Resíduos de equipamentos eletroeletrônicos como fonte secundária de materiais críticos e estratégicosResumo
O Brasil lançou recentemente uma lista de materiais estratégicos prioritários, que aborda questões estratégicas de balança comercial, suprimento e desenvolvimento de tecnologia. Neste contexto, é possível associar os Resíduos de Equipamentos Elétricos e Eletrônicos (REEE) como uma importante fonte secundária para diversos tipos de materiais. A composição destes resíduos é extremamente complexa, incluindo muitos materiais da lista brasileira. O objetivo deste trabalho é caracterizar alguns tipos de REEE a fim de verificar a presença e quantidades desses materiais, e fomentar, desse modo a sua reciclagem. Foram identificados, nas placas de circuito impresso, baterias, LED e painéis solares altas concentrações de materiais estratégicos como Al, Cu, Ni, Li, Co, Si, Au e Terras raras. Conclui-se que os REEE são fontes importantes de matéria- prima e que a consolidação de um sistema nacional de reciclagem é essencial para fomentar a economia circular e a soberania nacional.
Palavras-chave:
REEE; Reciclagem; Economia circular; Mineração urbana; Resíduos Sólidos
Abstract
Brazil has recently released a list of prioritized strategic materials addressing issues related to trade balance, supply, and technology development. In this context, it is possible to associate waste electrical and electronic equipment (WEEE) as an important secondary source for several types of materials. The composition of these wastes is extremely complex and includes many materials from the Brazilian list. The objective of this study is to characterize some types of WEEE to assess the presence and quantities of these materials, thus promoting their recycling. High concentrations of strategic materials such as Al, Cu, Ni, Li, Co, Si, Au, and rare earth elements have been identified in printed circuit boards, batteries, LEDs, and solar panels. It can be inferred that WEEE is an important source of raw materials, and the consolidation of a national recycling system is essential to promote a circular economy and national sovereignty.
Keywords:
WEEE; Recycling; Circular economy; Urban mining; Solid waste
Resumen
Brasil ha lanzado recientemente una lista de materiales estratégicos prioritarios que aborda cuestiones estratégicas de la balanza comercial, suministro y desarrollo tecnológico. En este contexto, es posible asociar los Residuos de Equipos Eléctricos y Electrónicos (REEE) como una fuente secundaria importante para diversos tipos de materiales. La composición de estos residuos es extremadamente compleja, incluyendo muchos materiales de la lista brasileña. El objetivo de este trabajo es caracterizar algunos tipos de REEE para verificar la presencia y cantidades de estos materiales, fomentando así su reciclaje. Se identificaron en placas de circuito impreso, baterías, LED y paneles solares altas concentraciones de materiales estratégicos como Al, Cu, Ni, Li, Co, Si, Au y Tierras Raras. Se concluye que los REEE son fuentes importantes de materia prima y que la consolidación de un sistema nacional de reciclaje es esencial para fomentar la economía circular y la soberanía nacional.
Palabras-clave:
REEE; Reciclaje; Economía circular; Minería urbana; Residuos Sólidos
Introdução
Em relatório divulgado pela United Nations University (UNU) em 2020, a geração mundial de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE) foi estimada em 53,6 milhões de toneladas anuais (7,3 kg per capita), sendo os REEE a categoria de resíduo sólido com maior crescimento de geração nos últimos anos (de 9,2 em 2014, para previsão de 74,7 milhões de toneladas anuais em 2030) (FORTI et al., 2020).
O contexto da geração de REEE também inclui a alta informalidade no manejo de fim de vida, com apenas 17,4 % destinados e documentados por meios formais, principalmente devido às dificuldades tecnológicas na coleta e reciclagem que os atores desse processo ainda encontram (BOTELHO JUNIOR et al., 2024; FORTI et al., 2020). A partir desse cenário, o relatório aponta que a reciclagem é estratégia fundamental para minimização dos impactos ambientais e sociais provenientes da geração de REEE, sendo componente importante da Agenda 2030 para o desenvolvimento sustentável nos objetivos 3, 6, 8, 11, 12 e 14.
