Elektroniikkaromusta arvometalleja

Kuva: Ari Väisänen kertoo, että Jyväskylän yliopiston kemian laitos tutkii myös aineiden esiintymistä nanopartikkelien mittakaavassa. Työssä auttaa uusi massaspektrometrilaite.

24.2.2017

Suomalaiset kehittävät sähkö- ja elektroniikkaromun käsittelyyn konttikokoista liuotuslaitosta, joka voisi ratkaista sähköromun nykykäsittelystä aiheutuvia ympäristöhaittoja ympäri maailmaa. Talteen saataisiin jalometalleja ja harvinaisia maametalleja, joita globaali vihreä teknologia kipeästi tarvitsee.

Elina Saarinen

Sähkö- ja elektroniikkaromussa (SER) on niin paljon jalometalleja ja harvinaisia maametalleja, että niiden talteenoton taitava laitos päihittäisi kaivoksetkin. Ongelmana on, että nykymenetelmin varsinkaan harvinaisia maametalleja ei oteta romusta talteen. Valtavat määrät arvokkaita uusioraaka-aineita heitetään hukkaan: Vuosittain käytöstä poistuu globaalisti jo 50 miljoonaa tonnia laitteita, ja tahti kiihtyy.

Nykymeno tuhlaa ja pilaa

EU on pitkään ollut huolissaan Euroopan omavaraisuudesta ja täkäläisen teollisuuden huoltovarmuudesta, sillä Kiina hallitsee harvinaisten maametallien lähteitä. Siitä huolimatta arvokkaita uusioraaka-aineita sisältävää laiteromua virtaa jatkuvasti sekä EU:sta että Yhdysvalloista kehitysmaihin ja Kiinaan, missä sen erottelu ja käsittely aiheuttaa mittavia ympäristö- ja terveysongelmia.

Suomenkin SER-virrasta jopa puolet katoaa virallisten keräysjärjestelmien ulottumattomiin. Asianmukaisesti käsitellystä elektroniikkalaitevirrasta otetaan muun muassa isoissa kuparisulatoissa talteen lähinnä kultaa, palladiumia, hopeaa ja kuparia.

”Mekaanisella käsittelyllä ei saada kiinni harvinaisia maametalleja. Määrät ovat komponenteissa niin pienet, että ne pitäisi irrottaa kemiallisesti”, Teknologiateollisuus ry:n asiantuntija, valmiuspäällikkö Peter Malmström tiivistää.

Suomalaiskonsortio aikookin nyt kehittää jalometallien ja harvinaisten maametallien talteenottoon pystyvän, konttikokoisen laitoksen, joka perustuu Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen ja Jyväskylän Energia Oy:n patentoimiin hydrometallurgisiin menetelmiin. WEEEFiner-hanke hanke pääsi mukaan Sitran kiertotalouden tiekartta -listaukseen viime syksynä.

Kaivostakin paremmat esiintymät

Kaikki alkoi kuutisen vuotta sitten, kun Jyväskylän yliopisto alkoi tutkia Jyväskylän Energian kanssa turpeenpoltossa syntyvää lentotuhkaa. Selvisi, että tuhka sisältää pieniä määriä jalometalleja ja myös harvinaisia maametalleja. Tutkimustuloksista syntyi muun muassa patentoitu kaksivaiheinen uuttomenetelmä ja kaksi väitöskirjaa: Siiri Perämäki väitteli harvinaisten maametallien talteenotosta ja Ville Soikkeli jalometallien talteenotosta. (Kts. Uusiouutisten juttu aiheesta.)

Puolitoista vuotta sitten Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen tutkijat keskustelivat Teknologiateollisuuden asiantuntijoiden kanssa. Huomattiin, että menetelmiä voisi soveltaa myös arvometallien talteenottoon sähkö- ja elektroniikkaromusta.

Kun tutkijat analysoivat tietokoneiden, kännyköiden ja älyteknologialaitteiden elektroniikkakomponenttijätettä, he huomasivat, että romu sisältää tuhkaakin enemmän jalometalleja ja harvinaisia maametalleja – ja moninkertaisesti normaaleihin kaivosesiintymiin verrattuna.

Varsinkin piirikorttimurska ja magneetit ovat kuin kultakaivoksia, tai tässä tapauksessa vieläkin arvokkaampaa: harvinaisten maametallien kaivoksia.

”Piiri- ja kovalevymurskessa voi olla harvinaisia maametalleja jopa 600-750 milligrammaa kilossa. Hopeaa voi olla kaksinkertainen määrä. Magneeteissa neodyymiä voi olla jopa 25% ja arvokasta terbiumiakin löytyy”, Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen yliopistonlehtori Ari Väisänen kertoo tuloksista.

Hän uskoo, että yrityspuolen laitteiden ja tablettien pitoisuudet ovat vieläkin paremmat kuin nyt tutkitun, kotitalouksista kerätyn SE-romun.

