Europa is voor elektrische producten volledig afhankelijk van buitenlandse metalen. Binnen een EU-programma ontwikkelt de groep van de Delftse recyclingexpert Peter Rem technieken om dat te veranderen.
Onderzoekers Lin Wang en Max van Beek (op ladder) installeren de machine die elektronica-onderdelen scheidt op basis van hun dichtheid in een continu proces. (Foto: Thijs van Reeuwijk)
In het recycling lab van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen liggen kratten vol printplaten te wachten op verwerking om kleine hoeveelheden metalen terug te winnen. De elektronica komt uit radio’s, televisies, versterkers, telefoons en computers. Promovendus Max van Beek heeft een kennersblik ontwikkeld. Hij trekt een stel printplaten vol met transistors, condensatoren, weerstanden en chips uit een krat.
“Kijk, vroege printplaten zijn gebaseerd op papier en hebben een beige kleur. Terwijl moderne printplaten groen zijn. Die zijn van glasvezel gemaakt. Je ziet dat componenten zoals weerstanden, condensatoren en transistors in de loop van de tijd steeds kleiner worden. Maar chips worden steeds talrijker en groter.”
Circulaire economie
Veel van die onderdelen bevatten kleine hoeveelheden zeldzame en waardevolle metalen zoals goud, zilver en palladium. Voor het grootste deel komen die grondstoffen van buiten Europa. Innovatie in de recycling is nodig om de afhankelijkheid van niet-Europese landen te verminderen. Dat is de motivatie achter het Europese onderzoeksprogramma Peacoc (Pre-commercial pilot for the efficient recovery of Precious Metals from European end of life resources with novel low-cost technologies).
Met innovatieve scheidingstechnieken is de concentratie van waardevolle metalen in elektronica-afval te verhogen: meer waarde en minder afval. Vernieuwende scheidingstechnologie is de expertise van recyclingexpert prof.dr.ir. Peter Rem. Hij is de promotor van Max Van Beek die, samen met postdoc dr. Lin Wang, het onderzoek uitvoert in het recycling lab.
De groep van Rem is een van negentien Peacoc-partners die samenwerken aan de ontwikkeling van ‘unieke, goedkope en milieuvriendelijke technologieën voor een efficiënte terugwinning van goud, zilver en platina uit afval’ aldus de website. Dat onderzoeksprogramma is in 2021 van start gegaan en loopt tot april 2025. De TU Delft heeft binnen die samenwerking de magnetische dichtheid scheiding (MDS) ontwikkeld, waarover later meer.
Afvalbergen
Over hoeveel elektrische en elektronische apparatuur hebben we het eigenlijk op Europese schaal?
- De jaarlijks in Europa verkochte hoeveelheid apparatuur met stekker of batterij is sinds 2012 gestegen van 7,6 miljoen ton naar 12,4 miljoen ton in 2020, meldt het Europese bureau voor statistiek Eurostat. Dat is bijna 28 kilogram per inwoner.
- De hoeveelheid ingezameld elektrisch en elektronisch afval steeg in diezelfde periode van 3 miljoen ton naar 4,7 miljoen ton per jaar (10,5 kilogram per Europeaan) en bleef daarmee percentueel iets achter bij de aanschaf.
De Europese Unie wil steeds meer elektrisch en elektronisch afval inzamelen.
- In 2016 was het doel om 45 procent van het gewicht in te zamelen dat in de drie jaren ervoor op de markt was gekomen.
- Vanaf 2019 lag dat streefgetal op 65 procent.
- In werkelijkheid lag in 2020 het Europees ingezamelde gemiddelde op 45 procent (de doelstelling van vier jaar eerder).
- In Nederland anno 2021 bedroeg de hoeveelheid ingezameld elektrisch en elektronisch afval 11,75 kilogram per inwoner. Iets meer dan het Europees gemiddelde van 11 kilogram per inwoner per jaar.
Terugwinning
Wat kan Nederland doen met 200 miljoen kilo elektro-afval per jaar? Waardevolle metalen terugwinnen werkt alleen als de concentratie van die metalen in het afval zo hoog is dat de opbrengst van terugwinning groter is dan de kosten.
Daarom ontwikkelt Rem samen met de recyclingindustrie nieuwe technieken om de concentratie van waardevolle materialen in elektrisch en elektronisch afval te verhogen.