Além das questões de sustentabilidade, a geração de REEE e a sua reciclagem ganharam contornos estratégicos para a área de abastecimento de nações e empresas. REEE podem conter quantidades significativas de materiais valiosos, não apenas economicamente, mas para o domínio tecnológico e de mercado de produtos da chamada tecnologia da informação (CENCI et al., 2022b). A busca de soluções para mitigar a vulnerabilidade estratégica do abastecimento desses materiais, que, por definição, já possuem disponibilidade limitada, é um importante foco de pesquisa atual, e a reciclagem de REEE surge como alternativa promissora para muitos deles.
Diversos países e regiões possuem suas listas de materiais críticos e estratégicos definidas, divulgadas e periodicamente atualizadas, com destaque para as listas dos Estados Unidos da América, União Europeia e China. Apesar de algumas diferenças de metodologias adotadas na definição de quais materiais são considerados críticos e estratégicos, essas listas basicamente explicitam os principais materiais para evitar a vulnerabilidade de abastecimento e que representam ganhos estratégicos importantes no mercado mundial.
Nesse sentido, o Brasil, através da Resolução n° 2, de 18 de junho de 2021, do Ministério de Minas e Energia, divulgou a sua própria lista de materiais estratégicos (MME, 2021). A lista brasileira possui semelhanças de formato com a chinesa, apresentando as categorias de minerais que o país depende de importação, que tem importância pela aplicação em produtos e processos de alta tecnologia e que são essenciais para promover o superavit na balança comercial brasileira. Na Figura 1, são apresentados os materiais estratégicos considerados pelo Brasil.
Apesar de estar em processo de crescimento, a infraestrutura nacional de reciclagem não é capaz atualmente de aproveitar os REEE para recuperação desses materiais estratégicos. Muitos são os fatores limitantes, e diversos estudos se propõem a mapeá-los. Educação e informação, estrutura de coleta, informalidade, regulamentação, escala, tecnologia e lucro são alguns dos pontos levantados na literatura (DE OLIVEIRA NETO et al., 2022; DIAS et al., 2022a; SANTOS; OGUNSEITAN, 2022; XAVIER; OTTONI; LEPAWSKY, 2021). Na prática, há poucos recicladores de REEE no país, e a maioria apenas aplica métodos rudimentares de separação dos materiais. Em estudo recente, DIAS et al. (2022a) encontram somente 140 possíveis recicladores em território brasileiro, sendo que apenas 82 confirmaram suas atividades como de fato reciclagem de REEE. Desses 82 recicladores, 81% realizam apenas desmontagem dos equipamentos, sem nenhuma técnica adicional de valorização dos resíduos. O estudo ainda discute a destinação final desses componentes, em que os mais complexos e valiosos são exportados para terem a extração dos materiais de interesse finalizada fora das fronteiras brasileiras. Dessa forma, há um claro desafio nacional de expansão da reciclagem e desenvolvimento de tecnologia para recuperação de materiais valiosos e estratégicos dos REEE, em que o ciclo dos materiais se feche dentro das fronteiras brasileiras, gerando desenvolvimento e segurança de abastecimento de importantes matérias- primas.
Em 2020, um grande passo foi dado nesse sentido com a assinatura do acordo setorial para logística reversa de REEE. O acordo prevê a implementação em etapas do sistema para os equipamentos de uso doméstico, com responsabilidades obrigatórias definidas para os diversos atores do processo, incluindo a operacionalização e o financiamento das atividades. Em termos gerais, o acordo setorial para logística reversa pode fomentar a formalização de recicladores, ganho de escala para coleta e reciclagem, investimento em tecnologia, padronização dos processos e segurança nas atividades (DIAS et al., 2022a). Dessa forma, é esperado que o fomento para as atividades de reciclagem possa estimular a criação de uma indústria destinada à extração dos materiais valiosos e estratégicos.
O primeiro passo para esse desenvolvimento é o conhecimento adequado dos resíduos a serem reciclados, suas potencialidades e desafios. O conhecimento da estrutura e composição desses materiais permite encontrar oportunidades, definir processos e rotas mais eficientes e estimar ganhos. O Laboratório de Corrosão, Proteção e Reciclagem de Materiais (LACOR) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), trabalha desde 1997 na caracterização e reciclagem de REEE, com diversos trabalhos publicados para diferentes equipamentos (BERNARDES; BOHLINGER; WUTH, 1997; VEIT et al., 2005). No contexto atual de vulnerabilidades, pressão geopolítica e oportunidades, é pertinente compilar e apresentar o potencial dos REEE como fonte secundária de materiais estratégicos para o mercado brasileiro. O objetivo desse trabalho é explorar a caracterização química de alguns dos principais tipos de REEE estudados no LACOR, avaliando quais materiais podem ser recuperados de acordo com a Figura 1. A indústria de reciclagem de REEE brasileira ainda está em seus primeiros passos, e é esperado que esse estudo ressalte a importância do manejo adequado e melhor aproveitamento desses resíduos.
