Алхимики древности мечтали создать философский камень, который любой металл может превратить в золото. Сейчас философский камень может и не понадобится, достаточно просто заглянуть на полку, где пылятся ваши старые устройства, и вы обнаружите там кладезь драгоценностей.
О чём это я? О ценных металлах в ваших устройствах. И речь идёт не только о современных гаджетах. В Германии, по некоторым подсчетам, на полках пылится 180 миллионов Евро, которые спрятаны в недрах старых мобильных телефонов. И это без учёта ПК, планшетов, телевизоров и многих других! А что, если я вам скажу, что в 40 старых мобильниках содержится золота, столько же сколько в тонне золотой руды! А количество драгоценных металлов в устройствах может достигать 8 наименований. И оказывается, это очень интересная область, создавшая целую индустрию кладоискателей.
Сейчас мы расскажем зачем нужно золото и прочие драгметаллы в любом вашем устройстве. Как они там появились и хватит ли запасов человечеству, чтобы продолжать выпускать гаджеты в том же объёме? И конечно, как добыть золото из вашего смартфона?
Матчасть или Зачем вообще нужны драгметаллы в устройстве?
Любому устройству необходимо питание электричеством. Более того, части нашего устройства, надо соединять между собой, чтобы они питали друг друга. Чтобы организовать такую кровеносную систему в устройстве, нам нужны проводники.
Проводник, это вещество которое может пропускать через себя электрический ток. Из металлов с проводимостью и делают эту самую кровеносную систему смартфона. У различных металлов, в которые входит и золото и серебро, атомы располагаются в виде так называемой кристаллической решётки.
У таких “решёток” есть одинокие электронны. У них есть свойство, что при малейшем электромагнитном воздействии, они образуют поток направленных заряженных частиц. Напомню, что заряженая частица, обладает электрическим зарядом. Если переводить на человеческий, воздействие на металлы может быть небольшим, но они всё равно будут лучше проводить электричество. И ещё одно важное свойство. Когда ток проходит по таким металлам, с кристаллической решёткой, почти не происходит переноса частиц вещества между проводниками. Иными словами, если через условное золото проходит ток, а рядом находится аллюминий, они не сварятся в один слиток. А если бы сварились, то тогда пришли бы в негодность. Точнее они могут перетекать друг в друга, но это очень долгое явление. Такое свойство называют диффузией. И это всё, что нам надо об этом знать.
И тут возникает проблема. Металлов великое множество и каждый обладает определённым порогом проводимости и определённым строением кристаллической решётки. Называется это — удельная проводимость. Выходит что не каждый металл можно запихнуть в iPhone. Как же выяснить, что лучше нам подходит?
Вычисляют удельную проводимость с помощью специального устройства — микроомметра. Единицу электропроводности обозначают с помощью специального обозначения — сименс (См). Да, вы не ослышались. У нас есть ещё компания с таким названием, которая подарила нам легендарный телефон А35! А удельную проводимость обозначают так — сименс на метр (См/м). Если бы у нас был микроометр, и мы начали им тыкать различные металлы, то он бы выдал нам такие результаты:
Чем меньше значение, тем лучше удельная проводимость. В первой четвёрке мы видим самые популярные металлы, которые используют в микроэлектронике. Серебро, медь, золото, алюминий.
Условное олово или железо тоже обладают проводниковыми свойствами, но значения говорят сами за себя. Драгоценные металлы обладают превосходной электропроводностью. И ещё один важный плюс драгметаллов, это их способность противостоять нагреву. Теперь мы имеем представление, что такое проводник и почему в наших телефонах используют драгоценные металлы.
Давайте тезисно посмотрим на примере iPhone:
1. Камера – посмотрите на фотографию матрицы камеры. Она приближена в несколько раз, видите золотые защёлки? Это ничто иное как контакты или проводники, которые соединяют камеру с платой и обеспечивают бесперебойное питание этого важного узла.
2. Батарея – В ней не содержится золота, но есть Литий, который в современном мире даже важнее. Ведь любой перезаряжаемый аккумулятор использует Литий как основу для таких батарей. Да и цена на рынке на этот металл растёт из года в год, и ему предрекают попадание в пантеон драгоценных металлов.
3. Процессор – здесь также используются в качестве проводников золото, серебро и платина. Эти металлы способствуют более медленному нагреванию и вследствие увеличивают или сохраняют производительность устройства.
4. Материнская плата – Если процессор — это сердце, то материнская плата это и скелет, и кровеносная система нашего смартфона. Тут количество драгметаллов распространено больше всего. Принцип всё тот же – золото и серебро участвуют в качестве контактов между транзисторами, составными частями, которые передают между собой электрический ток. А ещё с помощью серебра происходит пайка составных частей к плате. Встречается медь и вольфрам, они тоже помогают энергообмену. Есть ещё тантал, он используется для регулирования электрических потоков в устройстве.
