KIERTOTALOUS KEMISTIN NÄKÖKULMASTA

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "KIERTOTALOUS KEMISTIN NÄKÖKULMASTA"

Julia Salonen
5 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 KIERTOTALOUS KEMISTIN NÄKÖKULMASTA Ari Väisänen

2 Sisältö Kriittisten materiaalien tuotanto Potentiaalisia raaka-ainelähteitä Raaka-aineiden talteenotto lietteestä 3D tulostetut metallisiepparit Metallien talteenotto elektroniikkajätteestä

3 Mitä kemisti voi tuoda kiertotalouteen? Raaka-aineet tehokkaasti kiertoon hiilidioksidipäästöt vähenevät Haitta-aineet (raskasmetallit) ongelma jätevesissä selektiivisen talteenoton myötä ne ovat raaka-aineita Hiilidioksidipäästöt vakava uhka maapallolle voidaanko hiilidioksidi ottaa talteen ja käyttää erilaisten kemiallisten yhdisteiden valmistukseen?

4 Kohti vähähiilistä maailmaa kierrättämällä raaka-aineet

5 Kriittisten materiaalien tuotanto Harvinaisten maametallien tuotanto 90%:sti Kiinan hallinnassa Palladiumin ja platinan tuotanto 85%:sti Etelä-Afrikassa ja Venäjällä

6 JRC:n raportin mukaan kierrätys ei vastaa kriittisten raaka-aineiden tarpeeseen EU:ssa

7 Rare earth metals (REMs) Harvinaiset maametallit Rare element resources

8 Harvinaisten maametallien käyttö

9 Fosfori kriittinen raaka-aine Euroopan komissio on listannut fosforin yhdeksi kriittisistä raaka-aineista Listauksessa on kiinnitetty huomiota raaka-aineiden korvattavuuteen, saatavuuteen ja taloudellisiin riskeihin EU on täysin riippuvainen tuontifosforista (92%) EU pyrkii aktiivisesti tukemaan fosforin talteenottoon liittyvää kehitystyötä ja projekteja

10 Potentiaalisia raaka-ainelähteitä Teollisuuden prosessi- ja jätevedet Lietteet, saostumat ja tuhkat Akut Jätevesiliete Sähkö- ja elektroniikkaromu

11 Lietteenpolton tuhkan koostumus Poltetun jätevesilietteen alkuainekoostumus a) Pääkomponentit % b) Hivenaineet mg/kg NN Nenäinniemi HSY Helsingin seudun ympäristöpalvelut

12 61 alkuainetta analysoitiin Harvinaiset maametallit: 0, g/t Jalometallit: (0,003)-1,3 g/t

13 Kuivatun lietteen pitoisuuden suhde maankuoren pitoisuuteen PALLADIUM PLATINA KULTA RIKKI IRIDIUM VISMUTTI FOSFORI HOPEA RUTETIUM KUPARI

14 Raaka-aineiden talteenotto lietteestä Poltto Energia talteen Liete turvallisemmaksi Liuotus Spesifisyys Miedot olosuhteet JYU

15 Talteenotto liuoksesta Poltto Liuotus Talteenotto liuoksesta Fosfori Palladium ja Harvinaiset maametallit Kuvat: chemskills.com

16 Fosforin talteenottoprosessi R. Budhathoki, A. Väisänen, Particle size based recovery of phosphorus from combined peat and wood fly ash for forest fertilization, Fuel Processing Technology, 146 (2016)

17 Metallisiepparit Tarkkaan määritellyn kemiallisen rakenteen avulla kykenevät sieppaamaan halutun metalli-ionin. Palladiumille 95% talteenottoaste lietteestä Palladium voidaan pestä materiaalista pois

18 Siepparien runkona on tyypillisesti polymeeri tai silika Thiol sopii hopealle, palladiumille ja elohopealle Tiourea palladiumille DMT jalometalleille

19 3D tulostetut metallisiepparit 3D tulostuksen tuomat edut: - rakenteen ja virtausominaisuuksien räätälöinti - helppo ja turvallinen käyttää - toimii alhaisissa pitoisuuksissa - erittäin nopea reaktioaika (muutama sekunti) - toimii laajalla ph alueella (1-12) - suodatin valmistuu yhdellä tulostuksella - metallit voidaan pestä suodattimesta - uudelleenkäytettävyys

