Polscy naukowcy opracowali innowacyjną metodę odzysku metali ziem rzadkich – z baterii „paluszków”

Spis treści:

1. Tania i ekologiczna technologia odzysku metali ziem rzadkich?
2. Dlaczego metale ziem rzadkich są tak ważne?
3. Europa w pułapce surowców krytycznych
4. Szansa inwestycyjna: rafineria w Puławach
5. Recykling REE: polska odpowiedź na globalny kryzys surowcowy

Zespół pod kierownictwem prof. Doroty Kołodyńskiej z Katedry Chemii Nieorganicznej UMCS opracował przełomową metodę odzyskiwania metali ziem rzadkich z niklowo-wodorkowych baterii (NiMH), powszechnie znanych jako paluszki (R3/AAA i R6/AA). Zużyte baterie, uznawane za elektrośmieci, kryją w sobie tzw. czarną masę. To osad bogaty w wartościowe pierwiastki, które są podstawą nowoczesnego przemysłu: od elektroniki, przez energetykę odnawialną, aż po zbrojenia.

Wśród odzyskiwanych metali znajdują się m.in. lantan, cer, neodym, nikiel, kobalt i cynk. To elementy niezbędne do produkcji magnesów trwałych, akumulatorów, silników elektrycznych i turbin wiatrowych. Technologia opracowana przez UMCS bazuje na bezpiecznych, biodegradowalnych czynnikach ekstrakcyjnych, co wyróżnia ją na tle standardowych metod opartych na toksycznych kwasach i rozpuszczalnikach organicznych.

Tania i ekologiczna technologia odzysku metali ziem rzadkich?

W tradycyjnych procesach ekstrakcji metali ziem rzadkich stosuje się silnie żrące kwasy – siarkowy, azotowy i chlorowodorowy. Choć są skuteczne, sprawiają też, że niebezpieczne odpady są trudne do utylizacji. Zespół prof. Kołodyńskiej wykorzystał natomiast kwas iminodibursztynowy (IDHA) – łagodny związek biodegradowalny, znany m.in. z zastosowań w rolnictwie i medycynie.

„Na podstawie wieloletnich badań doszliśmy do wniosku, że IDHA jest efektywnym i ekonomicznym czynnikiem umożliwiającym selektywny odzysk lantanowców oraz innych metali. To istotna zmiana w kierunku zrównoważonego przetwarzania surowców wtórnych” – wyjaśnia prof. Kołodyńska.

Ekstrakcja to jedno, ale równie ważne jest rozdzielenie poszczególnych metali. Do tego celu naukowcy z UMCS wykorzystują sorbenty – materiały porowate, które selektywnie wiążą określone jony metali. Zamiast kosztownych i energochłonnych materiałów przemysłowych, lubelscy chemicy sięgają po przyjazne środowisku biopolimery, takie jak chitozan (pochodna chityny), alginiany (z brunatnic) i biowęgiel. Materiały te nie tylko wykazują wysoką selektywność, ale są też łatwo dostępne i tanie. To znacząco obniża koszty operacyjne całego procesu.

Dlaczego metale ziem rzadkich są tak ważne?

Pierwiastki ziem rzadkich (ang. rare earth elements, REE) to grupa 17 pierwiastków chemicznych, w tym lantanowce, skand i itr. Mimo że nie są one tak rzadkie, jak sugeruje nazwa – niektóre występują w skorupie ziemskiej w ilościach porównywalnych do miedzi czy cynku – ich duże rozproszenie sprawia, że eksploatacja naturalnych złóż jest kosztowna i trudna technologicznie.

REE są niezastąpione w nowoczesnych technologiach. Znajdziemy je m.in. w:

• smartfonach i laptopach (np. cer i europ),
• samochodach elektrycznych (np. neodym i prazeodym),
• turbinach wiatrowych (magnesy neodymowe),
• urządzeniach wojskowych i kosmicznych.

Są wykorzystywane też do zabezpieczania banknotów i dokumentów tożsamości.

Europa w pułapce surowców krytycznych

Unia Europejska stoi dziś przed ogromnym wyzwaniem surowcowym. Zgodnie z danymi US Geological Survey, największe na świecie rezerwy metali ziem rzadkich mają Chiny, Wietnam, Brazylia i Rosja. Stary Kontynent nie posiada znaczących w skali globalnej złóż pierwotnych, jest więc w tym zakresie uzależniony od importu. Tymczasem według prognoz zapotrzebowanie na wysokiej czystości pierwiastki ziem rzadkich będzie wzrastało do 2050 roku o 10–15% rocznie.

Odpowiedzią na ten problem może być bardziej efektywny recykling i pozyskiwanie pierwiastków z odpadów elektronicznych, takich jak zużyte baterie, panele fotowoltaiczne czy turbiny wiatrowe. Prof. Kołodyńska wraz ze swoim zespołem pracuje już nad nowymi metodami odzysku REE właśnie z tych źródeł, w ramach międzynarodowego grantu z udziałem instytutów badawczych z Polski, Czech i Turcji.

Szansa inwestycyjna: rafineria w Puławach

Nowatorskie rozwiązania opracowane w Lublinie mogą znaleźć przemysłowe zastosowanie bliżej, niż się wydaje. Grupa Azoty oraz kanadyjska spółka Mkango Resources zapowiedziały budowę rafinerii metali ziem rzadkich w Puławach. Inwestycja, zaplanowana na lata 2027–2028, znajduje się na liście 47 projektów strategicznych Komisji Europejskiej, mających na celu zwiększenie suwerenności surowcowej UE.

Zespół prof. Kołodyńskiej widzi w tym projekcie ogromny potencjał – zarówno komercyjny, jak i naukowy. Rozważa opatentowanie technologii oraz poszukuje inwestorów zainteresowanych wdrożeniem jej na skalę przemysłową.

Recykling REE: polska odpowiedź na globalny kryzys surowcowy

Ekologiczna ekstrakcja metali ziem rzadkich z odpadów konsumenckich to nie tylko sposób na ograniczenie emisji i zmniejszenie presji na zasoby naturalne. To również strategiczne narzędzie uniezależniania się Europy od zewnętrznych dostawców surowców. Kto wie, być może już niedługo, dzięki pracy polskich naukowców, zużyta bateria z naszego pilota zyska drugie życie jako część silnika w elektrycznym aucie lub magnesu w turbinie wiatrowej?