Вторичная ценность. Как технологии меняют переработку электроники

Демонтаж промышленных аккумуляторов на заводе Fraunhofer IPA в Штутгарте. Фото: kuka.com

За последние 10 лет объем электронных отходов в мире увеличился примерно на 20%. Основная причина — ускоренное развитие технологий и растущая доступность электроники. Большинство современных устройств содержат опасные вещества: свинец, ртуть, кадмий, поливинилхлорид и бромированные огнестойкие добавки. При неправильной утилизации эти вещества попадают в почву, воду и воздух, нанося вред окружающей среде.
Но электроника — это не только источник проблем, но и кладезь ценных материалов: золота, серебра, лития и редкоземельных элементов. Например, индий, используемый в производстве сенсорных экранов и солнечных панелей, становится всё более дефицитным из-за высокой стоимости добычи и ограниченных запасов. 
Однако бо́льшая часть электронных отходов утилизируется крайне неэффективно: устройства просто измельчают, что делает извлечение редких металлов практически невозможным. Но есть хорошая новость: современные технологии уже меняют ситуацию. Многие инновации находятся на стадии тестирования и внедрения. 
Законодательные инициативы также вносят свой вклад. Например, право на ремонт техники, уже действующее во многих странах, дает возможность продлевать срок службы устройств. Это помогает уменьшить объем отходов и сократить потребность в добыче новых ресурсов.

Разобрали по косточкам

С ростом популярности электромобилей увеличивается и количество аккумуляторов, которые исчерпали свой ресурс. В среднем они работают около 10 лет. В то же время сырье для их производства становится всё более дефицитным и дорогим.
Но пока перерабатывается лишь около 5% батарей, и на то есть веские причины. Во-первых, работа с такими системами требует высокой квалификации работников и длительного обучения. Во-вторых, процесс сопряжен с рисками для здоровья из-за высокого напряжения и выделения токсичных газов. В-третьих, ручная разборка занимает много времени и обходится дорого, а кто станет работать себе в убыток?
Чтобы справиться с этой проблемой, немецкая компания KUKA совместно с Институтом производственных технологий и автоматизации Fraunhofer в Штутгарте разработала промышленного робота. Благодаря сенсорам и сложным алгоритмам автомат аккуратно разбирает аккумуляторы разных типов и конструкций. Он работает с батареями весом до 300 кг — это стандартная масса аккумуляторов современных электромобилей.
Робот проходит тестирование на перерабатывающих заводах в Германии. Извлеченные им компоненты — литий, кобальт и никель — идут на переработку и производство новых батарей.

Разборка старых аккумуляторов вручную, во-первых, занимает много времени и потому дорогая, во-вторых, требует специальной квалификации, в-третьих, вредна для здоровья из-за высокого напряжения и опасных газов. Роботизированный демонтаж решает все эти проблемы. Фото: kuka.com 

Разработки подобных систем ведутся и в других странах. Например, робот Daisy от Apple специально создан для разборки старых моделей iPhone. В час он способен разобрать до 200 смартфонов, или 1,2 млн за год, извлекая редкоземельные материалы для повторного использования. 
В Китае, Японии и США также активно разрабатываются роботизированные системы для разборки аккумуляторов и гаджетов, но большинство из них пока на стадии тестирования.

Коррозия металла

Микроорганизмы способны растворять металлические соединения, чем привлекли внимание ученых. Такой процесс называется биовыщелачивание. Одним из лидеров в применении этой технологии стала новозеландская компания Mint Innovation. Из печатных плат, старых телефонов, компьютеров она научилась извлекать настоящие сокровища — золото, палладий и другие металлы.
Средний вес электронных компонентов в ноутбуке составляет около 400 г, а в настольном компьютере — до 2 кг. В биореактор помещаются только те части, которые содержат металлы, например печатные платы. А пластик, стекло и прочие материалы отправляются на переработку другими методами.
Внутри емкости миллиарды микроорганизмов действуют коллективно, как настоящая команда: они выделяют кислоты и ферменты, которые постепенно разрушают металлические соединения. Бактерии особенно ценны тем, что работают при низких температурах и давлении.

