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19.09.2018
凯瑟琳•厄尔利
对电子设备中的金属进行回收的“城市采矿”正在成为科技和商业创新的热点，凯瑟琳·厄尔利写道。
中国的电子废弃物总量预计到2030年会达到2840吨，成为比美国或欧盟更大的电子废弃“产地”。图片来源：Global E-Waste Monitor
如今的世界高科技化程度越来越高，而一个重大的环境问题也日益凸显。我们的旧手机、旧笔记本电脑和旧电视常常被直接填埋或者得不到正规的回收处理，导致有毒物质渗出，造成大气、土壤和水质污染。同时，开采初级原材料来生产新的电子设备又会产生更多的污染，排放更多的二氧化碳。
全球电子废弃物监察（GEM）是一项由联合国大学、国际电信联盟和国际固体废弃物协会联合参与的项目。来自该项目的统计显示，仅2016年一年，全球就产生了近4500万吨的电子废弃物。
由于消费者频繁更换产品，所以电子废弃物总量也在持续增加，而且全球有越来越多的人开始有机会使用电子设备。到2021年，电子废弃物年增总量预计会达到5220万吨。
同时，这些电子废弃物大多得不到回收再利用。全球电子废弃物监察（Global E-Waste Monitor，简称GEM）表示，全球三分之二的人口都受到电子废弃物管理相关法律的约束，但实际上只有20%的电子废弃物得到了合理的回收再利用。大约有4%都被直接丢进了垃圾桶，另外76%要么不知所踪，要么回收条件恶劣，会给环境和人类健康带来非常不利的影响。
但是，电子废弃物作为资源的价值正在逐渐显现。现代电子产品中含有各种贵金属，包括金、铜、铂和各种稀土元素（比如钕和钽）。据全球电子废弃物监察（GEM）预计，2016年电子废弃物中所有原材料的总价值大约为550亿欧元（约4400亿元人民币）。
爱丁堡大学化学教授杰森·拉夫表示：“所有的电子产品都含有大量的有价金属，所以我们应该对其进行回收，因为将它们从地下开采出来并从其他材料中分离出来都要耗费相当大的人力物力。”
回收再利用面临的挑战
在欧洲，电子废弃物受《报废电子电气设备（Waste Electrical and Electronic Equipment，简称WEEE）指令》的监管。该指令中包括一系列提高电子产品使用寿命结束后对其进行收集、处理和回收的措施。
贸易机构Tech UK环境与合规负责人苏珊娜·贝克表示，从消费者手中回收电子废弃物仍然是一项艰巨的挑战。她说道：“很多小电子设备最终都被丢进了垃圾桶。缺少促使消费者把这些电子垃圾送到市政回收设施的措施。”
清华大学环境学院副教授曾现来是城市采矿和电子废弃物管理方面的专家。他认为，电子废弃物回收是发达国家和发展中国家共同面临的一个重大障碍。他指出，想要提高零售商和制造商的电子废弃物回收比率，补贴至关重要。
中国的电子废弃物总量预计会从2020年的1500吨增加到2030年的2840吨，使其成为比美国或欧盟更大的电子废弃“产地”。但曾现来认为，中国也正在成为电子废弃物城市采矿的领军国家。
全球电子废弃物总量（单位：百万吨）
注：2017-2021的数据为估值。来源: Global E-Waste Monitor
城市采矿的前沿阵地
目前，中国政府已经通过补贴来推动电子废弃物及其有价材料的收集和提取。比如，从一台阴极射线管（CRT）电视中回收金属能获得约13美元（约90元人民币）。曾现来认为这对提高城市采矿对中国商家的吸引力来说非常重要。
补贴政策意味着在中国城市采矿比原始采矿成本更低。曾现来教授与清华大学的李金辉教授和澳大利亚麦考瑞大学的约翰·马修共同进行的研究预计，通过原始采矿获得一台阴极射线管电视所需的金属比通过城市采矿提取这些金属的成本要高13倍还多。研究还显示，对于印制电路板（PCB）来说，原始采矿的成本是城市采矿的7倍多。