Kolmiulotteisuudesta apua

Jyväskylän yliopiston kemian laitos, Teknologiateollisuus ja sähkö- ja elektroniikkaromun tuottajavastuuta hoitava Elker Oy ovat nyt aloittaneet laboratoriomittakaavan kokeet, joissa testataan tuhkatutkimuksessa luotuja menetelmiä sähkö- ja elektroniikkaromuun.

Kierrätysoperaattorit ovat toimittaneet analyyseihin muun muassa piirilevymurskaa. Kemian laitos kokeilee käsittelymenetelmien yhdistelmiä.

Väisäsen mukaan WEEEFiner-laitokseen syötettävä piiri- ja kovalevy- sekä magneettimurska ensin joko liuotetaan mineraalihapoilla tai poltetaan tuhkaksi, jonka käsittely on kemian laitoksen väelle jo tuttua. Kaksivaiheisessa happoliuotuksessa saadaan jaoteltua metalleja niiden liukoisuuden perusteella. Neste-neste-uutolla metallit konsentroidaan. Erottelussa voidaan käyttää saostusta kahden tai kolmen metallin seoksiksi tai tietyntyyppisiksi yhdisteiksi. Myös molekyylitason metallisiepparit voisivat toimia.

Tulevaisuudessa konttilaitoksen prosessi voi vielä tehostua, jos erottelu- ja saostusmenetelmiä voidaan korvata uusilla ionisieppareilla. Jyväskylän yliopiston kemian laitoksella on nimittäin käynnissä toinen kiertotalouteen liittyvä tutkimus, joka sai juuri Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön ja Jane ja Aatos Erkon säätiön Tulevaisuuden tekijät -rahoituksen. Kolmen työryhmän tutkijat kehittävät uusia 3D-tulostettavia materiaaleja. Materiaalit voi tulostaa 3D –teknologialla, jolloin ne toimivat kriittisiksi luokiteltujen metallien sieppareina.

”Ihannetapauksessa saisimme arvometallit talteen sellaisessa muodossa, että ne olisivat valmiita, kaupallisia yhdisteitä. Harvinaisilla maametalleilla ja niiden yhdisteillä on magneettisia ja optisia ominaisuuksia, joiden ansiosta niitä voisi käyttää vaikkapa suoraan sensoreina”, Väisänen visioi.

Käsittely kontissa romun luo

Tutkijat suunnittelevat prosessin skaalaamista demolaitoskokoon. Jos prosessi toimisi kontissa, siitä voisi syntyä Suomelle uusi vientituote. Olisi mullistava ajatus, että sähkö- ja elektroniikkaromun käsittely tapahtuisikin huoneen kokoisessa kontissa verrattuna nykyisiin, hehtaarien kokoisiin kuparisulattoihin.

”Maailmaa ei pelasta, että meillä on yksi iso laitos jossain, vaan käsittelylaitos pitäisi viedä sinne, mihin sähköromua kerääntyy ja käsitellä se paikan päällä”, Malmström sanoo.

Hän vertaa laitosta nykyajan myllyyn, jonne voitaisiin tuoda elektroniikkaromua ja saada takaisin uusioraaka-aineita tai rahaa.

Konsortioon etsitään nyt mukaan yhteistyöyrityksiä. Tarkempi budjetti, rahoitus ja yhteistyökumppanien kokoonpano vahvistuvat kevättalven aikana. Jotta ratkaisusta tulisi vientikelpoinen, käsittelyn on oltava taloudellisesti kannattavaa.

Kiinalle kampoihin

Harvinaisista maametalleista kierrätetään globaalisti nyt vain muutaman prosentin verran. Niiden kysyntä kasvaa kuitenkin vauhdilla, sillä niitä tarvitaan lähes kaikessa uusiutuvan energian ja energiatehokkuuden teknologiassa tuuli- ja aurinkovoimaloista sähköautoihin ja LED-valaistukseen.

Korkean teknologian teollisuuden kannalta tärkeimpiä ovat neodyymi, dysprosium, praseodyymi, terbium, samarium, yttrium, gadoliini ja europium.

Yhdysvallat on satsannut miljoonia dollareita ottaakseen maametalleja talteen kivihiilestä.

”Esimerkiksi dysprosiumin ja neodyymin tarve kasvaa, mikä tarkoittaa, että niiden maailmanmarkkinahinta voi pompata nopeasti”, toteaa Teknologiateollisuus ry:n asiantuntija Peter Malmström suomalaisteollisuuden huoltovarmuutta pohtien.

WEEEFinerin kaltaiset laitokset eivät ehkä heti ratkaisisi Euroopan raaka-ainetarvetta, mutta ne toimisivat kauppapoliittisena osoituksena siitä, että Eurooppa kehittää omia keinojaan materiaalihankintaan.

Väisänen kertoo, että kemian laitoksen tutkijat ovat jo saaneet uteliaita yhteydenottoja ympäri maailmaa.

[Taulukon lähde: JY/ kemian laitos] Taulukossa on esitetty yhden neodyymimagneetin harvinaisten maametallien pitoisuudet sekä arvo (USD / tonni) ja maailmanmarkkinahinta 31.12.2016.