TECHNIEK  
Aquarama 84 – juni 2019

Kobalt en consoorten, een verborgen schat

Er is een tendens grondstoffen die in water zijn terechtgekomen, te recupereren en opnieuw te benutten. Dat geldt ook voor metalen, onder meer voor een bijzondere categorie: de ‘kritieke grondstoffen’. Het zijn stoffen met enorm economisch belang. De EU investeert in technologieën die ze uit afval, onder meer afvalwater, recupereert.

De kritieke grondstoffen omvatten inmiddels 27 materialen. Een deel komt uit de platinagroep en omvat, onder meer, platina, palladium en rhodium. Een ander deel zijn zeldzame aardmetalen zoals neodymium en scandium. Andere elementen, zoals kobalt en indium, behoren eveneens tot die groep. De kritieke grondstoffen spelen een cruciale rol bij de productie van onder meer smartphones, laptops, katalysatoren, windturbines, fotovoltaïsche panelen, elektrische auto’s en dito fietsen.

Het overgrote deel van de zeldzame aardmetalen wordt uit China aangevoerd. Dat geeft uitdagingen voor Europa, dat nauwelijks over eigen bronnen beschikt. Prof. dr. ir. Gijs Du Laing, Universiteit Gent: “En de platinagroepelementen? Die worden voor het grootste deel aangeleverd door bijvoorbeeld Zuid-Afrika en Rusland. Ook daarvoor is het bevoorradingsrisico groot. In Europa groeit de interesse te weten hoeveel daarvan in afvalwater en andere afvalstromen zit, met het oog op recuperatie ervan.”

Sectoren met potentieel

Gijs Du Laing vermeldt enkele van de industrietakken waar recuperatie van kritische grondstoffen interessant is of kan worden. “Een sector die veel potentieel biedt, is de chemische industrie die metalen gebruikt als katalysator om bepaalde plastics te synthetiseren. Ze gebruiken daar vaak kobalt, rhodium of palladium voor. Potentieel is er eveneens bij afvalwaters van sectoren die elektronica produceren, en van deze die ertsen en metaalbevattende afvalstromen verwerken en recycleren. Dan zijn er nog de bedrijven die aan oppervlaktebehandeling van metalen doen, bijvoorbeeld lakken van metalen in de automobielsector. Nu al gebeurt het dat slib wordt gecollecteerd en verbrand, en dan onder andere kobalt wordt gewonnen uit de as. Voorts wordt palladium en zilver gerecupereerd uit afvalwater van spiegelfabrieken. Er zijn nog tal van voorbeelden te noemen.”

Uitdagingen

Er kleven enkele uitdagingen aan de recuperatie. “Momenteel worden afvalwaters vooral getest op metalen die toxisch zijn en waarvoor lozingsnormen bestaan. Zeldzame aardmetalen en platinagroepelementen horen daar meestal niet bij. Daardoor is er nog weinig info over concentraties van die elementen in water. Ook gaat het om lage concentraties: hoog in het productieproces dikwijls gram of milligram per liter water, end-of-pipe bijvoorbeeld microgram per liter, met daarbovenop nog de moeilijkheid dat het daar vaker gaat om mengsels. Voorts is een uitdaging de variabiliteit in concentraties. Zo is mogelijk dat we op een dag kobalt meten in afvalwater van een chemische fabriek, en dat we er enkele weken nadien plots geen meer aantreffen. Wat ook de zaken kan bemoeilijken, is de variabele afnameprijs. De prijs van een kritisch metaal kan in een jaar tijd gemakkelijk verdrievoudigen of net in prijs terugvallen.”

“Er zijn nog tal van sectoren te noemen waar recuperatie van kritische grondstoffen interessant is of kan worden.”