Metodologia
Neste trabalho serão apresentadas as caracterizações químicas realizadas para os seguintes equipamentos: placas de circuito impresso (PCIs) de smartphones, lâmpadas LED, baterias de íons de lítio e painéis fotovoltaicos. Foram adotadas estratégias de caracterização pertinentes para cada tipo de equipamento. Todos os equipamentos foram coletados através de coleta com usuários ou empresas de reciclagem.
PCI de smartphones
Foram coletados 40 aparelhos smartphones de diversas marcas e modelos com fabricação entre 2012 e 2020. As PCIs foram removidas manualmente, e seus ímãs foram removidos e desmagnetizados através de aquecimento com forno mufla em 700°C por 3h. Todo material das PCIs (incluindo ímãs) passou conjuntamente por moagem em moinho de facas até 100% passante em 2mm. As amostras, em triplicata, foram coletadas em equipamento quarteador e destinadas para digestão ácida e análise de espectrometria de emissão óptica por plasma acoplado indutivamente (ICP-OES) com o objetivo de quantificar a concentração metálica.
A digestão ácida foi realizada com água régia (HCl e HNO3, 3:1), razão sólido-líquido de 1g/20mL, 70°C, por 2h, e agitação de 200 rpm. A digestão da prata foi realizada com HNO3 concentrado nas mesmas condições.
Lâmpadas LED
Foi realizada coleta de 90 lâmpadas LED (15 lâmpadas de 6 diferentes marcas, sendo 3 marcas de lâmpadas tubulares e 3 marcas de lâmpadas de bulbo). Todas as lâmpadas foram abertas manualmente e separadas em seus quatro principais componentes: carcaça, módulo, LEDs e PCI. Os componentes foram processados em moagem até 100% passante em 2mm, e as amostras foram quarteadas para caracterização individual em triplicata (digestão ácida e análise ICP-OES).
A digestão ácida foi realizada com água régia (HCl e HNO3, 3:1), razão sólido-líquido de 1g/20mL, 70°C, por 2h, e agitação de 200 rpm, e com HNO3 puro para caracterização da prata, nas mesmas condições. Para obtenção da composição de lâmpadas LED inteiras, as caracterizações dos componentes foram somadas considerando o balanço de massas entre eles. Detalhes da metodologia e resultados estão disponíveis em CENCI et al. (2020).
Baterias de íons de lítio
Foram coletadas baterias de íons de lítio de 40 smartphones descartados com fabricação entre 2012 e 2020 (mesmos dispositivos da seção 2.1). As baterias foram retiradas manualmente, descarregadas em solução salina (mergulhadas em água com sal por dois dias), processadas conjuntamente em moinho de facas até 100% passante em 2mm e quarteadas para obtenção de amostras em triplicatas.
Para smartphones, são esperadas, majoritariamente, baterias de óxido de cobalto e baterias de óxidos de níquel, manganês e cobalto. As amostras foram analisadas através de digestão ácida e análise ICP-OES. A digestão ácida foi realizada com água régia (HCl e HNO3, 3:1), razão sólido-líquido de 1g/20mL, 70°C, por 2h, e agitação de 200 rpm. Não houve digestão ácida com HNO3 puro pois não é esperada a presença de prata nas baterias.
Painéis Fotovoltaicos
Um módulo fotovoltaico (FV) de silício policristalino (fabricação de 2018) foi coletado e desmontado manualmente em três componentes: caixa de junção, moldura e laminado. A moldura e a caixa de junção foram removidas e tiveram suas massas aferidas, sendo que a moldura foi analisada por fluorescência de raios-X (FRX).
Após remoção da moldura e da caixa de junção, 500 g do laminado FV foram processados em moinho de facas até 100% passante em 1 mm e quarteados para obtenção de amostra em triplicata. As amostras foram analisadas através de digestão ácida e análise ICP-OES. A digestão ácida foi realizada com HNO3 puro devido à grande presença de prata, nas condições de razão sólido-líquido de 1g/20mL, temperatura ambiente, por 6h, e agitação de 300 rpm.
