Onderzoekers van ETH Zürich hebben een snelle en efficiënte methode ontwikkeld om europium uit gebruikte fluorescentielampen terug te winnen. Ze gebruiken een verbinding van zwavel en wolfraam die als een ‘magneet’ voor het metaal werkt, waardoor het traditionele proces van meer dan 100 stappen wordt vereenvoudigd tot één enkele reactie.
- Nieuwe methode om europium uit elektronisch afval te extraheren.
- Eenvoudig, schoon proces zonder agressieve chemicaliën.
- Tot 50 keer efficiënter dan traditionele methoden.
- 80% minder uitstoot in vergelijking met mijnbouw.
- Technologie klaar om opgeschaald en lokaal toegepast te worden.
Een snelle en efficiënte manier om waardevolle materialen uit oude technologische apparaten te halen
Vergeten telefoons, versleten gloeilampen en andere elektronische apparaten stapelen zich overal ter wereld op. Niet alleen de hoeveelheid is zorgwekkend, maar ook de verborgen waarde die daarmee verloren gaat. Veel ervan bevatten zeldzame aardmetalen zoals europium, die essentieel zijn voor moderne technologie en vooral voor de energietransitie. In de Europese Unie wordt minder dan 1% van deze metalen jaarlijks gerecycled.
Ondertussen controleert China 90% van de wereldwijde markt voor verwerkte zeldzame aardmetalen, wat het een enorme strategische voorsprong geeft op de toeleveringsketens van schone technologieën.
EarthSnap: Zwitserse innovatie voor het terugwinnen van zeldzame aardmetalen
Recent onderzoek van ETH Zürich stelt een radicale verandering voor: een efficiënte, economische en milieuvriendelijke manier om europium terug te winnen uit elektronisch afval, met name uit afgedankte fluorescentielampen.
Deze innovatie, EarthSnap genaamd, maakt gebruik van een verbinding op basis van zwavel en wolfraam die de winning van europium vergemakkelijkt zonder dat daarvoor de gebruikelijke agressieve industriële processen nodig zijn.
Europium in oude gadgets: een onbekende schat
Chemicus Marie Perrin, doctoraal studente aan ETH Zürich, vond een directe manier om europium uit tl-lampen te isoleren, waarbij ze de meer dan 100 extractiestappen met oplosmiddelen verving door één enkele snelle en selectieve reactie.
In haar proeven slaagde het team erin om bijna al het europium in één keer terug te winnen, zonder dat het fosforzuurhoudende poeder uit de lampen moest worden geroosterd of met zuren moest worden uitgeloogd. Dit voorkomt niet alleen gevaarlijk afval, maar vereenvoudigt ook het proces aanzienlijk.
Om het potentieel te illustreren: het fosforzuurhoudende poeder van één lamp bevat tot 17 keer meer zeldzame aardmetalen dan het beste natuurlijke erts. Door het lokaal terug te winnen, zou dit afval worden omgezet in een waardevolle grondstof zonder afhankelijk te zijn van import.
Zwavelatomen schieten te hulp
De sleutel ligt in het gele poeder dat Perrin heeft ontwikkeld. Deze verbinding werkt als een “chemische magneet”: het verandert de lading van het europium door een elektronenoverdracht tussen de zwavelatomen, waardoor het metaal neerslaat en gemakkelijk kan worden gefilterd.
Het resultaat is een vast coördinatiepolymeer dat snel van de rest van het mengsel wordt gescheiden. Dit gebeurt allemaal bij omgevingslicht of milde warmte, zonder UV-lampen of giftige reagentia.
Met dit proces kunnen 50 keer meer europium worden verkregen dan met de huidige scheidingsmethoden, en dat alles onder eenvoudige en veilige laboratoriumomstandigheden.
Een kortere weg in een hindernisrace
Traditionele recycling van zeldzame aardmetalen omvat meer dan honderd stappen van vloeibare extractie, elk met een eigen verbruik van zuren, kerosine en elektriciteit. De methode van ETH Zürich vermijdt dit traject door europium te extraheren met een selectiviteit die 1000 keer hoger is dan die van andere metalen zoals yttrium.
Bovendien produceert het minder dan 5% secundair afval, gebruikt het een reagens dat kan worden teruggewonnen en hergebruikt en produceert het als enig bijproduct een kleine hoeveelheid oxalaat, dat veel beter te hanteren is.
Hierdoor schat het team dat de nieuwe methode de uitstoot van broeikasgassen met meer dan 80% vermindert in vergelijking met de traditionele winning van europium.
Elektronisch afval, lokale grondstof
Alleen al in Europa worden jaarlijks miljoenen fluorescentielampen weggegooid. Hoewel ze niet meer worden gebruikt, blijft hun gehalte aan met europium gedoteerd fosfor waardevol. In Zwitserland zou het huidige afval van lampen bijvoorbeeld voldoende zijn om de volledige nationale vraag naar europium te dekken, als het in het land zou worden teruggewonnen.
Dit zou de export van giftig afval en de afhankelijkheid van buitenlandse markten voorkomen en tegelijkertijd de kringloopeconomie stimuleren met in eigen land ontwikkelde technologie.
De context is urgent: in 2022 produceerde de wereld 62 miljoen ton elektronisch afval. Dat cijfer zal naar verwachting oplopen tot 82 miljoen in 2030. Door slechts een fractie van de waardevolle metalen die deze afvalstoffen bevatten te extraheren, zou de verwerking ervan op verantwoorde wijze kunnen worden gefinancierd en zou de druk op de mijnbouw kunnen worden verminderd.
Van het laboratorium naar de industrie:
Marie Perrin en Victor Mougel hebben al een spin-off genaamd REEcover opgericht om deze technologie op te schalen. Hun eerste doel is het ontwerpen van een compacte eenheid die gebruikte gloeilampen kan verwerken, maar ze zijn van plan de methode uit te breiden naar neodymium- en dysprosiummagneten, die worden gebruikt in windturbines en elektromotoren.
Na terugwinning van europium wordt dit omgezet in europiumoxide dat klaar is voor de productie van nieuwe fosfor of hightechmagneten. De zwavelverbinding wordt vrijwel zonder efficiëntieverlies gerecycled, wat in lijn is met de doelstellingen van de circulaire economie die de Europese Unie met nieuwe regelgeving nastreeft.
Uit tests blijkt dat het reagens na tien cycli zijn prestaties behoudt en dat de wolfraamresten door eenvoudige kristallisatie kunnen worden teruggewonnen, waardoor een bijna verliesvrije cyclus wordt gesloten.
Potentieel
Deze doorbraak biedt een realistische en reproduceerbare oplossing voor een van de grootste uitdagingen van het moderne recyclingproces. Als deze technologie met succes wordt uitgebreid, kan ze:
- De afhankelijkheid van landen die kritieke grondstoffen controleren, verminderen.
- Bestaande hulpbronnen, zoals elektronisch afval, benutten in plaats van nieuwe bronnen te blijven exploiteren.
- De milieu-impact van de technologiesector, vandaag een van de grootste indirecte vervuilers, verminderen.
- De oprichting van gedecentraliseerde recyclingplatforms vergemakkelijken, die op lokale of regionale schaal kunnen worden aangepast.
- Een culturele verandering bevorderen in de richting van hergebruik van strategische materialen.
Met dergelijke technologieën is het recyclen van zeldzame aardmetalen niet langer een dure utopie, maar wordt het een tastbaar instrument om te evolueren naar een rechtvaardiger, veerkrachtiger en evenwichtiger industrieel model.
