Bij urban mining is je oude computer goud

In de docentenkamer zit Christophe Minkenberg, hoofddocent onderzoek chemie en de kartrekker van het project urban mining. Hij wil dat zijn studenten uit e-waste (eigenlijk alle apparaten waar een snoer aan zit) de metalen halen die schaars en waardevol zijn. ‘Daarbij moet je niet denken aan het koperdraad dat in vrijwel alle stroomkabels zit en dat met de hand gerecycled kan worden, maar aan de schaarse grondstoffen die in plastic versmolten zitten en eigenlijk alleen nog chemisch gescheiden kunnen worden.’ Hij zag daar een rol in voor de hogeschool en hoopte vanuit zijn vakgebied bij te kunnen dragen.

Het ‘minen’ is complex en Minkenberg heeft vakspecialisten bij de minor betrokken om deze vraagstukken samen aan te pakken. Hij krijgt hulp van Alex Uittenbogaard, ondersteuner onderzoek elektrochemie, die onderzoek doet naar het terugwinnen van zeldzame metalen uit batterijen en van Lodewijk Voorhoeve, docent in de werktuigbouwkunde mechatronica en automatisering van industriële processen. Hij begeleidt drie wertuigbouwkundestudenten die deze minor ook volgen.

Door de shredder

De docenten zitten in de lerarenkamer en hebben printplaatjes meegenomen waarmee ze illustreren wat voor onderzoeken binnen de minor worden gedaan. Uittenbogaard: ‘Neem dit printplaatje, hier zitten allemaal zeldzame metalen in verstopt: koperen en gouden connectoren, zilveren coatings, tin, lood en condensatoren met palladium.’ Voorhoeve: ‘In het huidige recyclingproces wordt hier geen rekening mee gehouden. Dat plaatje wordt door de shredder gehaald en weggegooid. Aan de grondstoffen die erin zitten, wordt geen aandacht besteed.’

Als je een reeks printplaten hebt, kan een werktuigbouwkundige een robotarm bijvoorbeeld zo programmeren dat die van iedere printplaat hetzelfde onderdeel haalt.

En dat is hartstikke zonde, zegt Uittenbogaard: ‘Als je een metaal uit de grond wilt winnen, kost dat tien keer zo veel energie als wanneer je het terugwint. Op dit moment worden veel onderdelen, ook elektronica, versmolten of verbrand.
Hierbij gaan kostbare onderdelen verloren en het proces is vervuilend. We weten dat er waarde in dat afval zit, maar we kunnen de meeste metalen nog niet goed terugwinnen. We proberen hier op kleine schaal te laten zien dat dat op een duurzame manier kan. Het is de bedoeling om dit met chemische technieken te doen die minder belastend zijn voor het milieu.’ En daar heeft iedereen wat bij te winnen want zeldzame grondstoffen zijn niet voor niets zeldzaam, en al helemaal niet onuitputtelijk.

Samenwerking tussen werktuigbouwkunde en chemie

De samenwerking tussen de verschillende vakgebieden vindt Minkenberg heel belangrijk: ‘Want in de samenwerking krijg je sneller de beste antwoorden op complexe vraagstukken. Stel, je pakt weer die printplaat waar je zeldzame metalen of andere bouwstenen uit terug wilt winnen. Als je een reeks printplaten hebt, kan een werktuigbouwkundige een robotarm bijvoorbeeld zo programmeren dat die van iedere printplaat hetzelfde onderdeel afhaalt.

Lodewijk Voorhoeve, Christophe Minkenberg, Alex Uittenbogaard

De chemicus doet een elementanalyse van het onderdeel om een idee te krijgen van de chemische samenstelling, lost het op in een geschikt oplosmiddel en probeert dan elektrochemisch de metalen hieruit individueel terug te winnen. Als er bijvoorbeeld ijzer en zink, twee elementen die elektrochemisch lastig van elkaar te scheiden zijn, in het sample zitten kan de chemicus voorstellen dat de mechatronica-studenten op een slimme manier eerst het ijzer uit het sample halen, zodat de chemicus zich vervolgens kan focussen op het zuiveren van zink.’

En al die mogelijkheden zijn er dus al. In een lokaal op de begane grond staat een aantal van deze robotarmen die
studenten zouden kunnen gebruiken om stappen in de afvalscheiding te automatiseren. Voorhoeve laat zien dat die armen al heel nauwkeurig kunnen werken. Studenten kunnen die armen zo programmeren dat ze repetitieve taken in het proces over zouden kunnen nemen, bijvoorbeeld het verwijderen van een bepaald onderdeel van de printplaat. De armen worden nu nog niet in dit project gebruikt, maar als een volgende groep ze zou willen gebruiken, zijn ze er klaar voor.

