Recovery of valuable materials from electronic waste
Authors: Καστανάκη Ελένη 
Published: December 2023

Λόγω της μεγάλης αύξησης του όγκου των ηλεκτρονικών αποβλήτων, η εκτίμηση των μελλοντικών ποσοτήτων αυτών των αποβλήτων καθώς και των βασικών μετάλλων που περιέχονται σε αυτά είναι πρωταρχικής σημασίας για τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής, τους παραγωγούς και τους κατασκευαστές, ώστε να προωθηθούν δράσεις και νομοθετικές ρυθμίσεις που σχετίζονται με τη βιώσιμη διαχείρισή τους. Προκειμένου να αντιμετωπιστεί η αυξανόμενη ζήτηση σε πρώτες ύλες, η ανακύκλωση των απορριπτόμενων συσκευών μπορεί να εξασφαλίσει τον δρόμο προς τη βιωσιμότητα. Για να αξιολογηθεί η σκοπιμότητα της αστικής εξόρυξης, πρέπει να απαντηθούν τρία ερωτήματα: Ποιες ποσότητες βασικών μετάλλων θα είναι δυνητικά διαθέσιμες σε απορριπτόμενες συσκευές στο μέλλον; Ποια θα είναι τα οικονομικά έσοδα από την ανακύκλωση και για ποια μέταλλα είναι οικονομικά βιώσιμη η διαδικασία; Πώς μπορούμε να βελτιώσουμε την αποτελεσματικότητα της ανακύκλωσης των διαφόρων βασικών μετάλλων; Η διδακτορική διατριβή εστιάζει στην εκτίμηση των μελλοντικών ποσοτήτων 4 κατηγοριών ηλεκτρονικών αποβλήτων: φορητών υπολογιστών και κινητών τηλέφωνων λόγω της ταχέως αυξανόμενης ροής αυτών των αποβλήτων, μπαταριών ιόντων λιθίου από ηλεκτρικά οχήματα, καθώς και φωτοβολταϊκών απόβλητων τα οποία είναι μελλοντικά ηλεκτρονικά απόβλητα. Τέλος, από αυτές τις τέσσερις κατηγορίες ηλεκτρονικών αποβλήτων επιλέχθηκαν τα φωτοβολταϊκά απόβλητα για την πειραματική ανάκτηση του Ag, που αν και βρίσκεται σε πολύ μικρές ποσότητες, θα προσφέρει σημαντικά οικονομικά έσοδα. Αρχικά πραγματοποιείται μια λεπτομερή εκτίμηση των μελλοντικών ποσοτήτων αποβλήτων λάπτοπ/τάμπλετ στην Ελλάδα λαμβάνοντας υπόψη διάφορες παραμέτρους και διευκρινίζοντας την επίδρασή τους στις εκτιμώμενες ποσότητες των ηλεκτρονικών αποβλήτων. Εκτιμάται η περιεκτικότητα σε πολύτιμα (PMs) και κρίσιμα μέταλλα (CRMs) σε αυτά τα ηλεκτρονικά απόβλητα, γεγονός που αποκαλύπτει ότι υπάρχουν μεγάλες δυνατότητες ανάκτησης πολύτιμων και κρίσιμων μετάλλων. Επιπλέον, υπολογίζονται οι ποσότητες των απορριμμάτων κινητών τηλεφώνων και των ενσωματωμένων βασικών μετάλλων τους (PMs και CRMs) στην Ελλάδα μέχρι το 2035 (2010-2035), διαχωρίζοντας τα τηλέφωνα σε παλαιού τύπου (feature phones) και smartphones. Υπολογίζονται οι ποσότητες κρίσιμων και πολύτιμων πρώτων υλών σε απόβλητα smart και feature phones στην Ελλάδα μέχρι το 2035, και συμπεραίνεται ότι η αποτελεσματική ανακύκλωση των απόβλητων τηλεφώνων (1995-2020) μπορεί να καλύψει τη ζήτηση βασικών μετάλλων για νέα smartphones στην Ελλάδα για περισσότερο από μια δεκαετία. Λαμβάνοντας υπόψη την ταχεία προώθηση