目前，电子废弃物回收主要通过工业冶炼厂完成。比如将笔记本电脑的印制电路板压碎并运输到冶炼厂，然后提取出其中的铜、金和银。拉夫表示，冶炼厂属于高耗能产业，高温可达2000摄氏度，会产生大量的二氧化碳气体。
从电子废弃物中提取金属的难度在于，电子设备使用的材料非常复杂，可能包含不同的金属、玻璃、塑料和焊接金属。因此，工厂必须在进行冶炼提取前先对电子设备进行物理拆解，拉夫补充道。
机器人Daisy可以在一个小时内拆解200台苹果手机。 (图片来源: Apple)
制造商发现市场潜力
一些国际电子产品制造商已经开始关注城市采矿业。科技巨头戴尔公司就在新电脑主板中使用了从旧电脑主板上回收的黄金。此外，戴尔还与一位珠宝设计师合作，用回收提取的黄金制造耳环和袖扣。分析机构Trucost的研究显示，回收提取的黄金比传统开采黄金的环境影响要低99%。戴尔公司已经承诺，2020年前其产品中的回收成分总重量将达到1亿磅（约4536万公斤）。
与此同时，苹果公司也开发了一款专门负责拆解iPhone手机的机器人。其中，最新版本的Daisy机器人每小时可拆解200部iPhone，并会对可回收利用部分进行拆除和归类。苹果公司的目标是在产品制造过程中彻底告别原始开采材料。
学者们也正在努力开发新的城市采矿流程。比如，爱丁堡大学的一群化学家们就开发了一种新的化合物，可将黄金与手机中的其他元素分离。
黄金是手机中最有价值的金属。一吨黄金矿石中大约含有1到5克黄金，但是一吨手机中的黄金含量则超过300克。其实，全球流通的黄金中，有大约7%都存在于电子设备（比如电路板的键触点）中。
下一阶段的研究就是与一位地质科学家合作。后者有兴趣开发一种通过细菌溶解金属的生物学方法，这种方法能与拉夫的化学分离法相结合。此外，拉夫还希望与工程师合作开发一个商业化的分离流程。
他表示：“我们希望让这个过程更环保，取代传统的冶炼过程。”
此外，人们也在努力降低金属和稀土元素数据的获取难度。行业、研究机构、以及地质调查机构目前联合创建了一个城市采矿数据库 。这个叫做ProSUM的项目标明了几种具体材料的最大库存，用户可以通过该数据库了解欧盟范围内电子废弃物存量的实时变化。比如，这个项目会显示哪些金属的使用量在增加，而哪些的使用量在减少。换言之，这个系统的目标是为决策者提供立法相关的事实依据，帮助学界确定研究的重点和原材料再生的创新机会。
同时，爱尔兰考克大学也在开展一个名叫“RecEOL”的项目，希望找到一种方法让城市采矿更加“有利可图”。该项目的目标是将电子废弃物的金属回收率从70%-80%，提高到95%。研究人员称，这也是首个回收关键和特殊金属（例如从印制电路板和液晶显示屏中回收铟和钽）的技术。这个研究通过一家试点工厂证明，这种方法要比现有回收提取方法更加经济可行，也更加环保。
学界与业界的多家机构共同参与了这个国际项目，其中包括弗莱堡矿冶工业大学（德国），以及废塑料加工商Coolrec BV（比利时）、穆德赫弗顿回收再利用与环境技术股份有限公司（德国）和Alumisel SAU（西班牙）等该技术的工业用户企业。
Tech UK的贝克表示：“针对城市采矿的学术研究已经有不少了，但是大多数还停留在实验室阶段，没有进入试点。”
她表示：“我们清楚城市矿山蕴藏的资源，只是需要更多的创新，帮助我们把资源‘开采’出来。需要克服的挑战就是找到一种与现有原材料开采相比具有成本竞争力的方法，同时还能获得稳定与充足的资源开采量，确保整个流程具备可营利性和可预测性。这就是下一个前沿领域了。”
翻译：Estelle
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