Als je een metaal uit de grond wil winnen, kost dat tien keer zo veel energie als wanneer je het terugwint.

In het lab laat Uittenbogaard zien hoe hij stoffen terugwint met elektrochemie. Hij heeft een proefopstelling gemaakt. In een glazen flesje zit een blauwe vloeistof waar koper in is opgelost. Wanneer hij een koperen plaatje in de vloeistof hangt en daar stroom op zet, hechten de koperdeeltjes zich aan elkaar en kan je de koperdeeltjes uit de vloeistof terugwinnen. Dat klinkt logisch en het werkt ook vrij duidelijk. Wanneer hij op een knop drukt, gaat er stroom door de vloeistof heen en binnen een paar seconden wordt het dunne plaatje twee keer zo dik, en is de koper dus uit de vloeistof gehaald.

‘Grondstoffen gaan schaars worden’

Studenten Fenna en Gijs voeren dit soort onderzoeken ook uit in het lab. Ze zitten in het vierde jaar van hun chemieopleiding en hebben voor het urban-miningproject gekozen omdat ze het tof vonden het onderzoek dat ze vorig jaar zijn gestart voort te zetten. Gijs: ‘We hebben nu een heel jaar de tijd om onderzoek te doen, het zou mooi zijn als ik in die tijd wat neer kan zetten waar de volgende groep studenten volgend jaar weer mee door kan.’ Fenna: ‘Ik vind het interessant om over deze complexe afvalstroom na te denken. Het is belangrijk dat er beter gerecycled gaat worden omdat veel grondstoffen schaars worden.’

De studenten hebben hun eigen consumptiegedrag overigens niet aangepast sinds ze aan de minor zijn begonnen. Fenna was altijd al zuinig en dat geldt ook zeker voor Gijs. Hij koopt niet zomaar een nieuwe telefoon omdat z’n oude wat traag is geworden. Ter illustratie trekt hij een telefoon met gebarsten scherm uit z’n zak.

Wat als wij palladium uit e-waste kunnen halen en het aan de commerciële leverancier kunnen aanbieden?

Uittenbogaard hoort het verhaal over de nieuwe telefoon aan en wil graag een persoonlijk frustratiepuntje delen: de werklaptops die de hogeschool aan haar personeel verstrekt. ‘Veel collega’s van mij hebben een gebarsten scherm gehad. Dan zou je denken: dan vervangen ze dat scherm en dan kan de laptop weer gebruikt worden, maar dat is helaas niet zo: het hele ding zit verlijmd en het scherm kan niet gerepareerd worden. Ik begreep van de collega’s van de FIT dat deze laptops sowieso maar drie jaar meegaan. Zitten wij hier te urban minen omdat we het belangrijk vinden voor de toekomst, koopt de HR laptops in die niet gefixt kunnen worden. Er wordt bij het ontwerp van moderne electronica echt niet genoeg stilgestaan bij de mogelijkheden tot reparatie en recycling.’ Staat genoteerd.

Een afnemer vinden

Minkenberg is er trots op dat onderzoek en onderwijs zo goed vervlochten zijn in deze minor en dat studenten van
verschillende opleidingen samenwerken aan projecten. Als het aan hem ligt, voegt hij in de toekomst nog meer studenten van verschillende opleidingen toe. Hij denkt bijvoorbeeld aan (bedrijfs)economen: ‘Waar het echt gaaf wordt, is als we een afnemer kunnen vinden die bijvoorbeeld het palladium dat wij hebben teruggewonnen wil toepassen in een proces.
Palladium zit in omzetkatalysatoren, daar proberen wij het uit terug te winnen. Bedrijven die nu palladium nodig hebben, kopen het in bij een commerciële leverancier. Die wint het vaak “nieuw” uit de aarde. Wat als wij palladium uit e-waste kunnen halen en het aan de commerciële leverancier kunnen aanbieden? Aan welke kwaliteitseisen moet onze teruggewonnen palladium dan voldoen? Wat levert het op? En wat doet onze manier van palladium terugwinnen voor de hele keten? We zitten nog veel te vroeg in het proces om daadwerkelijk te gaan produceren, maar het zijn wat mij betreft zeker opties voor later.’