Egy lépésben vonná ki és tisztítaná meg a ritkaföldfémeket (angol nevükön rare earth elements, REE) egy természetben előforduló fehérje, a lanmodulin. Az amerikai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium (LLNL), a Pennsylvania Állami Egyetem (PSU) és az Idaho Nemzeti Laboratórium (INL) kutatói szerint ezzel megnyílt az út az elektronikai hulladékok fenntartható újrahasznosításához az Egyesült Államokban. 

Thomas Reason/LNLL

A 17 ritkaföldfémnek az elektronikai iparban van pótolhatatlan szerepe. Jóllehet a ritkaföldfémek nevükkel ellentétben nem mind ritkák, bányászatuk nem gazdaságos és környezetszennyező, ezért sok országban inkább nem végzik. Jelenleg a világ REE-kitermelésének több mint 60 százaléka Kínából származik (2019-es adat), de például tíz évvel ezelőtt még 90 százalék felett volt a kínai kitermelés aránya. Ez az egyenlőtlen kitermelés rendkívüli módon felhajthatja az árakat, és kockázatos piaci helyzetet eredményezhet, kiszolgáltatottá teszi a ritkaföldfémeket importáló országokat. 2019-ben a globális REE-kitermelés elérte a 213 ezer tonnát. Ehhez képes kutatók szerint csak Japánban a már nem használt elektronikai készülékekből legalább 300 ezer tonna REE volna kivonható. 

Látható, mennyire súlyosan környezetkárosító egy külszíni REE-bánya.
KÉP: Ecomerge/Edgy

Erre találtak most reménykeltő megoldást az amerikai kutatók. A lanmodulin nemcsak az elektronikai hulladékokból, hanem a bányászati melléktermékekből is képes "kienni" a ritkaföldfémeket. Ráadásul elviseli az iparágra jellemző körülményeket, mint a savas környezet, nagy hőmérséklet, más ionok fokozott jelenléte. 

A ritkaföldfémek létfontosságúak az amerikai versenyképességhez a megújulóenergia-szektorban, mert a high-tech gazdaság és a nemzetbiztonság eszközeinek gyártásához szükségesek, mint a számítástechnikai alkatrészek, nagyerejű mágnesek, szélturbinák mobiltelefonok, napelemek, szupervezetők, hibrid- és elektromos járművek akkumulátorai, LCD-kijelzők, éjjellátó szemüvegek és a mágnesesen hangolható miktorhullámú rezonátorok (pl. rádiókban, radarokban).  

NVSPROs

A ritkaföldfémeknek nemcsak a bányászatuk, hanem egyelőre az újrahasznosításuk (tehát kivonásuk és tisztításuk) is túlságosan bonyolult, energiaigényes és/vagy környezetszennyező. Ezért hatalmas jelentőségű egy olyan tiszta módszer kifejlesztése, mint a lanmodulin fehérje. A bizonyos baktériumok által termelt lanmodulin rendkívül stabil és vízben oldható vegyületeket hoz létre a ritkaföldfémekkel, míg más fémekkel nem lép reakcióba. Eddig ezt a folyamatot csak mesterségesen előállított molekulákkal (kelátorokkal) tudták előidézni. (A kelátorok erősen kapcsolódnak a fémionokhoz.)

LNLL

A lanmodulin az egyetlen ismert makrokelátor, amely természetes úton képződik, és visszafordíthatóan képes elkülöníteni az REE-ionokat. Az eddig ismert makromolekulák például a vasat vagy a kalciumot voltak képesek elkülöníteni. A lanmodulin jelentősége, hogy egyetlen lépésben képes a mennyiségi és szelektív REE-különválasztásra az elektronikai hulladékből és a szénbányászati melléktermékből is, amire az eddig alkalmazott kémiai fémkinyerő módszerek nem képesek. 

