروتين الخيطية التي يتم الحصول عليها من مصل اللبن.

نظام مستدام مضاعف، الذي يثمن النفايات و المنتجات الثانوية لصناعة المواد الغذائية ويسمح لنا باستعادة مادة ثمينة للغاية وغير متجددة بطريقة أكثر اقتصادا وأمانًا.

لقد نجح الباحثون في إنجاز لا يمكن تصوره: البدء من 20 لوحة أم قديمة للكمبيوترتمكنوا من الحصول على كتلة صلبة من الذهب عيار 22 قيراطا تزن 450 مليجراما، وذلك باستغلال اسفنجة من ألياف البروتين مشتق من مصل اللبن (منتج ثانوي لصناعة الألبان (والذي يتزامن مع الجزء السائل من الحليب الذي ينفصل عن اللبن الرائب أثناء صناعة الجبن).

اكتشف فريق البروفيسور، الذي يعد من بين 0,1 بالمائة من العلماء الأكثر استشهادًا في العالم ("باحثو Clarivate 2023 الأكثر استشهادًا")، أن مجاميع البروتين الخيطية التي يتم الحصول عليها من مصل اللبن شديدة للغاية فعالة في استعادة الذهب من النفايات الإلكترونية.

علاوة على ذلك، فإن هذه الطريقة الجديدة مستدامة للغاية وهي بالتأكيد واعدة من أ وجهة نظر اقتصادية: كما تظهر حسابات أستاذ زيورخ، فإن تكاليف توفير المواد الأولية، مضافة إلى تكاليف الطاقة للعملية برمتها، هي 50 مرة أقل لقيمة الذهب القابل للاسترداد.

دراسة عن أوليفين، "أفضل صديق" للألماس
في سويسرا ، يعتبر نضج الجبن مبتكرًا أيضًا
عشرون فرنكاً سويسرياً من الفضة تكريماً للطاقة الشمسية

استخراج الذهب من النفايات بفضل الكيمياء: دراسة
العملية الكيميائية لاستعادة الذهب: تلتصق الأيونات بإسفنجة ألياف البروتين (الصورة: Peydayesh M et al. Advanced Materials, 2024/ETH Zurich)

من النفايات الإلكترونية إلى الذهب الخالص: آفاق مستقبلية واعدة

لصنع الاسفنج الليفي، محمد بيدايش وقام العلماء الآخرون من فريق رافاييل ميزنجا بتغيير طبيعة بروتين مصل اللبن بفضل المعالجة القائمة على الأحماض، بحيث يتم تجميعها في ألياف بروتينية نانوية في شكل هلام. ثم قاموا بتجفيف الهلام، وصنعوا الإسفنجة التي تم استخدامها لاستخراج الذهب من النفايات الإلكترونية.

المعادن المستردة من 20 لوحة أم أجهزة الكمبيوتر القديمة تم حلها في أ الحمام الحمضي الذي يؤين المعادن.

ثم أدخل العلماء إسفنجة ألياف البروتين في محلول الأيونات المعدنية، والتصقت أيونات الذهب بخيوط البروتين.

وأخيراً قاموا بتسخين الإسفنجة من أجل تحويل أيونات الذهب إلى رقائق، واستعادتها وصهرها لتصبح كتلة صلبة من الذهب.

النتيجة النهائية للتجربة هي كتلة صلبة تزن حوالي 450 ملليجرام مؤلفة ل 91 بالمئة من الذهب (في الذهب عيار 22 قيراطًا تبلغ نسبة الأجزاء 91,6 بالمائة).

والآن يريد العلماء مواصلة تطوير هذه التكنولوجيا: حيث يمكن استخدامها لاستخراج المعدن الثمين من مصادر أخرى، مثل النفايات الصناعية إنتاج الرقائق الدقيقة أو عمليات طلاء الذهب.

جانب آخر مثير للاهتمام للتحقيق فيه يتعلق بإمكانية إنتاج إسفنجات ليفية بروتينية بدءًا من غيرها من المنتجات الثانوية الغنية بالبروتين أو من مخلفات الصناعات الغذائية الأخرى.

"الحقيقة التي أحبها أكثر هي أننا نستخدم منتجًا ثانويًا لصناعة المواد الغذائية لصنع الذهب من النفايات الإلكترونية"، وأوضح رافائيل Mezzenga.

ويلاحظ الأستاذ أن هذه الطريقة تحول اثنين من النفايات إلى ذهب: “لا يمكنك الحصول على أكثر استدامة من هذا!".

الحبر من زيوت النفايات: الابتكار المستدام لشركة IsusChem
سيرك الابتكار لتمثيل مستقبل الاقتصاد
في أسرار Zwischgold ، المادة النانوية للعصور الوسطى

استخراج الذهب من النفايات بفضل الكيمياء: دراسة
صورة فنية تظهر بالتفصيل الإسفنج الليفي البروتيني المستخدم في التجربة (الصورة: محمد بيدايش/ETH زيورخ)