Emas Hijau: Mengubah Sampah Elektronik Menjadi Harta Karun Logam Tanah Jarang

Mahasiswa doktoral ETH Marie Perrin mempresentasikan pendekatan daur ulang yang baru. Di tangan kirinya, ia memegang bahan mentah berupa lampu fluoresen dan, di tangan kanannya, reagen kuning yang dapat memisahkan logam tanah jarang. Kredit: Fabio Masero / ETH Zurich

Para ilmuwan tengah mengembangkan sebuah proses yang terinspirasi oleh alam yang secara efisien memulihkan europium dari lampu neon lama. Pendekatan ini dapat mengarah pada daur ulang logam tanah jarang yang telah lama ditunggu-tunggu.

• Molekul kecil yang secara alami berfungsi sebagai tempat pengikatan logam dalam enzim juga terbukti berguna untuk memisahkan logam tanah jarang tertentu satu sama lain.
• Sebagai bukti konsep, proses ini mengekstraksi europium langsung dari bubuk fluoresensi pada lampu hemat energi bekas dalam kuantitas yang jauh lebih tinggi daripada metode yang ada.
• Para peneliti kini tengah berupaya memperluas pendekatan mereka terhadap logam tanah jarang lainnya. Mereka tengah dalam proses mendirikan perusahaan rintisan untuk menerapkan daur ulang bahan baku ini.

Logam tanah jarang tidak selangka namanya. Akan tetapi, logam ini sangat diperlukan bagi perekonomian trendy. Bagaimanapun, 17 logam ini merupakan bahan baku penting untuk digitalisasi dan transisi energi. Logam ini ditemukan di telepon pintar, komputer, layar, dan baterai – tanpa logam ini, tidak ada motor listrik yang dapat bekerja dan tidak ada turbin angin yang dapat berputar. Karena Eropa hampir sepenuhnya bergantung pada impor dari Tiongkok, bahan baku ini dianggap sangat penting.

Namun, logam tanah jarang juga penting karena proses ekstraksinya. Logam tanah jarang selalu muncul dalam bentuk senyawa dalam bijih alami – tetapi karena unsur-unsur ini secara kimia sangat mirip, logam tanah jarang sulit dipisahkan. Oleh karena itu, proses pemisahan tradisional sangat intensif bahan kimia dan energi serta memerlukan beberapa langkah ekstraksi. Hal ini membuat ekstraksi dan pemurnian logam tanah jarang menjadi mahal, menghabiskan banyak sumber daya dan waktu, serta sangat berbahaya bagi lingkungan.

Teknik Daur Ulang yang Inovatif

“Logam tanah jarang jarang didaur ulang di Eropa,” kata Victor Mougel, Profesor di Laboratorium Kimia Anorganik di ETH Zurich. Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Mougel ingin mengubah hal ini. “Ada kebutuhan mendesak akan metode yang berkelanjutan dan tidak rumit untuk memisahkan dan memulihkan bahan baku strategis ini dari berbagai sumber,” kata ahli kimia tersebut.

Dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Komunikasi Alamtim menyajikan metode yang sangat sederhana untuk secara efisien memisahkan dan memulihkan logam tanah jarang europium dari campuran kompleks termasuk logam tanah jarang lainnya.

Terinspirasi oleh Alam

Marie Perrin, seorang mahasiswa doktoral dalam kelompok Mougel dan penulis pertama studi tersebut, menjelaskan: “Metode pemisahan yang ada didasarkan pada ratusan langkah ekstraksi cair-cair dan tidak efisien – daur ulang europium sejauh ini tidak praktis.” Dalam studi mereka, mereka menunjukkan bagaimana reagen anorganik sederhana dapat meningkatkan pemisahan secara signifikan. “Hal ini memungkinkan kita memperoleh europium dalam beberapa langkah sederhana – dan dalam jumlah yang setidaknya 50 kali lebih tinggi dibandingkan dengan metode pemisahan sebelumnya,” kata Perrin.