Az ENSZ Global E-waste Monitor 2020 jelentése szerint a világon 2019-ben rekordmennyisésű, 53,6 millió tonna elektronikai hulladék keletkezett, de ez 2030-ra 74 millió tonnára nőhet. A legtöbb, közel 25 millió tonna e-hulladékot Ázsia termelte (elsősorban Kína és Japán), Észak- és Dél-Amerika 13 millió tonnáért felelős, az Európai Unió 12 millió tonnáért. Miközben a fejlett országokban nagy mennyiségű elektronikai hulladék keletkezik - Európában fejenként 16 kg, Amerikában fejenként 13 kg -, Afrikában csak fejenként 2,5 kilogramm. Az éves e-hulladék értéke 62,5 milliárd dollár az ENSZ szerint. Az elektronikai hulladéknak csupán 17,4 százalékát gyűjtötték be és hasznosították újra 2019-ben.

Hiver't-Klokner Zsuzsanna

Miközben a San Diego Kalifornia Egyetem kutatói azon fáradoztak, hogy kereskedelmi forgalomba hozható lítium-fém-elemet (lithium metal battery, LMB) hozzanak létre, megalkottak egy ultrahang-kibocsátó eszközt, amelyről kiderült, hogy mindenféle elemhez lehet használni teljesítményfokozóként és töltésgyorsítóként. Az eszközt ráadásul egy meglévő okostelefon-alkatrészből fabrikálták. 

UC San Diego

Ultrahangra azért van szükség az LMB-hez, mert az anód és a katód közötti elektrolitáramlást serkenti. Ezzel megakadályozza, hogy töltés közben a lítiumfémből kristályképződmények, ún. dendritek csapódjanak ki, amelyek rontják az elem teljesítményét és rövidzárlatot okozhatnak.

Az eszközt meglévő olyan okostelefon-alkatrészből készítették, amelynek célja a vezetéknélküli jelek szűrése, a hívások és adatok azonosítása és szűrése. A kutatók épp ellentétes módon, nem szűrésre, hanem extrém magas, 100 millió és 10 milliárd hertz közötti frekvenciájú hanghullámok kibocsátására használták, amelyekkel beindították az elemben az elektrolitáramlást.

UC San Diego

Az eddigi LMB-telepek nem voltak használhatók elektromos eszközök áramellátására, mert az élettartamuk túl rövid. Az új, ultrahangos LMB-energiaforrások azonban már a mai legjobb lítium-ion elemek teljesítményének kétszeresét tudják. Így például egy ugyanolyan tömegű lítium-fém-akkumulátorral kétszer nagyobb távolságot tudna megtenni egy elektromos autó.

Az ultrahangos eszközzel felturbózott lítium-fém-elem már 250 töltési ciklust kibír, míg az ultrahangos lítium-ion-elem több mint 2000 ciklust. Az elemeket minden alkalommal 10 perc alatt lehetett 0-ról 100 százalékra feltölteni.

UC San Diego

A tanulmány az Advanced Materials folyóiratban jelent meg, ide kattintva olvasható angol nyelven.
An Huang, Haodong Liu, Ofer Manor, Ping Liu, James Friend: Enabling Rapid Charging Lithium Metal Batteries via Surface Acoustic Wave‐Driven Electrolyte Flow

Hiver't-Klokner Zsuzsanna
 

Felejtse el, amit eddig gondolt a jövőről! A világ olajkitermelése húsz év múlva tetőzik, és ez azért is gond, mert a kőolajkészletek apadása miatt nem lesz elegendő műanyag. A minden területen tömegesen alkalmazott polimerek híján vissza kell térnünk dédszüleink életstílusához?

Legkésőbb 2030-ban a világ kőolaj-kitermelése eléri a maximumát, és onnantól kezdődik a lejtmenet, olvasható a brit Energiakutató Központ (UKERC) októberi jelentésében, amely a kőolajkészletek nagyságával foglalkozó, mértékadó kutatások eredményeit összegzi. "Hogy mikor fogy el a kőolaj? Vizsgálatunk szerint alig tizenöt-húsz évnyi különbség van a legpesszimistább és legoptimistább becslések között" – mondta Steve Sorell, az UKERC-jelentés vezető szerzője, a Sussexi Egyetem munkatársa. A Föld becsült kőolajtartalékainak negyedét birtokló Szaúd-Arábia bizonyosan készül a kőolaj utáni korszakra: atomenergetikai fejlesztéseken dolgozik, és a sivatagi királyság tizenhat nukleáris erőművet készül beindítani – szintén 2030-tól. (A szövegben dőlt betűvel szedett részek a fantázia szüleményei.)

