Sällsynta jordartsmetaller är inte så sällsynta som namnet antyder, men de är avgörande för allt från digital teknik till energiomställning. Dessa 17 metaller används i elbilar, batterier, skärmar och i generatorer till vindkraftverk. Europa är nästan helt beroende av kinesiska leverantörer, vilket gör råvarorna strategiskt känsliga. Samtidigt är de traditionella separationsprocesserna extremt energi- och kemikalieintensiva och lämnar stora miljöavtryck.
Vid ETH Zürich har en forskargrupp lett av Victor Mougel nu utvecklat en betydligt enklare separationsmetod för metallen europium. Resultaten publicerades nyligen i Nature Communications.
– Sällsynta jordartsmetaller återvinns nästan aldrig i Europa, säger Mougel i den ursprungliga artikeln. Han betonar att behovet av hållbara och enklare metoder för återvinning är akut.
Den nya tekniken gör det möjligt att separera europium från komplexa blandningar av andra jordartsmetaller på ett sätt som både är snabbare och mindre resurskrävande än dagens metoder.
Forskare inspirerades av naturliga molekylstrukturer
Traditionella separationsprocesser bygger på hundratals vätskeextraktionssteg. Därför har återvinning av europium hittills varit ekonomiskt orealistiskt. I den nya studien visar forskaren Marie Perrin att ett oorganiskt reagens – tetratiometallat – kan användas för att förenkla separationen dramatiskt.
– Detta gör det möjligt för oss att få ut europium i några få steg och i mängder som är minst 50 gånger högre än tidigare metoder, säger Perrin.
Tetratiometallater förekommer i biologiska enzymer och används som aktiva ämnen inom bland annat cancerforskning. Forskarna upptäckte att dessa molekyler kan reducera europium till ett ovanligt tvåvärt tillstånd, vilket kraftigt förenklar separationen från andra metaller som normalt är trevärda. Detta är första gången dessa molekyler används som ligander för separering av sällsynta jordartsmetaller.
Metoden öppnar möjligheten att göra återvinningen av europium praktiskt genomförbar, inte minst från elektronikskrot – en råvarukälla som i dag till stor del lämnas outnyttjad.
Elektronikskrot kan bli europeisk råvarubas
Elektronikavfall är rikt på sällsynta jordartsmetaller, men återvinningen inom EU ligger fortfarande under en procent. För Schweiz innebär tekniken att man skulle kunna återvinna det lysrörsavfall som i dag skickas utomlands för deponering.
Europium användes länge som fosformaterial i lysrör och skärmar. När användningen av dessa produkter minskar har efterfrågan fallit, vilket gjort traditionella återvinningsmetoder ekonomiskt irrelevanta. Samtidigt är koncentrationen av europium i lysrörsavfall ungefär 17 gånger högre än i naturliga malmer, vilket gör det till en värdefull resurs – förutsatt att det kan separeras kostnadseffektivt.
Forskarna framhåller att deras metod är särskilt lämpad för återvinning, eftersom miljöbelastningen är betydligt lägre än vid utvinning från mineralmalm. Gruppen har redan tagit patent på tekniken och utvecklar nu ett nytt företag under namnet REEcover för att kommersialisera processen.
Arbetet går vidare med att anpassa metoden till andra strategiska metaller som neodym och dysprosium, vilka används i magneter till elbilar och vindkraftverk. Om även dessa kan återvinnas effektivt kan Europa minska sitt beroende av importerade råvaror avsevärt, något som är centralt i en energimarknad där förnybar teknik kräver stora mängder sällsynta metaller.
Fakta:
Studien är publicerad i Nature Communications och omfattar en ny metod för att separera och återvinna europium ur blandade metallfraktioner. Tekniken bygger på tetratiometallater och forskarna har lämnat in patentansökan. Start-up-bolaget REEcover ska kommersialisera tekniken.
Källa: ETH Zürich, artikel av Michael Keller.
