สกัด ‘ทองคำ’ จาก ‘ขยะอิเล็กทรอนิกส์’ ด้วย ‘แม่เหล็กโมเลกุล’ ไม่ต้องใช้ความร้อน-สารพิษ

ในปัจจุบัน “ขยะอิเล็กทรอนิกส์” (E-waste) เป็นหนึ่งขยะอันตรายที่เติบโตเร็วที่สุดในโลก โดยมีการคาดการณ์ว่าปริมาณขยะเหล่านี้จะพุ่งสูงถึง 93.5 ล้านตันภายในปี 2030 แต่กลับมีเพียงประมาณ 20% เท่านั้นที่ถูกนำไปรีไซเคิลด้วยวิธีการที่เหมาะสมต่อสิ่งแวดล้อม ส่วนที่เหลือมักจบลงที่หลุมฝังกลบหรือถูกจัดการอย่างไม่ถูกต้อง ซึ่งทำให้สารเคมีรั่วไหลเข้าสู่สิ่งแวดล้อม

ขยะอิเล็กทรอนิกส์แหล่งแร่ในเมือง

ขยะอิเล็กทรอนิกส์ ความเข้มข้นของโลหะมีค่าสูงกว่าแร่ที่ขุดจากเหมืองธรรมชาติหลายเท่าตัว และสามารถสกัดแร่โลหะมีค่าเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยเฉพาะ “แผ่นวงจรพิมพ์” สมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์มีทองคำผสมอยู่มากกว่าแร่ทองคำทั่วไปถึง 100 เท่า คาดว่าขยะอิเล็กทรอนิกส์หนึ่งตันอาจมีทองคำสูงถึง 300-400 กรัม ซึ่งคิดเป็นมูลค่าสูงกว่า 46,000 ดอลลาร์ อีกทั้งยังมีทองแดงมูลค่าประมาณ 2,000 ดอลลาร์ 

ด้วยมูลค่าสูงเช่นนี้ ทำให้นักวิจัยทั่วโลกต่างพัฒนาเทคโนโลยีการสกัดเอาแร่โลหะที่ซ่อนอยู่ในขยะอิเล็กทรอนิกส์ ออกมาใช้งานให้ได้มากที่สุด แต่กระบวนการถลุงด้วยความร้อนสูง (Pyrometallurgical Smelting) ซึ่งเป็นวิธีการสกัดที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 1,200 องศาเซลเซียส ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมหาศาล นอกจากนี้ยังก่อให้เกิดก๊าซพิษและมลพิษทางอากาศที่เป็นอันตรายต่อทั้งมนุษย์และระบบนิเวศ

เพื่อตอบโจทย์ความยั่งยืน มหาวิทยาลัยเอดินบะระ จึงได้พัฒนาเทคโนโลยีที่สะอาดกว่าเดิม โดยได้รับการสนับสนุนด้านการพาณิชย์จาก Edinburgh Innovations นวัตกรรมนี้มุ่งเน้นการใช้เคมีระดับโมเลกุลเพื่อแยกโลหะมีค่าออกมาอย่างจำเพาะเจาะจง

ศ.เจสัน เลิฟ ผู้นำทีมนักวิจัยกล่าวว่า “ขยะอิเล็กทรอนิกส์คือสายแร่ในเมืองเกรดสูง เป้าหมายของเราคือการออกแบบเคมีที่กู้คืนโลหะเหล่านั้นได้อย่างปลอดภัย โดยไม่มีต้นทุนด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อมจากการถลุง”

นวัตกรรมพลังแม่เหล็กโมเลกุล

เทคโนโลยีที่ทีมนักวิจัยมหาวิทยาลัยเอดินบะระคิดค้นมีชื่อว่า “การสกัดทองและทองแดงด้วยไดเอไมด์” หรือ GCDE (Gold Copper Diamide Extraction) โดยใช้หลักการ “โลหวิทยาสารละลาย”  (Hydrometallurgy) ที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งมีความปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า ด้วยการใช้ โมเลกุลสารอินทรีย์ขนาดเล็กที่สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ เพื่อดึงโลหะออกมาตามลำดับขั้นภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้สารพิษร้ายแรง เช่น ไซยาไนด์ หรือปรอท เหมือนกระบวนการสกัดแบบเดิม

