Amerikaanse onderzoekers hebben een nieuwe manier bedacht om zeldzame aardmetalen, cruciaal voor veel elektrische apparaten, uit verschillende soorten afval te vissen.

In elk mobieltje vind je ze terug: zeldzame aardmetalen, ook wel zeldzame aarden. Echt zeldzaam zijn de meeste van deze zilver-witte, vrij zachte metalen trouwens niet. Wel komen ze zó verspreid voor in de aardkorst dat ze moeilijk te winnen zijn. Bovendien gebeurt dat momenteel op een beperkt aantal plekken: meer dan 80 procent van de zeldzame aarden wordt gewonnen in China.

Daarom zou het mooi zijn als we zeldzame aarden goed kunnen recyclen. Wetenschappers van de Rice-universiteit in de Texaanse stad Houston hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld die daarbij kan helpen.

Twee keer zoveel

Het proces waar de Amerikanen mee werken, heet flash Joule heating. In 2020 lieten de onderzoekers al zien dat je daarmee het ‘wondermateriaal’ grafeen – koolstof dat bestaat uit laagjes van maar één atoom dik – kunt winnen uit steenkool en andere materialen. Nu blijkt hetzelfde ‘trucje’ ook te gebruiken om zeldzame aarden uit afval te halen.

De onderzoekers beginnen met as die ontstaat bij het verbranden van kolen, ‘rode modder’ (een goedje dat ontstaat bij de productie van aluminium), of elektronisch afval. Dat mengen ze met carbon black, een stof die bestaat uit roetdeeltjes, waardoor het afval elektriciteit beter geleidt. Daarna gaat er een stroomstoot door het materiaal, die het in één seconde tijd verhit tot zo’n 3000 graden Celsius. 

Waarom dat handig is? Bij afval vormen andere stoffen een glazen laagje rond de zeldzame aarden, legt onderzoeksleider James Tour uit in een persbericht. Maak je dat afval heet door middel van flash Joule heating, dan breekt dat glazen laagje en zijn de zeldzame aarden veel makkelijker terug te winnen.

Dat terugwinnen gebeurt door het materiaal in contact te brengen met een zuur. En, zo lieten de onderzoekers zien: als je hun proces gebruikt, kun je toe met een veel minder geconcentreerd zuur dan bij andere methodes. Daarmee haal je bovendien zo’n twee keer zoveel van de meeste zeldzame aarden uit je afval.

Van cilinder tot stof

Yongxiang Yang, die aan de TU Delft de onderzoeksgroep Metals Production, Refining and Recycling leidt, zegt vertrouwen te hebben in de wetenschappelijke principes achter de methode en de werking ervan. Ook is deze manier van zeldzame aarden recyclen voor zover hij weet echt nieuw. “Ik heb er niet eerder over gelezen in wetenschappelijke artikelen.”

Wel twijfelt hij aan de economische haalbaarheid. Om een ton vliegas op deze manier te verhitten, is 600 kilowattuur aan energie nodig. Volgens de onderzoekers kost dat zo’n 12 dollar (als Nederlandse energieconsument betaal je heel wat meer). “Dat levert je minder dan een kilo aan zeldzame aarden op”, zegt Yang. De vraag is dan, vervolgt hij, of een kilo gerecyclede zeldzame aarden wel genoeg opbrengt om die energiekosten de moeite waard te maken. 

Van het lab naar de echte wereld

Ook heeft Yang twijfels bij het opschalen van de methode. “Als je deze methode gaat toepassen op een grote hoeveelheid materiaal, maak je in feite een stenen cilinder met een diameter van een tot vijf meter. Die zul je dan eerst in stukjes moeten breken, en die stukjes moet je weer verpulveren tot stof.” En daar zal best wat grof geweld aan te pas moeten komen.

Maar goed: recycling blijft een nobel streven – en als het gaat om dit soort gewilde, moeilijk te winnen elementen, is het belang helemaal duidelijk. Nu is het een kwestie van afwachten of de methode alle hordes weet te nemen op de lange weg van het lab naar de ‘echte wereld’.