EGYÉB HULLADÉKOK
6.7
Folyadékkristályos képernyők újrahasznosítása új technológiákkal Tárgyszavak: elektronikai berendezés; elektronikai hulladék; folyadékkristály; hulladékfeldolgozás; LCD.
Az LCD-k mennyisége világszerte Folyadékkristályos képernyőket (liquid crystal display, LCD) számos területen használnak, pl. laptopokban, monitorokban, tv-készülékekben. Bár ezek élettartama hosszú, és nem tartalmaznak a környezetre veszélyes anyagokat, mind Európában, mind Japánban újrahasználatukat vagy újrahasznosításukat írják elő az új törvények. A legfontosabb felhasználási területeiken 2008-ban mintegy 150 000 t LCD-panelre lesz szükség. Nyilvánvaló, hogy néhány évvel később, a készülékek élettartamától függően, ezek hulladékká válnak, és gondoskodni kell hasznosításukról. A gyártók szerint az ilyen hulladék feldolgozására eddig még nem állt rendelkezésre környezetvédelmi és gazdaságossági szempontból egyaránt megfelelő eljárás. A folyadékkristályok gyártásával is foglalkozó Merck cég, tudatában termékeiért viselt felelősségének, kidolgozta a hulladékká vált LCD-k gazdasági és környezetvédelmi követelményeket kielégítő, közel 100%os hasznosítást lehetővé tévő módszerét.
Az LCD struktúrája Az LCD lényegében két, 0,4–1,1 mm vastag üveglemezből és különböző műanyagfóliákból (pl. polarizátorok és védőfóliák) álló szendvicsszerkezet. Az üveglapok között az aktív folyadékkristály mellett vezető tulajdonságú indium-ónoxid, vékonyréteg tranzisztorok, egy orientációs réteg és színszűrők vannak. Az LCD-modul részei magán a panelen kívül még a háttérvilágítás, a vékonyréteg áramköri lemez, a kábel és a szerelvénykeret.
A folyadékkristály-keverék alkotóinak száma elérheti a 25-öt. Ezek lényegében kémiailag egymáshoz hasonló, csupán az alkil- vagy alkoxioldalláncok szempontjából eltérő vegyületek. Az LCD-ben a folyadékkristály mennyisége a megjelenítő felület négyzetcentiméterére számítva mindössze 0,5 milligramm.
A 2008-ban felhasználásra kerülő LCD panelek mennyiségének becslése A szakirodalom szerint 2004-ben világviszonylatban 70 millió LCDmonitort hoztak kereskedelmi forgalomba. 2008-ra ez a mennyiség már 130 millióra fog emelkedni. A növekedés mértéke tehát évente mintegy 17 százalék. A laptopok száma a 2004 évi 45 millióról 2008-ban 78 millióra fog növekedni, ami évi 15 százalékos emelkedésnek felel meg. A növekedés a televíziókészülékek területén lesz a leggyorsabb: 2004-ben mintegy 10 millió darabot állítottak elő, de 2008-ban már 56 millió kerül forgalomba, vagyis évi átlagban az emelkedés mintegy 54 százalék lesz. Az említett számadatok felhasználásával és a becsült felületnagyságok alapján kiszámították a monitorok, a laptopok és a tv-készülékek LCD-inek várható össztömegét (1. táblázat). 1. táblázat A 2008-ban forgalomba kerülő LCD-k össztömege Az LCD-k össztömege a három legfontosabb alkalmazási területen, 2008 (becslés) Világviszonylatban LCD-k átlagos átmérője, hüvelyk (1 hüvelyk = 2,54 cm)
monitorok 17″
notebookok 15″
tv-k 30″
LCD-k átlagos tömege, g
400
320
1110
2008-ban előállított darabszám (millióban)
130
78
56
54 000
25 000
72 000
Az LCD panelek össztömege, t
Eszerint 2008-ban összesen 260 millió LCD-panelt állítanak elő, melyek össztömege mintegy 150 000 t lesz. Egy későbbi időpontban tehát ekkora mennyiség hasznosításáról kell majd gondoskodni.