Resultados
PCI de smartphones
As PCI são consideradas como um dos tipos de REEE mais valiosos economicamente, e apresentam composição abrangente em número de elementos que podem ser encontrados (BOOKHAGEN et al., 2020; D’ADAMO et al., 2019). Na Tabela 1, são mostrados os resultados da caracterização química para PCI de smartphones. De fato, na questão econômica, há destaque para as concentrações de Au, Ag e Cu, apresentando valores maiores que os normalmente encontrados em minérios típicos (CENCI et al., 2020). Esses elementos também são os que concentram o maior número de publicações cientificas para sua reciclagem (CENCI; EIDELWEIN; VEIT, 2023).
Por exemplo, a concentração de ouro (Au) identificada nas PCIs de smartphones foi de 0,22%. Em contrapartida, os depósitos auríferos verificados no Quadrilátero Ferrífero exibem teores que oscilam entre 0,5 e 12g de ouro por tonelada (g Au/t) ou 0,00005-0,000012% (TRINDADE; BARBOSA FILHO, 2002). Estima-se que a obtenção da quantidade de ouro necessária para a confecção de uma única placa de circuito de celular resulta na geração aproximada de 220 kg de resíduos de mineração, com o agravante do emprego de cianeto durante o processo de extração, conferindo à atividade um potencial poluidor significativo (KASPER, 2011).
Quanto ao cobre, os teores encontrados em mineralizações variam de 0,2% a 1% (ROCIO et al., 2012), enquanto as PCIs de smartphones possuem uma concentração de 43,35% de cobre. Para a prata, minérios de alta concentração tipicamente contêm entre 0,006% e 0,01% (SVERDRUP; KOCA; RAGNARSDOTTIR, 2014), e as PCIs de smartphones apresentam uma concentração de 0,06%.
Na questão estratégica, considerando a lista brasileira (Figura 1) para comparação, foram identificados vários materiais presentes (Mo, Cu, Co, Sn, Nd, Pr, Au, Pd, Li, Nb, Ni, Fe, Al, Mn e W). Dentre esses elementos, há destaque para as altas concentrações de Cu, Fe, Sn, Ni, Au e Nd. Outros elementos, como Ga e Sb, estão presentes em listas de materiais estratégicos de outros países e regiões, podendo também ser relevantes para recuperação em contextos diferentes.
As PCIs de smartphone apresentaram 0,26% de Nd. O Nd, um elemento pertencente ao grupo “terras raras”, é usado para a fabricação de ímãs de neodímio-ferro-boro, os quais constituem um componente essencial da transição para uma economia de energia de baixo carbono aplicada, por exemplo, em turbinas eólicas de acionamento direto, veículos elétricos e híbridos, unidades de disco rígido e telefones celulares (ROLLAT et al., 2016). Contudo, a produção desse metal é altamente concentrada na China (BINNEMANS et al., 2013). Alguns países perderam a capacidade de minerar e processar devido à diminuição da infraestrutura, gerando uma lacuna na cadeia de suprimentos e a flutuação dos preços (DU; GRAEDEL, 2013).
Um ponto importante a ser explorado é como realizar um aproveitamento adequado desse resíduo para a reciclagem desses materiais estratégicos. Para as PCIs, devido à alta concentração de Cu, a abordagem industrial tradicional é através da inclusão desses resíduos nos processos de metalurgia do Cu (GHOSH et al., 2015; KAYA, 2016). A metalurgia do Cu (pirometalurgia) permite um bom aproveitamento dos metais que ficam diluídos na liga metálica coletora de Cu. Através do processo de eletrorefino, em que o Cu produzido é purificado, é gerado um concentrado dos elementos metálicos coletados (Au, Sn, Ni, Mo, Co, Pd) poderiam ser concentrados e recuperados (REUTER et al., 2019). Os elementos Fe e terras raras (Nd e Pr), que possuem concentração relevante nas PCIs, poderiam ser retirados previamente por separação magnética, aumentando o aproveitamento das rotas de reciclagem. Uma cadeia de reciclagem eficiente associada à indústria metalúrgica nacional é essencial para o aproveitamento dos materiais valiosos e estratégicos contidos nas PCIs.