У нас осталось много частей в смартфоне: динамики, микрофон, корпус, стекло, пластиковые детали. Они тоже содержат уйму полезных металлов, но всё же они не драгоценные. Хотя перерабатывают и их тоже.
Хорошо, мы выяснили, как много драгметаллов в устройстве, и где они находятся в устройстве. Транзисторы, микросхемы, материнские платы, конденсаторы, провода, вилки на этих проводах, всё, что участвует в процессе передачи энергии.
Мы используем много драгоценных металлов для наших устройств и их нужно ещё больше! Российский математик Сергей Блинов на основе данных в открытых источниках, посчитал сколько килограмм, человечество добыло за 500 лет.
Как мы видим, начиная с 1970-х годов, добыча увеличивается по экспоненте. Это связано с тем, что культура потребления растёт, появляются сложные устройства, которые требуют внутри себя много качественных проводников. Где же раздобыть такое количество золота?
К началу 2000 года, общие накопления человечества добытого золота, составили 150 тысяч тонн золота. Из них уже тогда, примерно 17 тысяч тонн, использовали для электронной промышленности.
Добыча и ограниченное количество на Земле
Где их добывают и на сколько это сложно? Добыча происходит в огромных карьерах, которые роют на сотни метров в глубь. Это огромные предприятия, на них трудятся тысячи человек. Грунт роют, дробят, моют и в результате, отсеивают всё лишнее, получают нужный металл.
Самые главные драгоценные металлы золото и серебро добывают уже тысячи лет. Самая популярная теория появления наших запасов, это астероидная бомбардировка нашей планеты 4 миллиарда лет назад. Дабы не перегружать вас информацией, данные которые будут далее, дам по добыче золота, так как это самый популярный драгметалл.
Посмотрите на график по добыче массы золота за 2015 год. Основное количество всех запасов золота, добывает Китай. Не удивительно с их объёмами производства сложной техники. Россия в разных периодах была и на втором, и на третьем месте, но всегда на лидирующих позициях. Вообще в нашей необъятной, и в этом сходятся многие геологи, находятся самые большие запасы золота в мире. Но вот с добычей как-то не сложилось, есть мнение, что это из-за расположения руд, они находятся в труднодоступных местах Сибири.
Аппетиты общества растут. Мы строим суперкомпьютеры, огромные космические телескопы, не говоря уже о том, что у каждого человека есть смартфон в кармане, который обновляют чуть ли не ежегодно. Все они требуют проводников из золота и серебра, аккумуляторных батарей из лития и корпусов из алюминия. Добавим к этому что, человечество не может себе позволить бесконечно добывать драгоценные металлы, когда-то они исчезнут. Посмотрим на примере меди: к 2100 году, согласно расчётам академиков РАН Бортникова и Похиленко, мир исчерпает все свои запасы меди к 2100 году. Из за этого может случится коллапс на производствах по всему миру. Неутешительные прогнозы почти по всем полезным ископаемым, включая драгметаллы.
Чистая математика и здравый смысл — объёмы потребления растут, а вот пополнения на нашей Земле не происходит.
Поэтому собрать старую технику и использовать ее для производства новой — звучит как очень неплохая идея.
Повторное использование драгметаллов и как это происходит?
Ежегодный доклад Global E-Waste Monitor, который собирает информацию об утилизации и брошенной технике в мире, рапортует: в мире сейчас скопилось 53 миллиона тонн брошенной техники, если посчитать драгоценные металлы, которые там содержатся получится цифра в 57 миллиардов долларов.
А с учётом вреда, который наносит такая техника климату, то её переработка стала мировым трендом. Вот данные которые привели на всемирном экономическом форуме в Давосе:
На графике показано сколько тонн сложной техники выбрасывается и какой вред это потенциально может нанести природе. Как мы можем видеть, ввиду своей сильной токсичности, одни батареи чего стоят, к 2040 году, 14 процентов выбросов углекислого газа будет приходится на выброшенную технику, а количество достигнет 120 миллионов тонн!
Вот такая увлекательная математика получается. И с каждым годом объёмы мусора растут, а перерабатывается в лучшем случае 15%. При желании можно вообще остановить добычу из недр и некоторое время получать нужные металлы только из ненужной техники!
Узнаем же, как происходит сама переработка!
Переработка
Кто-то из вас возможно видел робота LIAM от Apple? Эпл один из первых технологических гигантов, который поставил на поток переработку своих устройств. И очень этим гордиться, ни одна презентация не проходит без упоминания о том, как их новые устройства сделаны из переработанных материалов.
К 2030 году, Эпл обещают перерабатывать все свои устройства и стать углеродно нейтральными. Роботы по типу Лиама используют на специальных предприятиях по переработке. Apple не только занимается этим самостоятельно, у неё есть сеть партнёров по всему миру. Ну и как обычно это водится, за Яблочниками стали тянуться другие гиганты. Samsung, BOSCH, HUAWEI открыли отделы по переработке своих устройств.
