Найдено перспективное решение для переработки электрических кабелей

Спрос на электронику привёл к значительному увеличению электронных отходов. В 2022 году было произведено около 62 миллионов тонн электронных отходов, что на 82% больше, чем в 2010 году. Прогнозы показывают, что к 2030 году эта цифра может вырасти до 82 миллионов тонн.

Электронные отходы содержат ценные материалы, такие как металлы, полупроводники и редкие элементы, которые можно использовать повторно. Однако в 2022 году только 22,3% электронных отходов были надлежащим образом собраны и переработаны, а оставшиеся материалы, оцениваемые почти в 62 миллиарда долларов, были выброшены на свалки.

Несмотря на то, что усилия по улучшению переработки электронных отходов продолжаются, этот процесс остается трудоемким, и значительная часть электронных отходов экспортируется в развивающиеся страны, где дешевая рабочая сила поддерживает неформальные методы переработки, связанные с опасными химическими веществами.

В исследовании, опубликованном в журнале RSC Advances 20 сентября 2024 года, исследователи из Софийского университета в Японии и Павийского университета в Италии разработали новый метод пиролиза с использованием микроволн, который обеспечивает доступный и эффективный способ переработки электрических кабелей.

Данный метод позволяет обугливать ПВХ-изоляцию и обнажать медный провод, не повреждая его, что позволяет легко производить восстановление без образования высокотоксичных побочных продуктов.

«Кабели VVF обычно используются в качестве силовых кабелей в домах и зданиях и имеют высокую ценность для повторного использования среди электронных отходов. Наш метод подходит для переработки и восстановления электронных отходов, содержащих металлы, и не требует предварительной обработки для отделения пластика от металлов», — говорит профессор Сатоши Хорикоши из Софийского университета, один из ведущих авторов исследования.

Исследователи поместили двухжильные силовые кабели VVF, содержащие два медных провода, покрытых ПВХ-изоляцией, в стеклянный реактор и подвергли их воздействию микроволнового излучения мощностью 100, 200 и 300 Вт. Для предотвращения возгорания в процессе пиролиза в реактор был введен азот. Они протестировали стандартный кабель VVF длиной 54 см и нарезали куски кабеля разной длины (1 см, 6 см, 9 см, 12 см и 18 см).

Интересно, что эффективность пиролиза варьировалась в зависимости от длины кабеля относительно длины волны микроволн , которая составляла приблизительно 12,24 см на частоте 2,45 ГГц.

Пиролиз был наиболее эффективен в кабелях, длина которых соответствовала определенным долям длины волны. Кабели длиной 9 см (около 3/4 длины волны) и 18 см (длиннее длины волны) начали пиролиз через 60 секунд при 100 Вт. Напротив, более короткие длины, такие как кабель длиной 3 см (около 1/4 длины волны), требовали более высокой мощности (200 Вт) для начала пиролиза. Другие длины, такие как 1 см, 6 см и 12 см (целые или почти целые длины волны), не показали пиролиза даже при 300 Вт.

Пластики сами по себе не поглощают микроволны, но кабели длиной 9 см и 18 см подверглись пиролизу по нескольким причинам. Во-первых, при такой длине медные провода действовали как антенны, поглощая микроволновое излучение и создавая электрические дуговые разряды, которые нагревали ПВХ, не расплавляя медь.

Во-вторых, электрическое поле было сильнее и концентрировалось на концах и в центре этих проводов. 9-сантиметровый провод имел напряженность электрического поля примерно в два раза больше, чем 3-сантиметровый провод, что приводило к более быстрому и локализованному нагреву. В-третьих, по мере нагревания и карбонизации ПВХ он стал лучше поглощать микроволны, что ещё больше ускорило процесс пиролиза.

В процессе пиролиза ПВХ-изоляция подвергалась быстрому дихлорированию и карбонизации, что эффективно предотвращало образование вредных побочных продуктов, таких как смола, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и диоксины.

«Хлор можно перерабатывать в соляную кислоту ; полученные углерод и активированный уголь можно извлекать в виде сажи», — говорит профессор Хорикоши.

Поскольку микроволны способны нагревать и разрушать провода, длина которых превышает длину их волны, кабель VVF длиной 54 см полностью пиролизуется всего за 12 минут под воздействием излучения мощностью 300 Вт, при этом медный провод остается целым и неповрежденным.

В настоящее время перерабатывается только около 35% ПВХ-изоляции. Этот метод пиролиза с использованием микроволн предлагает более эффективный и менее трудоемкий способ извлечения медных проводов из ПВХ-кабелей, улучшая процесс переработки и решая растущую проблему электронных отходов.

Контакты, администрация и авторы