A folyadékkristályok és a biztonság A Merck cég már a fejlesztési fázisban elkezdte a folyadékkristályok toxikológiai ellenőrző vizsgálatát, a vállalat ugyanis nem kíván mérgező hatású vagy genetikai tulajdonságokat befolyásoló folyadékkristályokat piacra bocsátani. Az esetleges káros tulajdonságok kimutatása érdekében azok bőrre és szemre káros akut hatását, valamint a baktériumok öröklési tulajdonságait megváltoztató jellemzőit ellenőrizték. A tartós hatások vizsgálatára is sor került, beleértve az élő vizekben kimutatható tulajdonságaikat, biológiai lebomlásukat és a természetben való felhalmozódás feltételeit. A legtöbb mérgező anyag a szennyvizek révén kerül a természetbe. A folyadékkristályoknak viszont az elvégzett vizsgálatok szerint semmiféle hatásuk nincs a halakra, vízibolhákra, algákra és baktériumokra. A vegyi anyagok kémiai stabilitása, abszorpciója és biológiai lebomlóképessége befolyásolják azok koncentrációját a környezetben. Megállapították, hogy a folyadékkristályokat a baktériumok 0–55 százalékig képesek lebontani. A piacon forgalomban lévő folyadékkristályoknak a Merck szerint nincsenek akut mérgező vagy öröklést megváltoztató tulajdonságai, és nem károsítják a vízi organizmusokat sem. Ezt a megállapítást a Német Szövetségi Környezetvédelmi Hivatal is igazolta. Az EU 2000/532/EC irányelve felsorolja a különböző hulladékokat és az azokhoz rendelt kódszámokat, valamint veszélyes hulladékok esetében azok definícióit. A fenti kritériumok figyelembevételével az LCD-k nem tartoznak az ellenőrzést igénylő hulladékok közé, hulladékkódjuk 16 02 16.
LCD-k újrahasználata, újrahasznosítása ás ártalmatlanítása Az elektromos és elektronikus (e-) hulladékokra vonatkozó irányelvek megkülönböztetik az újrahasználatot, a reciklálást, a hasznosítást és az eltávolítást (ártalmatlanítás). A reciklálás vagy visszaforgatás (recycling), az e-hulladékokra vonatkozó irányelvben a hulladék újrahasznosítását jelenti egy termelési folyamatban az eredeti vagy valamely más célra. Nem tartozik ide az éghető hulladék energetikai hasznosítása. A hasznosítás (recovery) kiterjed a hulladék keretirányelv 2B függelékben felsorolt összes módszerre, amelyek célja az anyag ismételt felhasználása, pl. primer anyag helyettesítésére vagy energiatermelésre. A keretirányelv 2A függeléke sorolja fel mindazokat a tevékenységeket,
amelyek az eltávolítás (disposal) fogalomkörbe tartoznak. Ilyenek pl. a depóniára juttatás vagy a hulladék elégetése (1. ábra). forgókemence agresszív hulladékok elégetésére hulladék (szilárd, folyékony, pépes)
1200 °C hőmérsékletű forgókemence védőréteg
homok energia salak
1. ábra Recycling-technológia: forgókemence Az LCD-monitorok, notebookok és LCD tv-készülékek struktúrájának figyelembevételével, az e-hulladékra vonatkozó irányelv szerint ezeket az LCD-készülékeket – 75 tömegszázalék mértékben anyag formájában, ill. energetikailag kell értékesíteni, vagy – 65 százalékban újrafelhasználni vagy reciklálás révén ártalmatlanítani. Tehát az LCD-k értékesítési módszerei az elektronikai ipar számára fontosak.
LCD-k feldolgozási lehetőségei A harmadik világban széles körben elterjedt az LCD-modulok újrahasználata. Főként a hibás modulokat pótolják használt készülékekből kiszerelt LCD-modulokkal. Ez a mennyiség a teljes LCD-hulladékhoz viszonyítva világviszonylatban csekély marad, mivel az LCD-k technológiai fejlődése igen gyors. A Merck cég szerint a folyadékkristályok ismételt felhasználása LCD-kben nem gazdaságos megoldás. A folyadékkristály-keverékek általában legalább 25 összetevőből állnak. A hulladék LCD-ből származó folyadékkristály-keverékek felhasználása a gyakorlati igényeket nem tudja kielégíteni, mert az újrahasznált anyagnak igen tisztának kell lennie
(elektronikus minőség). Az akár 500 különböző folyadékkristály szétválasztásának és ezt követő tisztításának költségei lényegesen meghaladják az újonnan szintetizált anyag előállítási költségeit. További nehézséget jelent a bonyolult szabadalmi problémakör.
