باکتری‌هایی که در دانشگاه تربیت مدرس تهران، ایران، پرورش یافته‌اند، اسید سولفوریک را تولید کردند که ۵۳.۶ درصد از مس موجود در مدارهای چاپی دور ریخته شده را حل کرد. به گفته‌ی مطالعه‌ای که در ۱۳ سپتامبر در مجله Scientific Reports منتشر شد، این فرآیند هفت روز طول کشید و میکروب‌ها هرگز با زباله‌های الکترونیکی تماس نداشتند.
یک مرحله شیمیایی دوم پس از آن 80 درصد از مس حل شده را در طی پنج دور به یک حلال منتقل کرد. این رقم شامل مسی است که در حال حاضر در مایع موجود است، نه تمامی مسی که در ابتدا بر روی بردها وجود داشت.
هیئت مدیره‌های مخابرات، ۲۷ درصد مس
آتوسا سمعه‌ای و سید محمد موسوی از گروه مهندسی شیمی دانشگاه، این کار را به همراه زهرا شکری و رضا سلیمانی انجام دادند. موسوی نویسنده مسئول است. این پروژه توسط بنیاد ملی علم ایران تامین مالی شده است.
تیم مدارهای تلفن‌خانه زباله را از مجموعه‌های الکترونیکی صنعتی برداشت. با انبردست، مقاومت‌ها، خازن‌ها، کانکتورها و تراشه‌ها را برداشتند و سپس بردهای خالی را سه بار فرز کردند. تنها ذراتی با اندازه‌ی کوچکتر از ۷۵ میکرومتر، حدود ۰.۰۰۳ اینچ، وارد آزمایش‌ها شدند.
مس Copper حدود ۲۷ درصد از پودر را از نظر وزن تشکیل می‌دهد. قلع، آلومینیوم، نیکل و آهن هر کدام ۱.۷ تا ۲.۹ درصد را به خود اختصاص داده‌اند.
بر اساس گزارش نظارت جهانی بر زباله‌های الکترونیکی ۲۰۲۴ از سوی ITU و UNITAR، جهان در سال ۲۰۲۲، ۶۲ میلیون تن متریک زباله الکترونیکی تولید کرده است. این مقدار تقریبا ۶۸ میلیون تن آمریکایی می‌شود و تنها ۲۲.۳ درصد از آن به‌طور رسمی جمع‌آوری و بازیافت شده است. فلزات ارزشمندی در این زباله‌ها وجود دارد و یک تن موبایل قدیمی می‌تواند بیش از یک تن سنگ طلا طلا داشته باشد.
اسید برداشت شده در روز ۱۷
این اسید از باکتری Acidithiobacillus thiooxidans به دست آمد، باکتری که به گوگرد تغذیه می‌کند. در حین رشد خود، اسید سولفوریک آزاد می‌کند. این سویه از سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران به دست آمده است.
در فلاسک‌های لرزشی، تعداد سلول‌ها در حدود روز 17 به اوج خود رسید. تا آن زمان، pH کشت به حدود 0.8 رسیده بود که بسیار اسیدی‌تر از آب‌لیمو است.
در آن نقطه، تیم سلول‌ها را حذف کرد و فقط مایع اسیدی را نگه داشت، روشی که به آن بیولچینگ با محیط مصرف شده می‌گویند. نویسندگان می‌نویسند که مایع بدون سلول "سمیت میکروبی را از بین می‌برد"، زیرا هیچ چیز زنده‌ای در معرض پودر فلزی قرار ندارد. گروه‌های دیگر سعی کرده‌اند میکروب‌های زنده‌ای را که فلزات را از سنگ‌های شهابی در مدار استخراج می‌کنند، آزمایش کنند.
مس در روز هفتم به اوج خود رسید.
محققان پودر را با غلظت ۵۰ گرم در لیتر، معادل حدود ۶.۷ اونس در گالن، اضافه کردند و مخلوط را در دمای ۸۶ درجه فارنهایت به هم زدند. طی ۲۴ ساعت، pH از ۰.۸ به حدود ۴ افزایش یافت. فلزات در حال مصرف اسید بودند.
پس از هفت روز، مایع 7241 میلی‌گرم مس در هر لیتر داشت. نویسندگان محاسبه کردند که این مقدار معادل 53.6 درصد مس موجود در پودر است. نیکل نیز سهم مشابهی داشت، در حالی که آلومینیوم، آهن و قلع در مقادیر بسیار کمتری حل شدند.
نگه داشتن پودر برای 10 یا 14 روز، میزان مس را کاهش داد. نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که مقداری از مس دوباره از محلول خارج شده یا به ذرات جامد چسبیده است.
اسید سولفوریک ساده با آن مطابقت داشت.
