من نفايات الطعام والإلكترونيات إلى ذهب عيار 22.. ثورة في إعادة التدوير

نادرًا ما يدخل الخط الذهبي الرفيع الذي يقف وراء كل نقرة أو مسحة أو ضغطة على أجهزتنا الإلكترونية في محادثاتنا اليومية، ومع ذلك يحافظ هذا المعدن الثمين على استمرار الحياة الرقمية، قبل أن ينتهي به المطاف في مكبات النفايات المليئة بالنفايات الإلكترونية السامة.

من جهات الاتصال في مقابس الهواتف إلى الرقائق داخل الساعات الذكية، يحرّك الذهب الإلكترونات بسلاسة، ويقاوم التآكل بكفاءة. ولكن استخراج الذهب من الطبيعة يتسبب في تدمير الجبال، واستنزاف الأنهار، وانبعاث كميات هائلة من الكربون.

ومع تزايد الإقبال العالمي على الإلكترونيات، تحوّل الاهتمام إلى مكبات النفايات المتنامية التي تضم الأجهزة القديمة.

تُعد النفايات الإلكترونية الآن أسرع تدفقات النفايات نموًا على كوكب الأرض – إذ قُدرت بنحو 63 مليون طن قصير في عام 2024، وفقًا لتقديرات الأمم المتحدة – ومع ذلك، لا يُعاد تدوير سوى نسبة ضئيلة منها في منشآت معتمدة.

وتنتهي معظم أجهزتنا الإلكترونية القديمة في مكبات النفايات أو ورش العمل المنزلية، حيث تتسرب المعادن منها إلى المياه الجوفية، منتجةً مركبات سامة.

وتُعد الاستراتيجية الأكثر فاعلية هي استعادة المعادن الثمينة بأمان، قبل أن تصل هذه الأجهزة إلى مكبات القمامة.

الجبن والنفايات الإلكترونية والذهب

يعمل فريق بحثي حاليًا على تغيير هذا الواقع. فقد جمع البروفيسور رافاييل ميزينغا من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، وكبير العلماء محمد بيدايش، زملاءهم، بهدف تطوير أداة أبسط من أحواض الأحماض أو حمامات السيانيد. وجاء إلهامهم غير المتوقع من مصانع الجبن.

نُشرت الدراسة الكاملة في مجلة Advanced Materials

يفصل صانعو الجبن الخثارة عن مصل اللبن، تاركين وراءهم ما يقرب من تسعة أرطال من المنتجات الثانوية المائية لكل رطل واحد من جبن الشيدر.

ويُعد مصل اللبن غنيًا بالبروتينات التي تلتفّ لتشكّل أليافًا أميلويدية دقيقة كالشعر عند تسخينها في بيئة حمضية.

وأدرك الفريق البحثي في زيورخ أن هذه الألياف يمكن تحويلها إلى إسفنجة خفيفة الوزن تُفضّل الذهب على باقي المعادن الموجودة في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الممزقة.

لمسة مميزة تُضاف إلى النفايات الإلكترونية

حوّل الباحثون الألياف إلى هلام، ثم جففوها للحصول على هلام هوائي – وهو مادة خفيفة للغاية تشبه البوليسترين على مستوى النانو. تتقاطع المسام المجهرية عبر هذه المادة، ما يوفر مساحة سطحية شاسعة داخل مكعب بحجم فتات الخبز.

عندما تلامس شريحة صغيرة من هذه الإسفنجة كأسًا مملوءًا بسائل يحتوي على لوحات دوائر إلكترونية مذابة، تتجه أيونات الذهب إلى البروتينات وتلتصق بها بقوة.

أظهرت التجارب الأولية أن هذا الهلام الهوائي يجمع الذهب بكفاءة أعلى بكثير من راتنجات البلاستيك التي يستخدمها عادةً العاملون في إعادة التدوير. والأفضل من ذلك، أن هذه التقنية لا تستخدم مذيبات ضارة.

فالماء والحرارة المعتدلة والكيمياء الطبيعية للبروتين تقوم بالمهمة، مما يقلل المخاطر والتكاليف بشكل كبير.

هلام هوائي وإسفنجة بروتينية

في اختبار معملي مباشر، قام الفريق بتفكيك أجزاء معدنية من عشرين لوحة أمّ للكمبيوتر، وإذابتها في حمض، ثم وضع قطعة صغيرة من الهلام الهوائي بحجم ظفر الإصبع داخل المحلول.