Давайте разберём, как происходит утилизация на таких предприятиях:
Самый первый этап, это конечно разбор устройства на части. Причём, недостаточно просто извлечь материнскую плату, от неё надо отцепить все составные детали, до каждого винтика и контакта. В зависимости от бюджета такого предприятия, это делают либо вручную, либо с помощью роботов.
Далее каждая деталюшка сортируется по видовым признакам. Части где находится золото, идут в один чан с химикатами, части с серебром отправляются в другой и так далее.
Получившуюся зажарку из запчастей заливают специальными химикатами, которые по прошествии времени отделяют от запчастей драгоценные металлы. Такие процессы называются выщелачиванием и амальгированием. Простым языком: вы опускаете часть вашей техники в которой содержится драгметалл, он отделяется и всплывает наружу.
Всё это дело извлекается, собирается, плавится и мы получаем брусочек того же золота, которое отправляем на производство. Круг замкнулся.
Добавлю, что процесс утилизации захватывает не только драгоценные металлы. Как я говорил выше, гаджет это кладезь других полезных металлов: алюминий, стекло, силикон, литий, платина, все эти металлы на таких производствах перерабатывают и пускают в дело.
А еще есть стартап, который добывает драгметаллы при помощи микроорганизмов
Космос
Отсюда вытекает логичный вопрос, где ещё их можно добыть? Луна, Марс, астероиды, все они содержат нужные нам ископаемые.
Например, у США в сотрудничестве с Европой уже есть программа «Артемида», одна из задач которой урегулировать добычу ископаемых на Луне. Программа подразумевает, что на Луне будет построена база под названием Gateway, в задачи которой будет входить переработка и изучение лунного грунта на наличие полезных ископаемых. У учёных нет сомнений, что под верхним слоем, кроются запасы золота, серебра, платины, никеля. Осталось их оттуда извлечь и дёшево привезти на Землю.
Марс, геологически изучен плохо, но так как эта планета очень похожа на нашу своим строением, то сомнений в богатой породе у учёных почти не возникает. Чтобы дать точный ответ, нужно строить геологические заводы на поверхности, а до этого ещё очень далеко. Единственное экономическое обоснование для таких заводов на Марсе, это для нужд колонии, которая там окажется. Доставлять на Землю слишком дорого.
Самое перспективное направление, это астероиды. В отличии от Луны, они не статичны и постоянно передвигаются в пространстве. Их можно “заарканить” на околоземной орбите и использовать на наши нужды с минимальными затратами на передвижение. Вот вам интересный факт: в 2004 году добыча железной руды на Земле превысила 1 млрд тонн в год, а небольшой астеройд класса М, диаметром в 1 километр, содержит в себе 2 млрд тонн железной руды! Учёные уверены, такие астероиды содержат в себе огромное количество драгоценных металлов.
Есть 3 способа, между которых учёные будут выбирать, как добывать на астероидах:
- Добыча руды и доставка её на место последующей переработки на земле
- Переработка добытой руды прямо на месте добычи, с последующей доставкой полученного материала,
- Перемещение астероида на безопасную орбиту между Луной и Землёй. Это теоретически может позволить сэкономить добытые на астероиде материалы.
Астероидная добыча, может стать экономически обоснованной уже в этом десятилетии, в 2023 году на землю вернётся аппарат OSIRIS-REx, который взял пробы грунта с астероида. На основе данных этого аппарата, учёные хотят составить дорожную карту с освоением перспективных небесных тел.
Как достать самому?
Ещё из интересного, я отсюда чувствую, как у вас проскочила мысль, а что, если я захочу на этом заработать? Давайте посчитаем. В iPhone 11, по заверениям самой Apple, находится 0,018 грамм золота. Чтобы получить 1 грамм золота, вам надо переработать 50 устройств. Техническое золото в устройствах имеет 999 пробу. Откроем любую биржу и увидим, что за грамм такого золота мы получим примерно 3500 тысяч рублей. Экономически это не обосновано, вам буквально нужно перерабатывать технику тоннами.
Но если вы зритель пытливый и вам не чуждо таинство химии, блогер-химик Джозеф Мурченсон опубликовал пошаговую инструкцию. Как извлечь золото в домашних условиях. Повторять на свой страх и риск! Работа с такими химикатами опасна для здоровья.
Самый простой и не травмоопасный способ заработать, будет сдать ваше устройство в трейд-ин. Вы и скидку получите в магазине, и ваш старый друг получит второй шанс в виде переработки.
Вывод
Но поможет ли человечеству эта переработка? Даже если мы переработаем всю старую технику мира, мы просто отсрочим неизбежное. Рано или поздно, мы истощим свои запасы. Получается наш единственный вариант находится в межзвёздном пространстве?