20 Syntetisoimalla funktionaaliset ryhmät tulostettavaan polymeeriin saadaan huomattavan kestäviä rakenteita Hybridimateriaalit (hartsi + tulostuspolymeeri) voidaan tulostaa Tulostuspolymeereina mm. PP, PS, Nylon

21 Tehokas metallien talteenotto Au Fe Zn Pb Cd U Hg Sn Sc Pd Pt REEs Hyvä selektiivisyys Tehokas pienten pitoisuuksien talteenotossa Talteenottoaste jopa % Suodatinyksiköt voidaan yhdistää Orgaanisille yhdisteille omat materiaalit

Jalometallien ja harvinaisten maametallien talteenotto Palladiumia on jätevesilietteessä sekä erityisesti elektroniikkajätteessä Harvinaisia

22 Jalometallien ja harvinaisten maametallien talteenotto Palladiumia on jätevesilietteessä sekä erityisesti elektroniikkajätteessä Harvinaisia maametalleja lietteessä, energiantuotannon tuhkissa sekä elektroniikkajätteessä Metallit saadaan talteen - neste-neste uutolla - ioninvaihdolla - metallisieppareilla

23 Metallien talteenotto elektroniikkajätteestä Alkuaine Pitoisuus mg/kg Alumiini ± 600 Hopea 1200 ± 400 Kromi 3300 ± 100 Kulta 460 ± 20 Kupari ± 2000 Lyijy 4700 ± 300 Nikkeli 8200 ± 300 Palladium 93 ± 1 Platina 24 ± 2 Rauta ± 5000 Sinkki ± 500 Tina ± 2000 Pirilevyissä kulta on arvokkain metalli Kuparia on yleensä noin 16-20% Palladium ja hopea tuovat lisäarvoa talteenottoprosessiin

24 Metallien liuotus Kupari saadaan liuotettua tehokkaasti rikkihapolla Hopean ja palladiumin liuotus onnistuu typpihappoa sisältävillä liuoksilla Kulta saadaan liukenemaan kuningasvedellä tai tioureaa sisältävillä liuoksilla

25 Metallien poisto kuningasvedestä Typpihappo Tiourea 0,1 M Tiourea 1,0 M Typpihappo Kullan talteenotto 3D siepparilla

26 JYU tutkimusalusta ja SER demolaitos Kemian laitokselle rakennetaan kiertotalouden tutkimusalusta (KITA hanke) Demolaitoksen sijoituspaikka Jyväskylä pilot laitoksesta tehdään metallien talteenoton tutkimusympäristö (SER, tuhkat, kuonat ja saostumat)

27 Aihepiirin julkaisuja 1. European Commission website on Critical Raw Materials, 2. Critical Metals for Future Sustainable Technologies and Their Recycling Potential, Sustainable Innovation and Technology Transfer Industrial Sector Studies, Öko-Institut e.v., UN Environment Program, 2009, Lahtinen, E., Hänninen, M.M., Kinnunen, K., Tuononen, H.M., Väisänen, A., Rissanen, K. and Haukka, M., Porous 3D printed scavenger filters for selective recovery of precious metals from electronic waste, Advanced Sustainable Systems, 2018, Budhathoki, R., Väisänen, A. and Lahtinen, M., Selective recovery of phosphorus as AlPO 4 from silicon-free CFB-derived fly ash leachate, Hydrometallurgy, 2018, 178, Lahtinen, E., Kivijärvi, L., Rajendhraprasad, T., Väisänen, A., Rissanen, K. and Haukka., M., Selective recovery of gold from electronic waste using 3D-printed scavenger, ACS Omega, 2017, 2,

28 Kiitokset mielenkiinnostanne! Kiitokset mielenkiinnostanne!

Samankaltaiset tiedostot

JÄTTEET HARVINAISTEN LUONNONVAROJEN LÄHTEENÄ

JÄTTEET HARVINAISTEN LUONNONVAROJEN LÄHTEENÄ Ari Väisänen 8.5.2019 Sisältö Kriittisten materiaalien tuotanto Potentiaalisia raaka-ainelähteitä Raaka-aineiden talteenotto lietteestä 3D tulostetut metallisiepparit