تفاعل النحاس والنيكل والكوبالت مع السائل، لكن أيونات الذهب استقرت على الإسفنجة بكفاءة أعلى. وبعد نقع قصير، أصبح المحلول شفافًا، مما يشير إلى أن معظم المعدن الثمين قد تم استخلاصه من السائل.

وتُظهر الأرقام مدى فاعلية العملية: فقد استخلصت الإسفنجة ذهبًا نقيًا بنسبة تصل إلى 90.8%، وهو ما يعادل نقاء ذهب عيار 22 قيراطًا – وكل ذلك من أول محاولة.

وفي المقابل، عادةً ما تتطلب المواد الماصة المنافسة خطوات تنقية إضافية للوصول إلى هذا المستوى من النقاء.

من أيونات النفايات الإلكترونية إلى قطع ذهبية

رغم أن امتصاص أيونات الذهب من المحلول خطوة مهمة، فإن تحويلها إلى معدن صلب هو الأهم. ولهذا الغرض، قام الفريق بتسخين الإسفنجة المحملة بالذهب حتى فقدت الأيونات شحنتها واندمجت في رقائق لامعة.

استمر التسخين حتى تشكّلت كتلة صلبة بوزن يقارب 450 مليغرامًا. وأظهر التحليل الكيميائي أن هذه الكتلة تحتوي على 91% من الذهب و9% من النحاس، وهو ما يعادل ذهبًا من عيار 22 قيراطًا.

كما حررت هذه الخطوة أيضًا هيكل البروتين. فعند حرق الإسفنجة تحت حرارة مُتحكم فيها، لا تترك المصفوفة البروتينية المستخرجة من مصل اللبن أي بقايا صناعية، مما يُسهّل عمليات التنظيف. وهذه ميزة لا تستطيع أحواض الراتنج التقليدية توفيرها.

الكفاءة الاقتصادية تقود نحو التغيير

تتوقف جدوى إعادة التدوير على الموازنة بين التكلفة والعائد، وهنا تبدو الحسابات مشجعة.

فتكاليف المواد والطاقة اللازمة لتنفيذ العملية بأكملها أقل بنحو خمسين مرة من القيمة السوقية للذهب المستخرج.

وحتى بعد احتساب تكاليف العمالة والنفقات العامة، يُشير هذا الفارق الكبير إلى إمكانية تحقيق أرباح مجزية لشركات إعادة التدوير التجارية.

كما أن انخفاض تكاليف التشغيل يفتح الباب أمام إنشاء مصانع إقليمية صغيرة للمجتمعات المحلية ، بدلاً من شحن الأجهزة الإلكترونية القديمة إلى الخارج مما يقلل انبعاثات النقل ويحافظ على الإيرادات المحلية.

النفايات الإلكترونية ليست الهدف الوحيد. فمياه الشطف الصناعية الناتجة عن مصانع تصنيع الرقائق الدقيقة وورش الطلاء بالذهب تحمل أيضًا معادن أثرية تستحق استصلاحها.

ويمكن استخدام إسفنجة بروتينية معيارية في هذه الأنابيب، مما يُقلل التكاليف ويُقلل من جريان المياه.

اتخاذ الخطوات التالية

يقول ميزينغا: “أكثر ما يُعجبني هو أننا نستخدم منتجًا ثانويًا من صناعة الأغذية للحصول على الذهب من النفايات الإلكترونية”.

في الواقع، تُحوّل هذه الطريقة نوعين من النفايات إلى ذهب. “لا يُمكنك الحصول على طريقة أكثر استدامة من ذلك!”

إذا نجحت المشاريع التجريبية كما هو متوقع، فقد تتواجد مراكز إعادة التدوير في المستقبل بجوار مصانع الألبان ومعالجات الأغذية، وتحول بهدوء مصل اللبن من الأمس وأدوات العقد الماضي إلى مسارات الدوائر الكهربائية للغد.

لن يؤدي هذا النهج إلى إيقاف التعدين بين عشية وضحاها، ولكن كل أوقية مستردة تؤخر الانفجار، أو بركة الطين، أو شاحنة نقل الديزل.

إن هذا التحول، الذي تضاعف عبر ملايين الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، يوفر مسارًا مباشرًا نحو بصمات أخف وموارد أطول عمرًا – دون الحاجة إلى جبال جديدة.