Kunci teknik ini dapat ditemukan dalam molekul anorganik kecil yang memiliki empat atom sulfur di sekitar tungsten atau molibdenum: tetrathiometallates. Para peneliti terinspirasi oleh dunia protein. Tetrathiometallates ditemukan sebagai tempat pengikatan logam dalam enzim alami dan digunakan sebagai zat aktif melawan kanker dan gangguan metabolisme tembaga.

Untuk pertama kalinya, tetrathiometallates kini juga digunakan sebagai ligan untuk pemisahan logam tanah jarang. Sifat redoksnya yang unik berperan di sini, mereduksi europium ke keadaan divalen yang tidak biasa dan dengan demikian menyederhanakan pemisahan dari logam tanah jarang trivalen lainnya.

Daur ulang europium secara cepat dari lampu neon. Kredit: Marie Perrin / ETH Zurich

Aplikasi Praktis dan Dampak Lingkungan

“Prinsipnya sangat efisien dan kuat sehingga kami dapat menerapkannya langsung pada lampu neon bekas tanpa langkah pra-perlakuan yang biasa,” kata Mougel.

Limbah elektronik merupakan sumber logam tanah jarang yang penting namun belum dimanfaatkan secara optimum. “Jika sumber ini dimanfaatkan, limbah lampu yang saat ini dikirim Swiss ke luar negeri untuk dibuang di tempat pembuangan akhir dapat didaur ulang di Swiss,” kata Mougels. Dengan cara ini, limbah lampu dapat berfungsi sebagai tambang perkotaan untuk europium dan membuat Swiss tidak terlalu bergantung pada impor.

“Pendekatan daur ulang kami jauh lebih ramah lingkungan daripada semua metode konvensional untuk mengekstraksi logam tanah jarang dari bijih mineral.”

— Victor Mougel

Di masa lalu, europium terutama digunakan sebagai fosfor dalam lampu neon dan layar datar, yang menyebabkan harga pasarnya tinggi. Karena lampu neon kini secara bertahap dihapuskan, permintaan telah menurun, sehingga metode daur ulang europium sebelumnya tidak lagi layak secara ekonomi. Namun, strategi pemisahan yang lebih efisien tetap diinginkan dan dapat membantu memanfaatkan sejumlah besar limbah lampu neon murah yang kandungan logam tanah jarangnya sekitar 17 kali lebih tinggi daripada dalam bijih alami.

Upaya Daur Ulang Strategis

Hal ini membuat pemulihan logam langka di akhir masa pakai suatu produk dan menjaganya tetap beredar menjadi semakin mendesak – tetapi tingkat pemulihan unsur tanah jarang di UE masih di bawah satu persen.

Pada prinsipnya, setiap proses pemisahan logam tanah jarang dapat digunakan baik untuk ekstraksi dari bijih maupun untuk pemulihan dari limbah. Namun, dengan metode mereka, para peneliti sengaja berfokus pada daur ulang bahan baku, karena hal ini jauh lebih masuk akal secara ekologis dan ekonomis. “Pendekatan daur ulang kami jauh lebih ramah lingkungan daripada semua metode konvensional untuk mengekstraksi logam tanah jarang dari bijih mineral,” kata Mougel.

Usaha Baru dan Komersialisasi

Para peneliti telah mematenkan teknologi mereka dan sedang dalam proses mendirikan perusahaan rintisan bernama REEcover untuk mengomersialkannya di masa mendatang. Saat ini mereka tengah berupaya mengadaptasi proses pemisahan untuk logam tanah jarang lainnya seperti neodymium dan disprosium, yang ditemukan dalam magnet. Jika ini berhasil, Marie Perrin ingin membangun perusahaan rintisan tersebut setelah meraih gelar doktor dan menerapkan praktik daur ulang logam tanah jarang.

Referensi: “Pemulihan europium dari limbah elektronik menggunakan ligan tetrathiotungstate aktif redoks” oleh Marie A. Perrin, Paul Dutheil, Michael Wörle dan Victor Mougel, 3 Juni 2024, Komunikasi Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s41467-024-48733-z