των ηλεκτρικών οχημάτων (EV) στην Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ), μια νέα κατηγορία ηλεκτρονικών αποβλήτων αναδύεται, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (LIBs). Υπολογίστηκαν οι μελλοντικές ποσότητες αποβλήτων μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων (EV) στις χώρες της ΕΕ-27. Οι LIB απαιτούν σωστή διαχείριση μέσω επιχειρηματικών μοντέλων κυκλικής οικονομίας. Αυτά περιλαμβάνουν την ανακατασκευή, την επαναχρησιμοποίηση και την ανακύκλωση των LIBs για παράταση της διάρκειας ζωής τους προτού ανακτηθούν πολύτιμα υλικά. Η ανάλυση ροής υλικού με συνάρτηση κατανομής Weibull 3 παραμέτρων χρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση όλων των ροών απορριμμάτων LIBs και των ενσωματωμένων υλικών τους. Υπολογίζονται οι διαθέσιμες μπαταρίες λιθίου για ανακατασκευή (για χρήση σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα) και για επαναχρησιμοποίηση (σε άλλες εφαρμογές). Τα μέταλλα Li, Co, Ni και Cu που μπορούν να ανακτηθούν από τα απόβλητα LIBs υπολογίζονται λαμβάνοντας υπόψη την Οδηγίας της ΕΕ 2020 για τις μπαταρίες και τις αποδόσεις ανακύκλωσης των μετάλλων. Επιπλέον, υπολογίζονται οι μελλοντικές ποσότητες φωτοβολταϊκών (ΦΒ) αποβλήτων στις χώρες της ΕΕ-27 λαμβάνοντας υπόψη τους στόχους που έχει θέσει κάθε χώρα στο Εθνικό Σχέδιο Ενέργειας Κλίματος για την εγκατάσταση ηλιακών φωτοβολταϊκών συστημάτων. Η διατριβή απαντά στα ερωτήματα «πότε θα δημιουργηθούν μεγάλες ποσότητες απορριμμάτων ΦΒ πάνελ στις χώρες της ΕΕ και ποια θα είναι η σύνθεσή τους;» Επίσης, εκτιμάται ένα χρονοδιάγραμμα για την έναρξη μιας οικονομικά βιώσιμης βιομηχανίας ανακύκλωσης για τα απόβλητα ΦΒ πάνελ στην ΕΕ με βάση τα ετήσια απόβλητα ΦΒ που παράγονται σε κάθε χώρα.Τέλος, πραγματοποιούνται πειράματα στην ανακύκλωση φωτοβολταϊκών πάνελ με έμφαση στην ανάκτηση Ag. Στο παρελθόν, η έρευνα για την ανακύκλωση απορριμμάτων πάνελ είχε επικεντρωθεί στην ανάκτηση Si, γυαλιού και Al, αλλά πιο πρόσφατες μελέτες στοχεύουν επίσης στην ανάκτηση Ag, λόγω της υψηλής αξίας του. Η παρούσα διατριβή διερευνά την εκχύλιση Ag και Al από απόβλητα μονοκρυσταλλικών και πολυκρυσταλλικών φωτοβολταϊκών (PV) πάνελ πυριτίου, εστιάζοντας τόσο σε κυψέλες όσο και σε ημιαγωγούς, με υδροθερμική επεξεργασία χρησιμοποιώντας ήπια διαλύματα HNO3. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο χρόνος επεξεργασίας ήταν ο σημαντικότερος παράγοντας, ακολουθούμενος από την κανονικότητα του HNO3 και την αναλογία S/L, ενώ η θερμοκρασία διεργασίας (100-140 oC) δεν ήταν στατιστικά σημαντική. Η εκχύλιση του Al ήταν ικανοποιητική υπό τις υδροθερμικές συνθήκες. Υπό τις βέλτιστες υδροθερμικές συνθήκες, ο Ag μπορεί να εκχυλιστεί αποτελεσματικά (100%).