Hogyan fest a műanyagok nélküli jövő? Csatos üveggel megyünk majd vásárolni, nemcsak a joghurtot és az üdítőt mérik ilyesmibe, hanem az olajat, a sampont, a mosogatószert is. (A nehéz göngyölegek miatt megfontolandó egy kordé beszerzése a bevásárlókosár helyett.) Védőgázas csomagolás híján a felvágottat és sajtot zsírpapírba tekeri a hentes, a család karácsonyi ajándékul egy tekercs folpackot kap a rokonoktól: „Osszátok be jövő évig!”.

Az igazán gazdagok konyhájában PVC borítja a padlót, és a szomszédokat azzal hergelik, hogy a kutyát műanyag tálkából etetik. A falat ismét papírtapéta borítja, a szórakoztató és háztartási elektronikai termékek (laptoptól a hajszárítóig) háza bambuszból készül, a színezés extra opció lesz, mivel az akrilfestékek ára az egekbe szökik. Az allergiások vajmi kevéssé fognak örülni a tollpaplannak, a nők az egyedül elérhető pamutharisnyának.

Nem lesz mibe csomagolni

A kis szemtanú című film hitelesen mutatta be az Egyesült Államokban máig 18. századi módon élő amisok mindennapjait. Géperejű vagy elektromos eszközt nem használnak, a vizet kútból húzzák, ruháikat maguk varrják. Az egyre dráguló és fogyó kőolaj miatt a 21. század második felében, ha nem is tűnik el az élet minden területérő a műanyag, az átlagember számára megfizethetetlenné válik. Ugyanis kőolaj szükséges a polisztirén, a polivinil-klorid, a nylon, a műgumi vagy a legelső valódi műanyag, a bakelit előállításához is.

„Rengeteg kémiai szintézishez a kőolajból és a földgázból nyerünk olcsó alapanyagokat, így a gyógyszerek, a színezékek és egyéb fontos anyagok előállítása is veszélybe kerül” - sorolja a következményeket az [origo] kérdésére dr. Inzelt György elektrokémikus professzor, az ELTE Kémiai Intézet Elektrokémiai és Elektroanalitikai Laboratóriumának Széchenyi-díjas vezetője, aki üzemanyagcellákkal és hidrogénhajtású autók fejlesztésével is foglalkozik.

Nehéz lesz minden csomagolóanyagot fémből, üvegből, papírból vagy fából előállítani

Olcsó műanyagok nélkül a személygépkocsik tömege 200-300 kilogrammal több lesz, ami száz kilométerenként legalább fél literes, a jármű 150 ezer kilométeres életciklusa során összesen 750 literes pluszfogyasztást eredményez – a jóval drágább üzemanyagból. Mivel egy átlagos autóban legalább ezer alkatrész tartalmaz valamilyen arányban műanyagokat, az egész szerkezetet újra kell tervezni.

Padlóra kerül az 50 százalékos műanyag-felhasználási aránnyal bíró orvosi technológia is: a szegényebb országoknak le kell mondaniuk az egyszer használatos eszközökről, például a fecskendőkről - derül ki a Műanyagipari Szemle című folyóirat egyik cikkéből. Ugyanez fenyegeti az élelmiszeripart, illetve a háztartási vegyszereket előállítását is: korszerű csomagolóanyagok nélkül elképzelhetetlen bármely termék higiénikus és praktikus szállítása. Az építőipar is megszenvedi a műanyaghiányt, aranyárban mérik majd a nagy hatásfokú, polimeralapú szigetelő-, ragasztó- és burkolóanyagokat, de a kábeleket, a csöveket és nyílászárókat is.

