Working with microbes to clean up electronic waste

Als je al het elektronisch afval dat jaarlijks wereldwijd wordt geproduceerd zou opstapelen, zou het evenveel wegen als alle commerciële vliegtuigen die ooit zijn geproduceerd, of 5.000 Eiffeltorens. Dit is een groeiende “tsunami” volgens de VN, en het wordt gevoed door alle telefoons, tablets en andere elektronische apparaten die elke dag worden weggegooid.

Van de 44,7 miljoen metrische tonnen elektronisch afval (vaak afgekort tot "e-afval") dat in 2017 wereldwijd werd geproduceerd, werd 90% naar stortplaatsen gestuurd, verbrand of illegaal verhandeld. Europa en de VS waren verantwoordelijk voor bijna de helft hiervan – de EU zal naar verwachting alleen al in 2020 12 miljoen ton produceren. Als er niets wordt gedaan om het probleem te bestrijden, zal de wereld naar verwachting jaarlijks meer dan 120 miljoen ton produceren tegen 2050.

Rijke landen in Europa en Noord-Amerika exporteren veel van hun elektronisch afval naar ontwikkelingslanden in Afrika en Azië. Veel hiervan komt uiteindelijk terecht op stortplaatsen, waar giftige metalen uitspoelen en in het grondwater en de voedselketen terechtkomen, wat een bedreiging vormt voor de menselijke gezondheid en het milieu.

Hoe intimiderend dit probleem ook lijkt, we werken aan een oplossing. Met behulp van een proces genaamd bio-uitloging winnen en recyclen we deze metalen uit e-afval met behulp van niet-giftige bacteriën.

Het kan je misschien verbazen om te horen dat die giftige metalen eigenlijk zeer waardevol zijn. Het is een bittere ironie dat de bergen e-afval die zich ophopen in de armste plaatsen ter wereld eigenlijk een fortuin bevatten. Er zitten edelmetalen in je telefoon en computer, en elk jaar wordt er voor US$21 miljard aan goud en zilver gebruikt om nieuwe elektronische apparaten te produceren. Van e-afval wordt gedacht dat het 7% van het wereldwijde goud bevat, en het zou kunnen worden gebruikt om nieuwe producten te maken als het veilig gerecycled zou kunnen worden.

Met een geschatte waarde van US$62,5 miljard per jaar, zijn de economische voordelen van het recyclen van e-afval duidelijk. En het zou helpen om het tekort aan nieuwe natuurlijke hulpbronnen die nodig zijn voor het vervaardigen van nieuwe producten, op te vangen. Sommige elementen op een printplaat – in feite de hersenen van een computer – zijn grondstoffen waarvan de voorraad gevaar loopt.

Andere elementen die in elektronica worden gevonden, worden beschouwd als enkele van de meest bedreigde van het periodiek systeem. Er bestaat een ernstige dreiging dat ze binnen de volgende eeuw uitgeput zullen raken. Met de huidige trends van natuurlijk hulpbronnengebruik zullen natuurlijke bronnen van platina over ongeveer 15 jaar uitgeput zijn en zilver over 20 jaar.

Maar het terugwinnen van deze materialen is moeilijker dan je misschien denkt.

Pyrometallurgie en hydrometallurgie zijn de huidige technologieën die worden gebruikt voor het extraheren en recyclen van metalen uit e-afval. Ze maken gebruik van hoge temperaturen en giftige chemicaliën, en zijn daarom uiterst schadelijk voor het milieu. Ze vereisen veel energie en produceren grote hoeveelheden giftig gas, wat meer vervuiling veroorzaakt en een grote CO₂-voetafdruk achterlaat.

Maar bio-uitloging bestond al als oplossing voor deze problemen sinds de tijd van het Romeinse Rijk. De moderne mijnbouwindustrie heeft er al tientallen jaren op vertrouwd, waarbij microben – voornamelijk bacteriën, maar ook sommige schimmels – worden gebruikt om metalen uit ertsen te winnen.

Micro-organismen modificeren het metaal chemisch, waardoor het vrijkomt uit het omringende gesteente en oplost in een microbiële soep, waaruit het metaal kan worden geïsoleerd en gezuiverd. Bio-uitloging vereist zeer weinig energie en heeft daardoor een kleine CO₂-voetafdruk. Er worden ook geen giftige chemicaliën gebruikt, waardoor het milieuvriendelijk en veilig is.

Ondanks hoe nuttig het is, is de toepassing van bio-uitloging op e-afval grotendeels een academische bezigheid gebleven. Maar onze onderzoeksgroep leidt de eerste industriële inspanning. In een recente studie rapporteerden we hoe wij erin slaagden koper te extraheren uit weggegooide computerprintplaten met behulp van deze methode en het te recyclen tot hoogwaardige folie.

Verschillende metalen hebben verschillende eigenschappen, dus moeten er voortdurend nieuwe methoden worden ontwikkeld. Het winnen van metalen door bio-uitloging, hoewel vrij van vervuiling, is ook langzamer dan de traditionele methoden. Gelukkig heeft genetische manipulatie al aangetoond dat we kunnen verbeteren hoe efficiënt deze microben kunnen worden gebruikt in groene recycling.

Na ons succes met het recyclen van metalen uit afgedankte computers, proberen wetenschappers andere soorten e-afval, waaronder elektrische batterijen. Maar het ontwikkelen van betere recyclingtechnieken is slechts één stukje van de puzzel. Voor een volledig circulaire economie zou recycling moeten beginnen bij fabrikanten en producenten. Het ontwerpen van apparaten die gemakkelijker te recyclen zijn en het aanpakken van de wegwerpcultuur die het groeiende probleem met onverschilligheid behandelt, zijn beide even essentieel om de komende tsunami te vertragen.

Geschreven door Sebastien Farnaud, Hoogleraar Bio-innovatie en Ondernemerschap, Coventry University. Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.