Lâmpadas LED
As lâmpadas LED são um tipo de REEE relativamente novo e pouco estudado em termos de sua reciclabilidade. Contudo, sua alta eficiência energética somada a redução de custos pela popularização da tecnologia, fazem com que este tipo de sistemas de iluminação domine este mercado há alguns anos, e é esperado ainda grande crescimento de consumo (UNEP, 2017; ZISSIS; BERTOLDI, 2018). A magnitude do mercado global de iluminação com tecnologia LED foi avaliada em US$ 50,9 bilhões em 2020 e deverá se expandir a uma taxa composta de crescimento anual de 12,5% de 2021 a 2028 (GRAND VIEW RESEARCH, 2020). O relatório de acompanhamento da Agência Internacional de Energia (AIE) mencionou que, para atingir um cenário de emissões líquidas zero de carbono até 2050, a tecnologia LED precisa compor integralmente todas as vendas de produtos de iluminação até 2025 (IEA, 2023). Espera-se, como uma consequência natural da consolidação dos sistemas de iluminação LED, uma elevada geração de REEE deste tipo e sua reciclagem desponta como necessária e uma oportunidade de mercado no que tange a mineração urbana. As lâmpadas LED tipicamente são compostas por quatro componentes: PCI, carcaça polimérica e metálica, LEDs e módulo LED (suporte onde são posicionados os LEDs) (CENCI et al., 2020). A Tabela 2 corresponde à média entre as concentrações das lâmpadas tubulares e de bulbo inteiras.
A grande concentração de Al, que é considerado um material estratégico brasileiro, especificamente um material essencial para o superávit, é devido à presença de placas metálicas na carcaça e nos módulos LED. Essas placas podem ser facilmente recuperadas mecanicamente, pois são um componente homogêneo que não necessita de processos metalúrgicos extrativos (CENCI et al., 2020; MARTINS; TANABE; BERTUOL, 2020).
Mesmo contendo uma PCI, a caracterização de uma lâmpada LED não apresenta a grande diversidade e concentração de elementos como uma PCI de smartphones. As PCIs de lâmpadas LED são consideradas menos valiosas, sendo reportadas concentrações menores para elementos economicamente valiosos e estratégicos (CENCI et al., 2022a). Cu, Fe, Ni, Sn, Au e Y são os outros elementos estratégicos brasileiros (além do Al) encontrados em lâmpadas LED. Cu, Sn e Fe são encontrados majoritariamente nas PCIs, enquanto o Ni é encontrado nas carcaças das lâmpadas de bulbo (CENCI et al., 2020). O elemento Au está presente nos componentes PCI, LEDs e módulos, e o elemento Y está presente exclusivamente nos LEDs, tendo recuperação dificultada pelo encapsulamento polimérico (CENCI et al., 2021).
A reciclagem das lâmpadas LED ainda é incipiente na indústria. De maneira geral, a recuperação de Al, material estratégico com maior concentração, é possível através de processos simples realizados por pequenos recicladores. Contudo, é importante considerar que o módulo LED, onde se encontra a maior quantidade de alumínio serve de suporte para os LEDs e muitas vezes, pela dificuldade de sua remoção manual ou até pelo desconhecimento de recicladores, os LEDs acabam compondo a sucata de alumínio propriamente dita, e acabam se tornando parte da escória do processo metalúrgico de reciclagem do alumínio. Nesse sentido, aqui surge um ponto importante a ser considerado no desenvolvimento tecnológico tanto do design arquitetônico das lâmpadas quanto de processos para a separação dos LEDs que estão depositados sobre o módulo metálico. Uma vez que o Al é recuperado, os LEDs podem ser processado como outros REEE na metalurgia primária do Cu, potencialmente aproveitando as concentrações de Cu, Au, Ni e Sn, a também através de rotas específicas (que ainda precisam ser desenvolvidas) para extração das terras raras.
Baterias de íons de lítio
Existem diversos tipos de baterias de íons de lítio. As comumente presentes em REEE são as de óxido de cobalto, óxido de níquel-manganês-cobalto, óxido de manganês e ferro fosfato (ABU et al., 2023). Neste trabalho são apresentadas, na Tabela 3, as concentrações de metais detectados em uma mistura de 40 baterias de smartphones, em que é esperada a presença de diversos tipos de baterias, porém, com predominância para as de óxidos de cobalto, níquel e manganês. De fato, os resultados encontrados através na análise por ICP-OES, revelam um alto teor de Co, além da presença de Ni e Mn, o que indica que, maioritariamente, as baterias de smartphone, analisadas, são do tipo óxido de cobalto, níquel e manganês, popularmente conhecidas pela sigla NMC.