Nyersanyagok hétmilliárd földlakónak

Talán a gyerekek fogják leginkább érezni a könnyű, olcsó és strapabíró műanyagtermékek megritkulását. Visszatér a textilpelenka-korszak, eltűnnek a mese-DVD-k és a műanyagjátékok (az építőkockától a felfújható strandlabdáig), a vonalzó megint fából lesz, a táska bőrből, az iskolában ismét köpenyt kell viselni, hogy kevésbé koszolódjon a műszálasnál körülményesebben tisztítható pamut, gyapjú és vászon gyerekruha.

„Nem gondolom, hogy a műanyag előállításának megnehezülésével visszatérnénk egy korábbi világba. Inkább azt, hogy - ha addig önként nem tennénk - kényszerből végre továbblépünk az erőforrás-pocsékoló huszadik századból a huszonegyedikbe” - mondja Szabó Gyula, az Ökoszolgálat Alapítvány igazgatója. Vissza már csak azért sem léphetünk, mert ez nem ugyanaz a folyó. „Minden más lett. A Föld népessége immár meghaladja a hétmilliárdot, és ebből adódóan a természeti erőforrások használata döbbenetes mértékűre emelkedett” - teszi hozzá a szakértő.

Szabó Gyula szerint puszta helyettesítéssel nem kezelhető a műanyagprobléma, hiszen ha ilyen mennyiségben akarnánk a jelenleg műanyagból gyártott termékeket más anyagból előállítani, akkor egész egyszerűen nincs ennyi nyersanyag a Földön. Hétmilliárd embernek kellene csatos üveg? Még ha volna is ennyi homok, nátrium-karbonát, kálium-karbonát, földpát és mészkő, nem rendelkezünk ekkora mennyiség legyártásához szükséges energiával. (Részleges megoldással az újrahasznosítás szolgál, mert a törtüveg akár 90 százalékban is az üveggyártás alapanyaga, és kevesebb energia is elég a megolvasztásához.)

Új szemlélet, új anyagok

A jelenkori jövőkutatók azzal riogatnak: közel az idő, amikor az emberiség belefullad a műanyaghulladékba. Nem kis mennyiségről beszélnek: az 1950-es években világszerte ötmillió tonna műanyagot gyártottak, ma ez 100 millió tonnára rúg évente, vagyis hússzorosára nőtt ötven év alatt. Egyes szakértők egymilliárd tonnára becsülik a jelenleg kallódó műanyag mennyiségét. De biztos, hogy belefulladunk? Ha a műanyag értékes másodnyersanyag lesz, még az is bekövetkezhet, hogy nyoma vész a Nagy Csendes-óceáni Szemétszigetnek - kihalásszák ugyanis a műanyagvadászok.

A szemétlerakók átfésülése prémiumfeladatnak számít, a műanyag-hulladékkal való nyerészkedés mind gyakoribbá válik. Az iskolákban kötelező lesz az újrahasznosítási és takarékossági ismeretek oktatása. Olyan szakmák válnak keresetté, mint a kefekötő, a kovács, a drótostót, a kosárfonó, a cipész vagy a cirokseprű-készítő.

„Azt a fajta logikát kell újra elsajátítanunk, ami elődeinkre jellemző volt - az erőforrások hatékony kiaknázását, a tárgyak élettartamának teljes kihasználását, a takarékosságot. Hogy miképpen lehet növelni a tárgyak tartósságát, és megjavítani az elromlott dolgokat” - mondja Szabó Gyula. Úgy véli, a megoldást a totális szemléletváltás és a technikai fejlődés együtt hozhatja. A múlt eredményei alapozzák meg a jövő szemléletmódját, amelynek elterjedését ösztönzi a fenyegető erőforráshiány tudatosítása: „Saját bőrünkön fogjuk érezni, hogy a több nem feltétlenül jobb. Az új pedig nem feltétlenül jelent majd fejlődést, előrelépést.”

Mivel lehet helyettesíteni a műanyagot?

Az üveggyártás az energiaigénye miatt költséges, a fa pedig a fenntartható erdőgazdálkodás okán. A világ jelenleg ismert szárazföldi fémkészleteinek zöme húsz év múlva kimerül a francia tengerbiológiai kutató intézet, az IFEMER szerint.

