Abfälle aus der Halbleiterindustrie gelten gemeinhin als kostspieliges Entsorgungsproblem und Umweltrisiko. Doch was wäre, wenn man diese Abfälle in eine wertvolle Ressource umwandeln könnte?
In einer spannenden Entwicklung haben Forscher der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) und des Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) eine umweltfreundliche Methode zur Extraktion seltener Metalle aus Halbleiterabfällen vorgestellt. Dieser innovative Ansatz gewinnt nicht nur wertvolles Wolfram zurück, sondern bewertet auch dessen wirtschaftliche Rentabilität und bietet eine nachhaltige Lösung für das Abfallmanagement in der Technologiebranche.
Professor Jeehoon Han von der Fakultät für Chemieingenieurwesen arbeitete zusammen mit dem Doktoranden Yoonjae Lee und dem Alumnus Hyunseo Choi mit Dr. Soonchun Chung und Dr. Joonsong Park von SAIT zusammen, um ein umweltfreundliches und kostengünstiges Verfahren zur Wolframrückgewinnung zu entwickeln. Ihr Forschung wurde als zusätzliches Cover gezeigt in ACS Nachhaltige Chemie und Technik.
Wolfram wird häufig in der Elektronik-, Halbleiter-, Luftfahrt- und Automobilindustrie verwendet. Angesichts seiner Seltenheit und der begrenzten Zahl von Ländern, in denen es abgebaut werden kann, ist die Forschung zur Rückgewinnung von Metallen aus Industrieabfällen zunehmend wichtig geworden.
Um sich auf die Erschöpfung dieser Metallressourcen vorzubereiten, ist die Rückgewinnung von Metallen aus Industrieabwässern von entscheidender Bedeutung. Industrieabwässer können, wenn sie nicht richtig behandelt werden, die Wasserqualität und den Boden stark beeinträchtigen, sodass dieses Forschungsgebiet eine vielversprechende Lösung sowohl für die Ressourcenrückgewinnung als auch für den Umweltschutz darstellt.
In dieser Studie nutzte das Forschungsteam Biolaugung, um Wolfram aus Abwasser der Halbleiterherstellungsindustrie zu gewinnen, und bewertete die wirtschaftliche Machbarkeit der Technologie. Mikroorganismen, die aus Metallen die für ihr Überleben und Wachstum notwendige Energie gewinnen können, lösen mit ihren natürlichen Fähigkeiten Metalle aus Erzen oder Abfällen. Diese Methode hat im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Prozessen eine geringere Umweltbelastung und kann Metalle mit relativ geringem Energie- und Kostenaufwand extrahieren.
Die Forscher nutzten den Pilz Penicillium simplicissimum, der häufig in Erde, Luft und Pflanzen vorkommt, um Wolfram und andere Metalle aufzulösen. Nach der Biolaugung gewannen sie Wolfram aus der Lösung mithilfe von zwei Reinigungsverfahren: Adsorption-Desorption auf Aktivkohlebasis und Ammoniumparawolframat-Fällung (APT).
Die wirtschaftliche Analyse ergab, dass das Adsorptions-Desorptionsverfahren auf Aktivkohlebasis etwa 7 % günstiger war als das Niederschlagsverfahren. Die Studie ergab, dass die Verbesserung der Anpassung und des Wachstums mikrobieller Stämme sowie die Verkürzung der Reaktionszeit entscheidend für die Verbesserung der Prozesseffizienz waren.
Die Forschungsergebnisse bestätigten die wirtschaftliche Machbarkeit eines umweltfreundlichen Verfahrens zur Behandlung von Abwässern aus der Halbleiterindustrie und unterstrichen dessen Bedeutung für die Vermeidung von Umweltverschmutzung und das Recycling von Ressourcen.
Professor Jeehoon Han von POSTECH betonte: „Unsere Studie zeigt die wirtschaftliche und industrielle Machbarkeit eines umweltfreundlichen Biolaugungsprozesses zur Wolframgewinnung.“
Dr. Soonchun Chung von SAIT fügte hinzu: „Unser Ziel ist es, die Wirtschaftlichkeit dieses Prozesses durch die Entwicklung hocheffizienter mikrobieller Stämme zu steigern.“
Mehr Informationen:
Yoonjae Lee et al., Wirtschaftliche Machbarkeitsbewertung des auf Biolaugung basierenden Wolframrecyclings aus Abfällen der Halbleiterindustrie, ACS Nachhaltige Chemie und Technik (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c02941