Hatékony újrahasznosítási eljárás Az LCD-panel mintegy 85 százaléka üveg, 15 százaléka műanyag. A két üveglap közötti folyadékkristály részaránya kb. 0,1 százalék. A törvény által megszabott 75 százalékos újrahasznosítási arány biztosításához az üveget és a műanyagot kell visszaforgatni. Az LCD-k ipari hulladékégetőkben való hasznosítási lehetőségeit ellenőrizték. Agresszív és mérgező hatású ipari hulladékok forgókemencében, magas hőmérsékleten végzett elégetésekor fennáll annak veszélye, hogy a kemence klinkerbélése gyorsan korrodál. Ennek a problémának a megoldása érdekében az üzemeltetők gyakran szilíciumtartalmú adalékvegyületeket, például kovagélt használnak. Ezáltal a kemencebélésre védő hatású üveges bevonati réteg kerül. Ez az LCD-panelek esetében azok üvegtartalmával helyettesíthető. A több tonna LCD-hulladék kemencében elégetésével végzett gyakorlati kísérletek igazolták ezt a feltevést. A nagy égetési energiával rendelkező LCD műanyagfóliák által biztosított energia a számítások szerint elegendő az LCD üvegtartalmának megolvasztásához. Végeredményben az elégetéssel 99 százalékos hasznosítási arány érhető el, mivel az LCD-üveg helyettesíti a korábban felhasznált szilíciumtartalmú nyersanyagot, a műanyag fólia pedig részben pótolja a fűtőolajat vagy gázt, tehát energetikailag hasznosul. Az LCD-hulladékok metallurgiai hasznosításának lehetőségeit is megvizsgálták. Fém- és kataliztátorhulladékok feldolgozásakor a nem nemesfémek leválasztásához szilíciumtartalmú vegyületeket, például olvasztási homokot használnak. A fémoxidok képződésének megakadályozására redukáló anyagot, például karbontartalmú termékeket kell adagolni. Ebben az esetben is mérlegelték az olvasztási homok helyettesítését LCD-üveggel. Ezenkívül az LCD műanyagfólia mint szerves karbonvegyület szén helyett használható. Ennek lehetőségét több kísérletsorozatban ellenőrizték (2. ábra). Az LCD-k üvegét és műanyag fóliáit aprított formában, de további előkészítés nélkül használták fel. Ezenkívül néhány adalékanyagot és fémhulladékot is adtak az elegyhez. A mintegy négy tonna elegyet 1300–
1400 °C hőmérsékletre hevítették. Néhány óra múlva az olvadékot tégelybe öntötték és hűlni hagyták. katalizátor- vagy hulladék nemesfémek visszaforgatása (recycling) homok szén salak
fémhulladék
nemesfém energia
kb. 1300 °C hőmérsékletű olvasztókemence
2. ábra Recycling-technológia: metallurgia A lehűlés során a nagyobb sűrűségű nemesebb fémek a tégely aljára süllyedtek. A képződő salakot könnyen le lehetett törni. A salak útépítésben hasznosítható. A nemesfémeket további feldolgozásra juttatják, és ezután hasznosítják. Az üveg az olvasztási homokot helyettesíti, a műanyag fólia pedig a szenet pótolja redukálóközegként. A Merck eljárás alkalmazása esetében tehát az LCD-k csaknem 100 százalékban anyagként hasznosíthatók. Összeállította: Dr. Barna Györgyné Von der Pfticht zur Kür. = RECYCLING Magazin, 61. k. 1. sz. 2006. p. 16–17. Martin, R.; Simon-Hettich, B. Becker, W.: Neue industrielle Verwertungs-Verfahren für LCDs. = RECYCLING Magazin, 60. k. 19. sz. 2005. szept. 26. p. 22–24. Waltritsch, S.: Pyrolysis and smelting of printed circuit boards. = BHM. Berg und Hüttenmaennische Monatshefte, 149. k. 1. sz. 2004. p.19–27.
