Các nhà nghiên cứu từ Đại học West Virginia phát triển phương pháp tái chế dựa trên vi sóng để thu hồi các khoáng chất quan trọng như gali, indi và tantal từ rác thải điện tử, nhằm giải quyết tình trạng thiếu hụt nguồn cung và các vấn đề về môi trường, đồng thời hỗ trợ an ninh quốc gia và khả năng phục hồi công nghệ.
Khi các thiết bị điện tử đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta cuối cùng cũng không còn hữu ích nữa, nhiều người không biết về hành trình mà họ bắt đầu sau khi chúng được đưa đi tái chế. Tại các cơ sở tái chế, nam châm mạnh và máy kéo sợi hoạt động cùng nhau để tách các kim loại thông thường như thép và nhôm. Tuy nhiên, quá trình này thường không thu hồi được các vật liệu quan trọng, bao gồm gali, indi và tantali, là những thành phần cực nhỏ nhưng rất quan trọng trong điện thoại thông minh và các công nghệ khác. Các phương pháp tái chế hiện tại thường quá tốn kém hoặc nguy hiểm, khiến nhiều đơn vị tái chế phải từ bỏ những vật liệu này, dẫn đến việc chúng bị chôn vùi trong bãi rác hoặc bị đốt trong môi trường không an toàn.
Trước nhu cầu ngày càng tăng cao, các nhà nghiên cứu từ Đại học West Virginia đang đề xuất một phương pháp mang tính cách mạng trong việc tái chế rác thải điện tử . Bằng cách sử dụng điện năng thay vì các hóa chất độc hại, quy trình cải tiến của họ nhằm mục đích thu hồi các vật liệu thiết yếu này một cách an toàn và tiết kiệm chi phí hơn. Với việc người Mỹ tạo ra khoảng 2.7 triệu tấn rác thải điện tử vào năm 2018 – trong đó 85% không được tái chế – nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần có các giải pháp hiệu quả để biến rác thải điện tử thành một nguồn tài nguyên có giá trị.
Các khoáng chất quan trọng được đề cập không chỉ là ngẫu nhiên; chúng là nền tảng cho một loạt các công nghệ. Indium tin oxide rất quan trọng đối với chức năng màn hình cảm ứng, gali cung cấp năng lượng cho đèn LED và tantalum là không thể thiếu để lưu trữ năng lượng trong tụ điện. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã đánh dấu những vật liệu này là "rủi ro cao", vì chuỗi cung ứng của chúng phần lớn do một số quốc gia kiểm soát, chủ yếu là Trung Quốc. Sự độc quyền này đặt Hoa Kỳ vào một vị thế bấp bênh, đặc biệt là khi căng thẳng ngoại giao phát sinh, dẫn đến gián đoạn thương mại tiềm ẩn. Ví dụ, trong khi giá gali dao động trong khoảng từ 220 đến 500 đô la một kg vào năm 2024, đồng vẫn rẻ hơn đáng kể ở mức 9.48 đô la một kg, cho thấy rủi ro cao liên quan đến việc bảo vệ các nguồn tài nguyên quan trọng này.
Phương pháp của Đại học West Virginia bao gồm sử dụng công nghệ vi sóng để nhắm mục tiêu cụ thể và làm nóng carbon có trong rác thải điện tử. Phương pháp tiên tiến này cho phép các nhà nghiên cứu thu hồi khoảng 80% vật liệu mong muốn—một con số ấn tượng khi xem xét các phương pháp truyền thống. Bằng cách trộn các thiết bị điện tử đã cắt nhỏ với các chất trợ dung, vi sóng sẽ cung cấp năng lượng hiệu quả cho carbon, thúc đẩy nó phản ứng với các vật liệu quan trọng, cuối cùng tạo ra các hạt kim loại nguyên chất có thể dễ dàng tách ra. Cho đến nay, các nhà nghiên cứu này đã đạt được độ tinh khiết từ 95% đến 97% và đang có kế hoạch triển khai các dự án thí điểm lớn hơn để đánh giá thêm khả năng mở rộng của công nghệ.
Dự án kỹ thuật này, được Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến (DARPA) của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ hỗ trợ, nêu bật tầm quan trọng chiến lược của các khoáng chất này. Các công nghệ then chốt tăng cường an ninh quốc gia, chẳng hạn như hệ thống radar và lò phản ứng hạt nhân, phụ thuộc vào các vật liệu này. Tham vọng là tinh chỉnh phương pháp tái chế này đến quy mô có thể xử lý hàng tấn rác thải điện tử mỗi giờ, có khả năng tạo ra tới 50 pound khoáng chất quan trọng từ mỗi tấn rác thải. Đáp ứng nhu cầu này có thể giải quyết tình trạng thiếu hụt vật liệu quan trọng đang đe dọa đến bối cảnh công nghệ của Hoa Kỳ.
Ngoài các phương pháp cải tiến để phục hồi, cải cách thể chế cũng rất quan trọng. Trách nhiệm giải trình lớn hơn từ các nhà sản xuất thiết bị điện tử liên quan đến việc quản lý cuối vòng đời của sản phẩm có thể thúc đẩy đáng kể tỷ lệ tái chế rác thải điện tử. Luật pháp đóng các lỗ hổng cho phép vận chuyển rác thải điện tử ra nước ngoài sẽ giúp giữ rác thải có khả năng gây hại ở nơi có thể xử lý an toàn. Quan trọng là, các ưu đãi kinh tế sẽ đóng vai trò then chốt. Khi các công nghệ tiên tiến xuất hiện để tái chế các vật liệu có giá trị này vừa hiệu quả vừa phải chăng, tiềm năng chuyển đổi các hoạt động tái chế của Hoa Kỳ trở nên khả thi hơn.
Trong thời điểm mối quan tâm ngày càng tăng về tài nguyên và tính bền vững của môi trường, những tác động rộng hơn của những tiến bộ này là rất sâu sắc. Khi nhu cầu về vật liệu quan trọng tăng cao, việc phát triển các công nghệ tái chế hiệu quả không chỉ giúp giải quyết tình trạng thiếu hụt mà còn giảm thiểu tác động có hại đến môi trường liên quan đến các phương pháp khai thác và xử lý truyền thống. Các sáng kiến mới, như sáng kiến từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và nhiều viện nghiên cứu khác nhau, đang mở đường cho một tương lai bền vững trong lĩnh vực tái chế, cho thấy cách cân bằng giữa tiến bộ công nghệ và trách nhiệm với môi trường có thể đạt được.