تیم همچنین یک کنترل انجام داد: اسید سولفوریک آماده استفاده با غلظت ۰.۱۱ مولار، همان قدرتی که باکتری‌ها تولید کرده بودند، با همان پودر، گرما و هفت روز انتقاج. این کنترل ۷۳۷۴ میلی‌گرم مس در هر لیتر را جذب کرد، که کمی بالاتر از ۷۲۴۱ از دسته‌ی باکتریایی بود.
نیکل نیز تقریباً در سطح مشابهی قرار گرفت، با ۵۶۰ میلی‌گرم در لیتر در برابر ۵۴۷. نتیجه‌گیری مقاله این است که «حل شدگی به واسطه پروتونی، عامل اصلی است»، بنابراین میکروب‌ها عمدتاً به عنوان تولیدکننده‌های اسید مورد توجه بودند.
آهن داستان متفاوتی را روایت کرد، با 30.4 میلی‌گرم در لیتر در دسته باکتری‌ها و 114.8 در اسید خالص، و آلومینیوم نیز کاهش یافت. نویسندگان آن شکاف را "یک مشاهده اولیه" نام‌گذاری کرده و اشاره می‌کنند که آنها آزمایش سلول زنده یا یک شاهد بی‌اثر انجام نداده‌اند.
پنج بار باید عبور کرد تا به ۸۰ درصد برسید.
انتقال مس از مایع به استخراج حلال وابسته بود. یک فاز روغنی از بنزین و یک استخراج‌کننده به نام D2EHPA یون‌های مس را از محلول آبی استخراج می‌کند. به تنهایی، D2EHPA حدود ۱۴.۵ درصد از مس حل شده را جذب کرد.
سپس تیم یک مایع یونی اضافه کرد، نمکی که در دمای زیر ۲۱۲ درجه فارنهایت (۱۰۰ درجه سلسیوس) ذوب می‌شود. مقدار مس در حلال از ۱۰۵۰ به ۲۷۱۵ میلی‌گرم در لیتر افزایش یافت. با تنظیم pH بر روی ۴.۳ و اضافه کردن استات سدیم، یک بار عبور ۳۵.۳ درصد را به دست آورد.
نمودار جریان مطالعه، از اسید باکتریایی و استخراج در سمت چپ تا استخراج حلال و استرپینگ در سمت راست. (تصویر: سامعه ای و همکاران / گزارش‌های علمی، CC BY-NC-ND 4.0)
پنج بار عبور از حلال تازه در دمای اتاق، استخراج تجمعی را به 80 درصد رساند. میزان مس در فاز آبی از حدود 3,901 به 723 میلی‌گرم در لیتر کاهش یافت. یک شستشوی نهایی با اسید، به نام شستشوی جداکننده، 60 درصد از مس موجود در حلال را به محلول آبی بازگرداند.
این سه عدد، 53.6، 80 و 60 درصد، از مراحل جداگانه‌ای به دست آمده‌اند. این مقاله هرگز آنها را به یک مجموع کلی از تخته تا راه‌حل جمع نمی‌زند، و خوانندگان نباید فرض کنند که 80 درصد از مس یک تخته قابل استفاده مجدد است.
تا به حال هیچ هزینه یا رقم کربنی وجود ندارد.
تمام آزمایش‌ها در ظروف شیشه‌ای آزمایشگاهی انجام شد، با فلاک‌های کشت به حجم ۱۰۰ میلی‌لیتر، تقریباً ۳.۴ اونس مایع. نویسندگان نتیجه را به عنوان یک "چارچوب بالقوه در مقیاس آزمایشگاهی" ارائه می‌دهند. آنها می‌گویند قبل از استفاده صنعتی، فرایند استخراج باید بهبود یابد و مایع یونی نیاز به آزمایش‌های مجدد و ثبات درازمدت دارد.
هیچ گونه تحلیل چرخه حیات، انرژی یا هزینه‌ای همراه با مقاله ارائه نشده است. نویسندگان ادعا می‌کنند که این مسیر نیاز به انرژی کمتری و واکنشگرهای کمتر از لایه‌برداری اسید استاندارد دارد، اما این تحلیل‌ها را به عنوان کارهای آینده ذکر می‌کنند. مرحله حلال همچنین هنوز به نفت سفید وابسته است.
این مطالعه کامل، که به عنوان یک پیش‌نمایش شتابزده منتشر شده و ممکن است هنوز ویرایش شود، در مجله Scientific Reports منتشر شده است.
برای مقایسه، جدول خود مقاله به روش‌های شیمیایی اشاره می‌کند که 95 درصد برای استخراج و جداسازی موفقیت‌آمیز است، اما با مواد شیمیایی تندتر. سوالات مشابهی در مورد هزینه و مقیاس بر روی انبوه رو به رشد باتری‌های بازنشسته خودروهای برقی در چین سایه افکنده است.
عکس: تونی وبستر / ویکی‌مدیا کامنز، CC BY 2.0
