乳清タンパク質のスポンジを使うことでマザーボードから効率的に金が回収できる

電子廃棄物から金属をリサイクルするには、多くの電力と高価な機械を必要とし、非常にコストのかかるプロセスとなっているのが現状だ。しかし、ETH Zurichの研究者らは、電子廃棄物から金を回収するためのエネルギー消費を大幅に削減できる画期的なリサイクル・プロセスを考案した。研究者らは、食品副産物である乳清タンパク質を利用する事で、20枚のマザーボードから約450mgの金を抽出できることを発見した。そしてこの方法ならば、1ドルのコストで50ドルの利益が得られるという。

この有機物は、乳製品の副産物である乳清タンパク質の形で得られる。健康科学技術学部の科学者Raffaele Mezzenga氏は、乳清タンパク質から作られた有機スポンジが、電子部品から金属を抽出するのに非常に優れていることを発見した。このスポンジを作るために、科学者たちは乳清タンパク質を酸性浴と高温下で変性させ、物質がゲル状になるようにした。その後、科学者たちはゲルを乾燥させ、乳清タンパク質のフィブリルからスポンジを作った。

しかし、スポンジを使用する前に、電子廃棄物を準備しなければならない。まず、電子廃棄物を酸浴に溶かして金属をイオン化し、次にスポンジを金属イオン溶液に入れる。スポンジを金属イオン溶液に入れると、イオン化した金属が、まるで磁石が金属くずを拾い上げるように、タンパク質のスポンジにくっつく。Mezzenga氏のチームは、ほとんどの金属イオンはスポンジに付着できるが、金イオンはより効率的に付着することを発見した。

最後に、スポンジから貴金属を抽出するために、プロテインスポンジを金イオンがフレーク状になり、スポンジから簡単に取り出せる温度まで加熱する。テストの結果、チームは、この方法で20枚のマザーボードから約450mgの金を抽出できることを発見した。すべての金は溶かされ、金91％、銅9％からなる金塊となり、22カラットに相当した。

Mezzenga氏のプロテイン・スポンジは多くの可能性を秘めている。前述のように、科学者の計算では、原料の調達コストと抽出プロセス全体のエネルギーコストは、回収できる金の価値の50分の1である。この技術が大量生産されれば、抽出プロセスの有機的性質により、リサイクル工場の電力需要を大幅に削減できるはずである。

また、この方法は環境面でも優れている。従来の活性炭を使って電子廃棄物から1gの金を回収した場合、約116gの二酸化炭素が発生するが、プロテインファイブリルスポンジの二酸化炭素排出量は少なく、温室効果ガスの排出量は約87gである。活性炭の環境負荷が高い主な理由は、スポンジよりも吸着容量が低いことと、再生不可能な燃料源に起因する製造時のエネルギー消費量の多さである。

金を抽出するこれまでの試みには、拡張性などの欠点があった。

乳清は動物性タンパク質であるため、タンパク質繊維スポンジは活性炭よりも生態系にダメージを与える可能性が高い。そのため研究者たちは、ホエイの代わりにエンドウ豆やジャガイモ由来のタンパク質など、植物由来のタンパク質を使用できないか検討する予定である。

研究者たちは、この技術を市場に投入する準備を整える予定である。電子廃棄物は金を抽出するための有望な出発点であるが、研究者たちはマイクロチップ製造や金メッキ工程から出る産業廃棄物など、他のものにも目を向けている。

論文

Advanced Materials: Gold Recovery from E-Waste by Food-Waste Amyloid Aerogels

参考文献

ETH Zurich: Turning waste into gold

研究の要旨

電子廃棄物からの金回収の需要は、その最も多様な技術的用途における広範な使用により、着実に伸びている。現在の金回収方法は資源を大量に消費するため、より効率的な抽出材料の開発が必要である。本研究では、電子廃棄物からの金回収のための新規吸着材として、乳製品産業の副産物であるホエー由来のタンパク質アミロイドナノフィブリル（AF）を探索する。そのために、AFエアロゲルを調製し、廃電気電子機器（e-waste）に含まれる他の金属に対する金吸着能と選択性を評価した。その結果、AFエアロゲルの金吸着容量(166.7 mg g^-1)と選択性は顕著であり、金回収のための効率的な吸着剤であることが示された。さらに、AFエアロゲルは、(111)面に沿った金イオンの成長により、金イオンを単結晶フレークに変換する効率的なテンプレートである。コンピュータのマザーボードを適切な溶媒で溶解して得られるe-waste溶液から金を回収するためのテンプレートとして使用すると、このプロセスでは、微量の他の金属を含む≈90.8 wt%の金（21-22カラット）で構成される高純度の金塊が得られる。このプロセスのライフサイクルアセスメントと技術経済分析は、最終的に、電子廃棄物からの金回収のための環境に優しく経済的に実行可能なアプローチとして、食品サイドストリームからのタンパク質ナノフィブリルエアロゲルの可能性を確固たるものにした。