Primeiramente, há grande concentração de Al e Cu, metais estratégicos para o superávit da balança comercial. Al e Cu são utilizados nas baterias como coletores de corrente elétrica e suporte para a fixação dos materiais do cátodo e ânodo. O Al, adicionalmente, também é encontrado nas carcaças das baterias dos smartphones.
Além do Al e do Cu, há presença dos materiais estratégicos Co, Fe, Li, Mn, Ni e Sn, com destaque para a alta concentração de Co . Vale destacar que, além dos materiais que figuram na Tabela 3, há a presença de grafite que é o principal constituinte dos ânodos das baterias (RAJ et al., 2022), material este que pode ser considerado adicionalmente como um material estratégico de acordo com a lista apresentada na Figura 1. A recuperação de grafite é raramente abordada em trabalhos de reciclagem (CENCI; EIDELWEIN; VEIT, 2023), representando uma lacuna de conhecimento a ser preenchida.
Esses resultados revelam uma janela de oportunidade para o desenvolvimento tecnológico de uma cadeia de reciclagem de smartphones que deve levar em consideração a diversidade de materiais que se apresenta na reciclagem deste tipo de REEE. O aproveitamento dos diversos componentes dos REEE é essencial para a promoção da economia circular, uma vez que há uma grande quantidade de Co, Al, Cu, além de Li, Mn e Ni (metais que figuram na lista materiais estratégicos brasileiros).
A busca por um processo de reciclagem para baterias de íons de lítio é um tópico de grande interesse na pesquisa científica nos últimos anos (CENCI et al., 2024). Majoritariamente, os processos convergem para uma etapa de cominuição e separação granulométrica por peneiras (CAMARGO et al., 2024a, 2024b), que concentra os materiais do ânodo e do cátodo (chamado blackmass) nas frações mais finas (geralmente abaixo de 0,25 mm) e também é gerada uma fração concentrada de Cu e Al (RAJ et al., 2022). A partir da blackmass, podem ser aplicados diversos métodos extrativos para recuperação do Li, Co, Mn, Ni e Fe, com predominância de técnicas hidrometalúrgicas, que são mais atrativas, visto que em processos pirometalúrgicos, o Li é comumente retido na escória do processo de fundição (ALI; KHAN; PECHT, 2021; LATINI et al., 2022).
Painéis Fotovoltaicos
Considerando o módulo de silício cristalino estudado, após a desmontagem, a moldura representou cerca de 22,34% da massa, a caixa de junção 2,49% e o laminado FV (módulo sem moldura e caixa de junção) 75,17%. Identificou-se que a moldura é composta por uma liga de alumínio anodizada, tipo 6063T5. Considerando o valor de mercado do Al, a moldura é uma fonte econômica substancial e listada como material estratégico na lista brasileira. A remoção da moldura é uma etapa da reciclagem de baixa complexidade tecnológica e alto retorno financeiro, de modo que pode haver um aproveitamento mínimo dos painéis com baixo investimento. Na Tabela 4, estão apresentadas as concentrações de elementos e materiais específicos no laminado FV.
Conforme visto na Tabela 4, os módulos FV apresentam metais com alto valor agregado (Ag, Al, Cu e Si cristalino). Entretanto, métodos físicos são necessários para concentrá-los previamente e, dessa forma, reduzir o consumo de reagentes ou energia numa etapa posterior de recuperação por tratamento químico ou térmico (CAMARGO et al., 2021, 2023; DIAS et al., 2018, 2022b; DIAS; BENEVIT; VEIT, 2016). Dentre estes elementos citados, o Al, Cu e Si constam na lista brasileira de materiais estratégicos. Embora a Ag não esteja listada como estratégica, sabemos que, por seu alto valor econômico, é um elemento de grande interesse a ser reciclado a partir de painéis FV. O estudo de CAMARGO et al. (2023) utilizou processos mecânicos e térmicos para produzir um concentrado de silício com 40 vezes mais prata que um minério de alta concentração.