Opwerking
Promovendus Max van Beek geeft een demonstatie. Hij start met een emmertje met 1 kilo aan condensatoren, spoelen, weerstanden en andere elektronische onderdelen. Die zijn afkomstig van de printplaten die hij eerder liet zien.
Ongeveer 10 procent van het materiaal in de emmer bestaat uit waardevolle metalen, vertelt Van Beek. Dan volgt een serie van verschillende scheidingstechnieken om de concentratie aan waardevolle materialen te vergroten:
- Zeven.
- Rolsorteren: componenten vallen tussen twee draaiende cilinders door, de plaats is afhankelijk van de dikte van de component.
- Magnetische scheiding: een schuin geplaatste permanente plaatmagneet trekt componenten tegen een transportband. Hoe magnetischer de componenten hoe verder ze komen.
- Magnetische dichtheidsscheiding.
Aan het eind van de rit is er van 1 kilo elektronisch afval nog maar 150 gram over waarvan 96 gram bestaat uit waardevolle metalen. Dat is 64 procent van het totaal. Scheidingstechnieken hebben de concentratie verhoogd van 10 procent in het emmertje tot 64 procent aan het eind van de rit. “Dat is een factor 6,4”, vertelt Van Beek trots.
Magnetische nanodeeltjes
De laatste en meest geavanceerde techniek is de zogeheten magnetische dichtheid scheiding (MDS). Eerder ontwikkelde Rem deze techniek om plastics van elkaar te scheiden op basis van minieme verschillen in dichtheid. Nu optimaliseert postdoc dr. Lin Wang de techniek voor de scheiding van elektrische en elektronisch afval.
De bak waarin de scheiding plaatsvindt, ziet eruit alsof er olie in staat. Dat is schijn. De zwarte vloeistof is water met een suspensie aan magnetische nanodeeltjes. Een sterke permanente plaatmagneet onder de bak oefent een aantrekkende kracht uit op de vloeistof en verhoogt de dichtheid ervan. Doordat de magneet schuin staat, ontstaat een verloop in de dichtheid. Het resultaat is dat onderdelen daarop gesorteerd worden.
‘Het zijn goedkope scheidingstechnieken’
Dat is te zien als Wang de zwarte vloeistof wegpompt. Links liggen relatief zware metalen delen zoals aluminium koelvinnen en computerchips, in het midden liggen tulppluggen en andere connectoren van plastic en metaal. Helemaal rechts liggen voornamelijk lichte plastic onderdelen. Voor terugwinning van metalen is het linkerdeel het meest interessant.
“Dit is een goedkope scheidingstechniek”, benadrukt Rem: de magneten zijn permanent en het enige energieverbruik komt van wat draaiende elektromotoren. De MDS-techniek is de voorlopige sluitsteen in het sorteer- en opwerkingsproces van elektrisch en elektronisch afval. Aan het eind is de inhoud van de emmer met gemengd elektronisch afval gesorteerd in dertig tot veertig bakjes.
Apparaat zo groot als een stadsbus
Half december kreeg het lab een industrieel prototype MDS-machine – een apparaat zo groot als een stadsbus. Tot dan toe moest Wang het bassin steeds vullen en leegpompen. Nu zorgt een transportband voor een continue afvoer van gesorteerde componenten.
Metaalrecyclingbedrijf MYNE, voorheen Reukema, sponsort deze machine. Dat is niet toevallig. Directeur en TU-alumnus Martijn van de Poll stond aan de wieg van het Delftse onderzoek, met zijn vraag of er een sorteertechnologie te bedenken was die goedkoper was dan handsortering in Azië.
MYNE koopt tegenwoordig elektroschroot en kabelbomen in uit Nederland, België, Duitsland en Frankrijk. Dat materiaal gaat niet langer naar Azië. Een deel gaat nu naar het Delftse scheidingslab. De testopstelling kan naar verwachting 1,5 ton per uur verwerken.
Een fabriek met vijf tot tien MDS-scheiders zou winstgevend moeten zijn, schat Van de Poll. Eerder investeerde hij al in een sorteerstraat voor aluminiumlegeringen. De ‘Xorter’ die daaruit volgde is operationeel in Harderwijk.
Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?
j.w.wassink@tudelft.nl
Comments are closed.