„A jelenlegi mesterséges polimerek helyettesítésére az egyik lehetőség valóban az, hogy visszatérünk a természetes polimerekre, mint amilyen a cellulóz, a fehérjék és hasonlók, illetve ezek módosított változataira, amilyen a viszkóz is. Létrehozhatók szilikonalapú polimerek is – mondja Inzelt György. – Nem lesz egyszerű azonban ugyanolyan kedvező tulajdonságokkal rendelkező műanyagokat létrehozni, már ami például az alakíthatóságot, a mechanikai és kémiai stabilitást illeti. Bíznunk kell az emberi találékonyságban”. Több éve létezik már gabonából előállított bio-műanyag, van már cukros vízből készült polimer, és gombás biohab is pótolhatja az utóbbi évtizedekben megszokott csomagolóanyagokat.

Részleges megoldás az újrahasznosítás felfuttatása. Magyarországon a háztartási hulladék – közte a műanyagcsomagolás, PET-palack stb. – háromnegyede újrahasznosítás nélkül szemétlerakókba kerül 2009-es adatok szerint. Az ismét felhasznált hulladék aránya 13 százalék. Kilogrammokban számolva mindez a következőképp néz ki. Egy magyarországi lakosra 430 kg kommunális szemét jutott 2009-ben, ebből 427 kg-ot kezeltek. A kezelt szemétből mindössze 55,5 kg-ot hasznosítanak újra az Európai Unió statisztikai hivatalának összegzése szerint. Az ÖKO-Pannon Kht. szintén 2009-es felmérése szerint a mindennapokban a megkérdezettek 52 százaléka gyűjti anyaga szerint szelektálva a hulladékokat. A szelektív gyűjtésben résztvevők leginkább műanyag (81%), papír (74%) és üveg (58%) hulladékokat válogatnak. Az újrahasznosító üzemekbe eljutó műanyagot aprítják, vegyszeresen megtisztítják, majd granulálják, így állítva elő a műanyaggyártás félkész alapanyagát.

Szabó Gyula szerint a technikai fejlődés abba az irányba megy, hogy az emberek egyre inkább olyan új anyagokat állítanak elő és használnak, amelyeket teljes életciklusra terveznek. Vagyis a tervezés során bekalkulálják, hogy a kellően hosszú idejű használat után az illető anyagot hogyan lehet majd újra- és újrafelhasznál, anélkül, hogy hulladék keletkezne belőle. „Nagy kérdés persze, hogy a jelenlegi, rövid távon profitorientált üzleti logika mit kezd ezzel” - mondja az Ökoszolgálat vezetője.

Önnek melyik műanyag fog leginkább hiányozni?

Hiver't-Klokner Zsuzsanna

Fokozatosan Budapest összes kerületében együtt gyűjti a műanyag- és fémhulladékot a  Fővárosi Közterület-fenntartó Zrt. június 9-től. A szelektív hulladékgyűjtő szigeteken továbbra is megmarad az öt darab hulladékgyűjtő tartály - annyi a változás, hogy a sárga színű műanyag- és a szürke színű fémkonténerbe egyaránt be lehet dobni a műanyag- és a fémhulladékot. A kétféle hulladékot az ürítést követően különválogatják és újrahasznosítják. Az FKF Zrt. ezzel az intézkedéssel azt szeretné elérni, hogy ne borítsák fel a tartályokat a visszaváltható alumíniumdobozok megszerzése érdekében, és – ahogy a cég közleménye fogalmaz – „ezáltal nagyobb tisztaság és nyugalom uralkodjék a fővárosban”.

Ez azt ábrát helyezi ki a gyűjtőszigeteken a FKF

Kísérleti jelleggel a X. és XXI. kerületben már 2011 januárjától már együtt gyűjti a fémet a cég. A megoldás sikeres volt – közölte a vállalat. Az új begyűjtési rendszer azért vált szükségessé, mert az utóbbi időben egyre több lakossági panasz érkezett az FKF Zrt.-hez arról, miszerint sokan felborítják a fémhulladék-gyűjtő tartályokat, hogy összegyűjtsék a visszaváltható alumíniumdobozokat.

