Sử dụng vi khuẩn để xử lý chất thải điện tử độc hại

Rác thải điện tử

Hàng năm trên khắp thế giới, rác thải điện tử bao gồm máy điện thoại, máy tính bảng và các thiết bị điện tử khác, có khối lượng tương đương với tất cả các máy bay thương mại từng được sản xuất, hay bằng 5.000 lần khối lượng tháp Eiffel. Trong số 44,7 triệu tấn rác thải điện tử (thường được viết tắt là “e-rác”) được sản xuất trên khắp thế giới vào năm 2017, 90% được đưa đến bãi chôn lấp, thiêu hủy hoặc buôn bán bất hợp pháp.

Châu Âu và Mỹ chiếm gần một nửa trong số này - EU được dự tính chỉ riêng trong năm 2020, sẽ thải 12 triệu tấn. Nếu không có biện pháp để giải quyết vấn đề này, thế giới ước tính sẽ thải hơn 120 triệu tấn hàng năm trước năm 2050. Các nước giàu ở Châu Âu và Bắc Mỹ xuất khẩu phần lớn rác thải điện tử của họ sang các nước đang phát triển ở Châu Phi và Châu Á. Phần lớn chất này sẽ tích tụ trong các bãi chôn lấp, nơi các kim loại độc hại thoát ra ngoài và xâm nhập vào nguồn nước ngầm và chuỗi thức ăn, đe dọa sức khỏe con người và môi trường.

Kho báu từ rác thải

Thật trớ trêu khi những ngọn núi rác thải điện tử được thu gom ở những nơi nghèo nhất trên thế giới lại thực sự là một kho báu, chứa các kim loại độc hại nhưng thực sự rất có giá trị. Để tưởng tượng, có thể lấy ví dụ, mỗi năm lượng vàng và bạc có trị giá 21 tỷ USD được sử dụng để sản xuất các thiết bị điện tử mới. Rác thải điện tử được cho là chứa 7% vàng của thế giới và có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm mới nếu nó có thể được tái chế một cách an toàn.

Với giá trị ước tính khoảng 62,5 tỷ USD mỗi năm, lợi ích kinh tế của việc tái chế rác thải điện tử là rất rõ ràng. Và nó sẽ giúp đáp ứng sự thiếu hụt các nguồn tài nguyên thiên nhiên mới cần thiết cho việc sản xuất các sản phẩm mới. Một số thành phần trên bảng mạch in - về cơ bản là bộ não của máy tính - là nguyên liệu thô mà nguồn cung cấp chúng có nguy cơ rủi ro cao.

Các nguyên tố khác được tìm thấy trong thiết bị điện tử được coi là một số nguyên tố có nguy cơ thiếu hụt nhất bảng tuần hoàn và sẽ cạn kiệt trong thế kỷ tới. Người ta ước tính, với xu hướng sử dụng tài nguyên thiên nhiên như hiện nay, các nguồn indium tự nhiên sẽ cạn kiệt trong khoảng 10 năm, bạch kim trong 15 năm và bạc trong 20 năm nữa.

Giải pháp

Việc khôi phục những vật liệu này khó hơn chúng ta tưởng. Luyện kim và thủy luyện là công nghệ hiện nay được sử dụng để chiết xuất và tái chế kim loại từ chất thải điện tử. Chúng liên quan đến nhiệt độ cao và hóa chất độc hại, và do đó cực kỳ có hại cho môi trường. Chúng đòi hỏi nhiều năng lượng và cũng tạo ra một lượng lớn khí độc, tạo ra nhiều ô nhiễm hơn và để lại một lượng lớn khí thải carbon.

Các nhà khoa học công nghệ sử dụng một quy trình gọi là làm sạch sinh học bằng cách dùng vi khuẩn không độc hại để chiết xuất và tái chế các kim loại từ chất thải điện tử. Về bản chất, đó là quá trình sử dụng vi sinh vật để oxy hóa kim loại, tạo ra các hợp chất hòa tan, đã tồn tại như một giải pháp cho vấn đề này từ thời Đế chế La Mã. Ngành công nghiệp khai thác hiện đại trong nhiều thập kỷ đã ứng dụng các cơ thể vi sinh - chủ yếu là vi khuẩn và một số nấm - để chiết xuất kim loại từ quặng.

Các vi sinh vật biến đổi kim loại về mặt hóa học, khiến nó không bị dính vào đá xung quanh và cho phép nó hòa tan trong một dung dịch vi sinh, từ đó kim loại có thể được phân lập và tinh chế. Tẩy rửa sinh học đòi hỏi rất ít năng lượng và do đó tạo ra một lượng khí thải carbon nhỏ, không sử dụng hóa chất độc hại, thân thiện với môi trường và an toàn.

Mặc dù nó hữu ích như thế nào, cho đến nay, việc áp dụng phương pháp làm sạch sinh học đối với rác thải điện tử là một mục tiêu chủ yếu mang tính học thuật. Nhưng một số nhóm nghiên cứu đang nỗ lực áp dụng phương pháp ưu việt này ở quy mô công nghiệp. Người ta đã tìm ra cách chiết xuất đồng từ bảng mạch máy tính bị loại bỏ bằng phương pháp này và tái chế thành các bản mỏng chất lượng cao.

Các kim loại khác nhau có những tính chất khác nhau, do đó phải liên tục phát triển các phương pháp mới. Việc chiết xuất kim loại bằng phương pháp tẩy rửa sinh học, mặc dù không gây ô nhiễm, nhưng cũng chậm hơn so với các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, rất may, kỹ thuật di truyền đã cho thấy chúng ta có thể nâng cao hiệu quả của các chủng vi khuẩn đặc biệt trong việc tái chế xanh.

Sau thành công trong việc tái chế kim loại từ máy tính bị loại, các nhà khoa học đang thử các loại rác thải điện tử khác, bao gồm cả pin điện. Tuy vậy, phát triển các kỹ thuật tái chế tốt hơn chỉ là một phần của vấn đề. Đối với một nền kinh tế hoàn toàn tuần hoàn, việc tái chế nên bắt đầu với các nhà sản xuất và nhà máy. Thiết kế các thiết bị dễ tái chế hơn và giải quyết văn hóa vứt bỏ nhằm xử lý vấn đề ngày càng bức bách bằng sự thờ ơ, đều quan trọng như nhau trong việc làm chậm trận sóng thần đang ập tới.