ในขั้นตอนแรก จะใช้สารประกอบไดเอไมด์ ทำหน้าที่เป็น “แม่เหล็กโมเลกุล” ที่มีความสามารถในการเลือกจับกับไอออนของทองคำได้อย่างแม่นยำ สารนี้จะทำให้ทองคำตกตะกอนออกมาเป็นของแข็งสีเหลืองจากสารละลายกรด โดยไม่รบกวนโลหะชนิดอื่น เช่น เหล็ก หรือนิเกิล

เมื่อแยกทองคำออกไปแล้ว ขั้นตอนต่อมา จะใช้สาร 2,3-PDCA สารประกอบอินทรีย์ประเภทเฮเทอโรไซคลิก เพื่อสกัดทองแดงที่มีความบริสุทธิ์สูงออกมาจากสารละลายที่เหลืออยู่

การทำงานแบบแบ่งลำดับขั้นนี้ ช่วยลดการปนเปื้อนข้ามของโลหะ และทำให้ได้วัตถุดิบคุณภาพสูงพร้อมสำหรับการนำกลับไปผลิตใหม่ อีกทั้งยังช่วยนำสารเคมีกลับมาใช้ใหม่ได้ง่าย โดยที่ใช้ไม่ต้องใช้ต้นทุนสูงเหมือนวิธีเดิม ขณะเดียวกัน วิธีนี้ยังช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้มาก เมื่อเทียบกับการใช้เตาเผาอุณหภูมิสูงในโรงถลุงแร่

ศ.เลิฟ อธิบายถึงกลไกนี้ว่า “ไดเอไมด์ทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กโมเลกุลสำหรับทองคำ และเมื่อตามด้วยขั้นตอนสกัดทองแดง โลหะที่ได้จะมีความบริสุทธิ์สูง แถมยังส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำอีกด้วย”

การก้าวสู่ระดับอุตสาหกรรม

นวัตกรรมนี้ กำลังถูกนำไปใช้จริง หลังได้มีการทำข้อตกลงใบอนุญาตระดับโลกกับบริษัท Lithium Universe เพื่อนำเทคโนโลยี GCDE ไปขยายผลเชิงพาณิชย์และให้สิทธิ์การใช้งานแก่โรงงานรีไซเคิลทั่วโลก โดยบริษัทวางแผนที่จะบูรณาการกระบวนการนี้เข้ากับแผนกกู้คืนโลหะมีค่า เพื่อสร้างแพลตฟอร์มการรีไซเคิลที่ครอบคลุมทั้งทองคำ ทองแดง และเงิน 

อิกกี้ ตัน ประธานบริหารของ Lithium Universe กล่าวว่า “ความก้าวหน้าจากมหาวิทยาลัยเอดินบะระช่วยเสริมกลยุทธ์การขยายตัวของเรา การรวมการกู้คืนโลหะแบบเจาะจงเข้ากับการแปรรูปที่ยั่งยืนจะทำให้เราเป็นผู้นำในโซลูชันเศรษฐกิจหมุนเวียน”

การรีไซเคิลแบบสะอาดนี้ยังตอบโจทย์หลักการ “เศรษฐกิจหมุนเวียน” โดยการลดการทำเหมืองแร่ใหม่ หันมาใช้แนวคิดทำเหมืองแร่ในเมือง ช่วยปกป้องพื้นที่ธรรมชาติจากการขุดทำลายและลดการใช้ทรัพยากรน้ำและพลังงานในระยะยาว

ดร.ซูซาน โบดี จาก Edinburgh Innovations ให้ความเห็นว่า “ความร่วมมือนี้แสดงให้เห็นว่าเคมีพื้นฐานสามารถมอบโซลูชันที่นำไปใช้งานได้จริง และจะสร้างผลที่ดีต่อโลก”

นอกจากเทคโนโลยี GCDE จะช่วยแก้ปัญหาขยะอิเล็กทรอนิกส์ได้แล้ว ยังสร้างโอกาสทางเศรษฐกิจไปพร้อมกับการดูแลโลก ซึ่งอาจกลายเป็นมาตรฐานใหม่ของการจัดการขยะอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต

ที่มา: Discovery Alert, Happy Eco News, Investing News, Mining Technology