Het scheiden van zeldzame aardmetalen uit as dat vrijkomt bij de verbranding van steenkool is goedkoper, makkelijker en milieuvriendelijker dan ze winnen uit mijnen.

Zeldzame aardmetalen die nodig zijn voor smartphones en elektrische auto’s zijn uit kolenafval te winnen, in plaats van uit de grond.

Vanwege hun nuttige magnetische en elektronische eigenschappen worden de metalen veel gebruikt. Ze zitten bijvoorbeeld in touchscreens van telefoons, elektrische motoren, windturbines en andere moderne technologieën. Dat terwijl nog maar kort geleden weinig chemici bekend waren met neodymium, europium, terbium en andere zeldzame aardmetalen. Het mijnen van deze materialen is duur en inefficiënt: grote hoeveelheden land moeten uitgegraven worden om lage hoeveelheden te winnen.

Op jacht naar geluk
LEES OOK
Op jacht naar geluk

Vliegas

Scheikundige James Tour van de Rice-universiteit in de Verenigde Staten bedacht met collega’s een manier om de metalen te recyclen uit ‘vliegas’. Dat is een fijn zwart poeder dat overblijft bij de verbranding van steenkool in energiecentrales.

Ze ontwikkelden een techniek genaamd flash joule heating. Hierbij verpakken zij de as in een buisje gemaakt van kwarts – een van de meest voorkomende mineralen in de aardkorst. Dat zetten ze gedurende een seconde onder hoge stroom, waardoor het geheel tot 3000 graden Celsius opwarmt.

Die snelle verwarming zorgt ervoor dat microscopisch kleine glazen bolletjes in de as openscheuren, waarin zeldzame aardmetalen zitten. Daarnaast worden metaalfosfiden (metalen gebonden aan fosfor) omgezet tot metaaloxides (metalen gebonden aan zuurstof). De metaaloxides zijn makkelijker te scheiden met zwakke zuren.

Neodymium, een zeldzaam aardmetaal. Bron: Wikimedia/Tobias Meints/CC-BY-SA-4.0

Ook andere toepassingen

Na decennia kolen verbranden hebben we ‘letterlijk bergen’ van vliegas, zegt Tour. Daarom zou de scheidingsmethode een grote hoeveelheid zeldzame aardmetalen uit de as kunnen opleveren, ondanks het feit dat een ton vliegas ongeveer een halve kilo zeldzame aardmetalen bevat.

De onderzoekers laten ook zien dat hetzelfde proces zeldzame aardmetalen kan scheiden uit elektronisch afval, en zogenoemde ‘rode modder’. Dat laatste is het afval dat ontstaat bij aluminiumproductie.

Bij het verwarmingsproces komen ook giftige zware metalen vrij, maar die kunnen makkelijk gescheiden blijven, zegt Tour. De rest van de as die overblijft kan nog nuttig zijn in beton, zegt hij.

De technologie staat nu op naam van een bedrijf genaamd Universal Matter. Dat bedrijf gaat het proces doorontwikkelen om de metalen op commerciële schaal te produceren.