Vale destacar que aproximadamente 80% do laminado é composto por vidro (não citado na Tabela 4), o qual pode ser encaminhado para a reciclagem desde que esteja livre de outros contaminantes. Estudos acadêmicos e indústrias de reciclagem utilizam majoritariamente etapas de moagem para descapsular a célula FV e liberar as camadas de materiais (CONTRERAS LISPERGUER et al., 2020; DIAS et al., 2017; DIAS; BENEVIT; VEIT, 2016; RABAIA; SEMERARO; OLABI, 2022). Em função disso, a separação total do vidro sem misturá-lo com polímeros, metais e silício tornou-se um desafio tecnológico. Também, a geração de partículas finas de vidro reduzem a sua reciclabilidade para finalidades mais nobres como vidro solar (DEL PERO et al., 2019).
A reciclagem de painéis FV é necessária para o abastecimento de matérias-primas, como estratégia de mineração urbana, mas também é fundamental para a gestão desse resíduo, de forma a viabilizar o crescente uso dessa fonte de energia renovável. Sabe-se que os painéis FV têm uma vida útil estimada de cerca de 25 a 30 anos (ATASU; DURAN; WASSENHOVE, 2021; PAIANO, 2015; PETROLI et al., 2024). No entanto, um número considerável desses painéis chegará ao fim de sua vida útil mesmo antes desse período devido a danos durante a instalação ou tempestades, falhas de componentes ou incentivos econômicos para substituir módulos mais antigos por módulos de maior eficiência (TAO et al., 2020).
Espera-se que o Brasil, líder em energia solar na América Latina e Caribe, se torne um dos cinco principais mercados globais nos próximos cinco anos (IRENA, 2022; SOLARPOWER, 2022) A previsão de geração de resíduo fotovoltaico no Brasil é de 2.500-8.500 toneladas até 2030, e de 300.000-750.000 toneladas até 2050 (IRENA; IEA-PVPS, 2016). Por isso, o Brasil tem potencial para se tornar um polo regional de reciclagem alinhado à sua capacidade de geração de energia renovável.
Embora os módulos de silício cristalino dominem o mercado fotovoltaico, módulos de segunda geração de telureto de cádmio (CdTe) tem apresentado maior eficiência, menor custo e maior vida útil. Por isso, a demanda por cádmio e telúrio poderia aumentar 7 vezes até 2040, resultando em uma escassez de 1.300 toneladas de cádmio e 1.400 toneladas de telúrio (CAMARGO et al., 2024; IEA, 2021; MARWEDE; RELLER, 2012; USGS, 2021). Estudos indicam que o desenvolvimento da energia solar pode ser limitado pela disponibilidade de metais raros como o telúrio (LIU et al., 2021; SHAO et al., 2020; TOKIMATSU et al., 2017; WATARI et al., 2019), e que a recuperação do resíduo fotovoltaico seria crítica para equilibrar a diferença entre o fornecimento e a demanda desse metal (CURTIN; VAIL; BUCKLEY, 2020; FTHENAKIS et al., 2020; LI et al., 2022; MCNULTY; JOWITT, 2022; WANG et al., 2020).
Conclusões
Neste trabalho, foi explorada a caracterização dos diversos REEE, como placas de circuito impresso e baterias de smartphones, lâmpadas LED e painéis FV. Resíduos em ampla geração graças ao desenvolvimento tecnológico e com tendência a acúmulos nos centros urbanos.
Os resultados, baseados na experiência do grupo de pesquisa do LACOR, demonstram que REEE são uma importante matéria-prima secundária para obtenção de materiais estratégicos com alto valor agregado, demostrando a presença de diversos metais (Al, Cu, Ni, Li, Co, Si, Au e Terras raras) considerados críticos e estratégicos, não apenas pelo Brasil, e em quantidades elevadas nos REEE. Estas matérias-primas secundárias podem incentivar ações de mineração urbana e promover a economia circular no país.
No contexto brasileiro, a mineração urbana desempenha um papel fundamental na redução da pressão sobre os recursos naturais tradicionalmente extraídos por meio da mineração primária, na conservação da biodiversidade, na mitigação das mudanças climáticas, na promoção e geração de empregos, na redução dos resíduos que são destinados a aterros, na expansão da economia circular e consequentemente para desenvolvimento socioeconômico sustentável do Brasil.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq, CAPES, FAPERGS e FINEP pelo auxílio financeiro na execução deste trabalho.
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Datas de Publicação
-
Publicação nesta coleção
16 Maio 2025 -
Data do Fascículo
2025
Histórico
-
Recebido
16 Jun 2024 -
Aceito
16 Ago 2024
Fonte: o autor, 2024.