Робот Daisy может разбирать до 1,2 млн телефонов в год, помогая Apple извлекать больше ценных материалов для переработки. Фото: apple.com

Недавно компания запустила в Сиднее (Австралия) первый завод, специализирующийся на биопереработке печатных плат. Предприятие способно перерабатывать до 3,5 тыс. тонн электронных отходов в год. Извлеченные золото и палладий возвращаются в производство.
Технология биовыщелачивания привлекает внимание по всему миру. В Великобритании компания Bioscope Technologies разрабатывает биометоды для извлечения металлов из печатных плат. В Германии ученые изучают альтернативные подходы, включая молекулярные контейнеры из каликсаренов — органических соединений, способных связывать и изолировать определенные химические элементы, что упрощает извлечение редкоземельных материалов.

Пошли за грибами

Современную электронику часто изготавливают из материалов, которые трудно переработать. Ситуацию может изменить создание биоразлагаемых компонентов. Ученые из Университета Иоганна Кеплера в Австрии предложили необычное решение — использовать оболочку мицелия гриба трутовика (Ganoderma lucidum) в качестве основы для электронных чипов. Этот гриб растет у основания ослабленных и погибающих деревьев и встречается почти повсеместно.
Обычно электронные схемы размещаются на печатных платах из текстолита или других композитных материалов. Их переработка сложна из-за многослойной структуры, поэтому их часто отправляют на свалки. Особенно это касается плат с коротким сроком службы, которые используются в датчиках, электронных метках и носимых устройствах для мониторинга здоровья.
Ученые обнаружили, что трутовик для защиты от патогенов и других грибов образует плотную мицелиальную оболочку. Ее можно обработать и использовать вместо традиционных полимеров. Такая подложка обладает высокой прочностью, гибкостью и хорошей термостойкостью.
Исследователи уже создали несколько прототипов датчиков движения и влажности из этого материала. Для этого они прикрепили «относительно обычные электронные чипы» к подложке из грибного мицелия. Материал выдерживает температуру до 250°C, так что его можно использовать в большинстве электронных устройств.
В сухом состоянии такая подложка может служить долго, но при компостировании полностью разлагается за 2 недели. В отличие от других биоразлагаемых материалов, таких как бумага или шелк, ее производство требует меньше ресурсов. Для ее выращивания достаточно древесных отходов, а обработка не требует сложных процессов.

В ремонт, а не на свалку!

Проблема электронных отходов требует не только технологических, но и законодательных решений. Одной из ключевых инициатив стало право на ремонт. В Евросоюзе этот закон вступил в силу в 2021 году, обязывая производителей бытовой техники обеспечивать доступность запасных частей для своей продукции в течение нескольких лет (до 10 лет для отдельных устройств). В 2024 году правила расширили: теперь компании, выпускающие, например, холодильники и смартфоны, обязаны предлагать ремонт и запчасти по доступным ценам.

Пилотный промышленный измельчитель электроники от Apple призван помочь обычным переработчикам электроники извлекать больше ценных материалов. Лаборатория по восстановлению материалов в Остине, штат Техас. Фото: apple.com

Швеция пошла еще дальше, добавив экономические стимулы. Например, в стране действует программа налоговых вычетов на ремонт бытовой техники и электроники. Кроме того, Швеция снизила налог на добавленную стоимость с 25% до 12% для ремонтных услуг, стимулируя развитие этого сектора. Благодаря этому стоимость ремонта удалось снизить практически вдвое. В результате спрос на услуги вырос, а местная экономика получила стимул для развития: увеличилось число мастерских и рабочих мест.
Япония также активно решает проблему электронных отходов. В стране действует закон об утилизации бытовой электроники, обязывающий производителей принимать старые телевизоры, кондиционеры, стиральные машины и холодильники для переработки или правильной утилизации. 
Крупные компании, например Panasonic и Sony, предлагают услуги ремонта старой техники по доступным фиксированным тарифам. Государство поддерживает пользователей субсидиями на ремонт или частичной компенсацией стоимости замены старой техники на более энергоэффективные модели.