Precipitatie

Diverse recuperatietechnieken halen metalen uit water en komen ook in aanmerking voor de meer kritische grondstoffen. Gijs Du Laing: “Enkele processen die al gebruikt worden, zijn gebaseerd op precipitatie, neerslaan dus, als hydroxide. Dat is enkel geschikt voor hoge concentraties van metalen, meer dan één gram per liter. Een alternatief is de metalen als sulfiden neer te slaan. Dat is geschikt voor meer verdunde oplossingen. Die methode wordt momenteel al gebruikt voor afvalwaters die vrijkomen in mijnbouw, elektroplating en basisraffinage van metalen. Om redenen van duurzaamheid is ook sulfideprecipitatie via een biologisch proces ontwikkeld. Een Nederlandse bedrijf biedt zo’n oplossing met biologische sulfideprecipitatie aan. Hun technologie wordt onder meer ingezet door een firma die daarmee zink uit haar afvalwater recupereert.”

Adsorptie en elektrowinning

Dan zijn er nog technologieën die voorlopig minder vaak worden gebruikt maar waar Gijs Du Laing potentieel in ziet: adsorptie of ionenuitwisseling, en elektrowinning. “Als je adsorbentia wil gebruiken om metalen te recupereren en je gaat voor duurzaamheid, kan je er ontwikkelen die vele malen herbruikbaar zijn. Of je kan streven naar goedkope biogebaseerde adsorbentia: dan kan je de beladen exemplaren achteraf verkopen aan een smelter, die ze meeneemt als ze ander afval smelten om er metalen uit te herwinnen. Selectiviteit is bij recuperatie echter heel belangrijk. Voor de screening van zo’n adsorbentia zijn we dan ook een geautomatiseerd platform aan het ontwikkelen. Als morgen iemand met een nieuw type afvalwater komt en geschikte adsorbantia zoekt, kunnen we deze daarmee vrij snel vinden. Ook elektrowinning is duurzaam: daarvoor heb je in principe enkel elektriciteit nodig en die kan op een groene wijze geproduceerd worden. De metalen slaan dan neer op elektroden.”

Rechtstreekse productie

In plaats van enkel metalen te recupereren kan je ook, rechtstreeks uit afvalwaters, waardevolle, metaalbevattende producten aanmaken: “Bijvoorbeeld kan je met micro-organismen nanopartikels van metalen neerslaan. Stel dat je op die manier zilvernanopartikels produceert, dan kunnen die bijvoorbeeld gebruikt worden als desinfectans. En als je platinum- of palladiumpartikels neerslaat, kan je die gebruiken als katalysator om micropolluenten af te breken.”

Verdienmodellen

Gijs Du Laing krijgt regelmatig de vraag uit het bedrijfsleven of het zinvol is metalen uit afvalwater te recupereren. “Ik stel vast dat er nog maar weinig worden gerecupereerd. Ofwel zit je met kleine volumes, of de prijs van het metaal is laag. Maar als er sowieso een nood aan sanering is en bepaalde metalen, al dan niet kritieke grondstoffen, niet in het milieu mogen, kan je nagaan of je die metalen ook kan recupereren en vermarkten; dat zal eerder economisch interessant blijken.”

Misschien is er ook nood aan wat meer ondernemerschap ter zake, mijmert hij. Zo ontdekten hij en collega’s een adsorbens dat platinumvormen adsorbeert uit urine van kankerpatiënten die chemotherapie ondergingen. “Momenteel wordt die urine geloosd in het toilet”, legt hij uit. “Stel dat iemand met een filtertje de platina uit de urine haalt en de filters collecteert. Er zullen vast wel bedrijven zijn actief in verwerking en recuperatie van waardevolle metalen, zoals Umicore, die geïnteresseerd zijn de platina uit die filters te halen. Neem bijvoorbeeld een groot ziekenhuis, waar 2.000 à 3.000 zulke behandelingen per jaar plaatsvinden. Daar zou je voor ongeveer 10.000 euro per jaar aan platina kunnen recupereren. De inzameling kan bijvoorbeeld gebeuren samen met die voor gebruikte batterijen. Maar ook hier zijn er risico’s; bijvoorbeeld valt niet uit te sluiten dat binnen een paar jaar geen platina meer gebruikt wordt in kankerbehandeling. Iemand die in zo’n domein actief wil worden, doet er dus goed aan niet alle eieren in één mand te leggen.”

Door Koen Vandepopuliere

“Een sector die veel potentieel biedt, is de chemische industrie die metalen gebruikt als katalysator om bepaalde plastics te synthetiseren”, vertelt prof. Dr. ir. Gijs Du Laing.