Az együttgyűjtés azért megoldás, mert a műanyagot a hulladékszállító járművek naponta szállítják el, ezért nagymértékben csökken az esély arra, hogy felborítsák a konténereket. A fémet korábban kéthetente szállították el. Az intézkedés további előnye a vállalat szerint az, hogy a műanyag- és a fémhulladék együttgyűjtésére két konténer áll rendelkezésre, ezáltal jelentősen csökken a túltelített tartályok száma.

A tartályokat a költséghatékonyság miatt nem cserélik ki. A változásról a konténerekre kihelyezett figyelemfelhívó táblák tájékoztatnak, és jelzik, hogy pontosan hova lehet bedobni a fém- és műanyaghulladékot. Az FKF az újrahasznosítást évek óta a közbeszerzési eljárások során kiválasztott partnercégével valósítja meg. A konténerek tartalmát a kukásautó a partner telephelyére szállítja, ahol a dolgozók a szalagra helyezett fém- és műanyaghulladékból kiválogatják az előbbit kiválogatják és külön helyen gyűjtik. A cél az, hogy a szelektált hulladék másodnyersanyagként visszakerüljön az ipari termelésbe.

A FKF számít a lakosság véleményére, benyomásaira és tapasztalataira. A cég kék számon itt hívható: 06-40-353-353 (FKF-FKF), e-mail: fkfzrt@fkf.hu, levélcím: 1439 Budapest, Pf. 637.

Egy friss brazil tanulmány szerint a banánhéjat víztisztításra is lehetne használni ott, ahol az ivóvíz nehézfémekkel, például rézzel vagy ólommal szennyezett. A Sao Paulo-i egyetemhez tartozó kutatóintézet munkatársai azt mondják, a banánhéj az eddig használt módszereknél - alumínium-oxid, cellulóz vagy szilikon - sokkal hatásosabb, ezeknek ugyanis mérgező mellékhatásai is lehetnek, ráadásul drágák is. A banánhéjhoz képest legalábbis mindenképp.

A csapat módszere egy korábbi kutatás eredményeire alapul, mely megállapította, hogy egyes növényrészek, mint például az alma és a cukornád fel nem használt részei, a kókuszrost vagy a mogyoró héja felszívják a méreganyagokat a vízből. Ezek a természetes anyagok olyan vegyületeket tartalmaznak ugyanis, melyek egyszerűen vonzzák a fémeket.

Gustavo Rocha de Castro, a brazil kutatócsoport vezetője állítólag először banánevés közben gondolkozott el azon, talán lehetne valami hasznosat is kezdeni a szemétbe dobott héjakkal. Kollegáival együtt egy héten keresztül szárították a feldarabolt banánhéjakat a napon, majd próbaképpen először olyan folyóvízbe áztatták őket, amelyről pontosan tudták, milyen koncentrációban szennyezett rézzel és ólommal. A banánhéjak mindössze egy óra alatt felszívták a nehézfémek 97 százalékát. A héjakat ezután laboratóriumban is tesztelték, és ott is tökéletesen működtek.

Bár csak rézzel és ólommal próbálkoztak, a kutatók szerint a banánhéjas módszernek kadmium, nikkel és cink esetében is működnie kell. Arra azonban figyelmeztetnek, hogy ez a fajta szűrés sokkal inkább ipari célokra való, mint otthoni víztisztításra, mivel a banánhéjak kapacitása a nehézfémek részecskéinek nagyságától függ, ezt pedig igen bonyolult mérni. Az eredmények alapján már más szakemberek is elismerték, gyors és olcsó alternatívának nevezték a banánhéj-eljárást az eddig használt hagyományos módszerekhez képest.

A tanulmányt február 16-án az Industrial & Engineering Chemistry Research című folyóiratban publikálták. A huszadik század eleje óta létező amerikai tudományos folyóirat manapság kéthavonta jelenik meg az American Chemical Society, azaz az amerikai vegyésztársaság gondozásában.