Tietokoneiden kiintolevyt ovat vuosien varrella herättäneet mielenkiintoa niiden sisältämien, harvinaisiin maametalleihin pohjautuvien kestomagneettien takia. Tehokkaat magneetit ovat olleet kierrättäjille lähinnä riesa, koska ne jäävät kiinni murskaimen metalliosiin. Lisäksi yksittäisen kiintolevyaseman sisältämät magneetit ovat pieniä, joten kierrätysvolyymejä on vaikea saada niistä kokoon. Harvinaisten maametallien saatavuuteen liittyvistä ongelmista puhutaan paljon. Länsimailla on kova tarve ja halu luoda oma, Kiinasta riippumaton toimitusketju harvinaisille maametalleille. Tässä työssä kierrätys voisi olla osa ratkaisua ja silloin katseet kääntyvät nimenomaan kestomagneetteihin.
Syksyllä 2019 tutkijat viettivät pari kuukautta Googlen datakeskuksen laboratoriossa Mayesin piirikunnassa Oklahomassa purkaen käsin vanhoja kovalevyasemia. Tavoitteena oli irrottaa parin tuuman pituinen kokoonpano, johon kestomagneetit on kiinnitetty.
Kuuden viikon urakan aikana tutkijat ottivat talteen 6 100 tällaista kiintolevyn kestomagneettiosaa, jotka kaikki olivat uudenveroisessa kunnossa, kertoo Grist artikkelissaan. Magneetit lähetettiin sitten kiintolevytehtaalle Thaimaaseen, jossa niitä käytettiin uusien kiintolevyasemien valmistamiseen.
Kuva 1. Googlen projektissa irrotettiin käytetyistä kiintolevyistä kestomagneettien kokoonpanot (ks. magnet assembly kuvassa). (Kuva: HS Mag)
Kuva 2. Kiintolevyjen kestomagneetteja. (Kuva: HS Mag)
Teollisuus tutkinut kierrätysmahdollisuuksia
Edellä kuvattu harjoitus edustaa vain murto-osaa siitä noin 22 miljoonan kovalevyaseman määrästä, joka tulee vuosittain tiensä päähän Pohjois-Amerikan tietokonekeskuksissa, muistuttaa Grist.
Kun datakeskus vaihtaa vanhat kiintolevyt uusiin, kun ne tekevät 3 – 5 vuoden välein, käytöstä poistetut kiintolevyt murskataan. Harvinaiset maametallit, joiden kaivostuotantoon ja jalostamiseen magneeteiksi on käytetty huomattava määrä energiaa ja muita resursseja, hukataan osana alumiinijätettä.
Gristin artikkelin mukaan Google ja muut teknologiayritykset ovat kaikessa hiljaisuudessa tehneet jo vuosia töitä muuttaakseen tilanteen. Taustalla on huoli harvinaisten maametallien saatavuudesta, mutta myös harvinaisten maametallien kaivostuotannon ympäristökuormistuksesta, joka on ikävä kolhu teknologiayritysten vihreässä julkisivussa.
Bidenin hallinto nostanut kiintolevyt keskusteluun
Teknologiayrityset ovat yhdessä yliopistojen ja julkisten toimijoiden kanssa tutkineet, voisiko harvinaisia maametalleja “louhia” kaivosten sijaan käytetyistä kiintolevyistä.
Tähän saakka harva on ollut kiinnostunut näistä pyrkimyksistä. Mutta tähän voi tulla muutosta Biden hallinnon myötä, joka hiljattain julisti, että valtion tietokonekeskusten käytetyt kiintolevyt voivat olla lupaava uusi harvinaisten maametallien lähde, kertoo Grist artikkelissaan. Yhdysvallat tarvitsevat harvinaisia paitsi uusiin kiintolevyihin ja kulutuselektroniikkaan, myös uusiutuvan energian teknologioihin taistelussa ilmastonmuutosta vastaan.
Kuva 3. Bidenin hallinnon kattavassa ohjelmassa mainitaan myös datakeskukset ja kiintolevyjen harvinaiset maametallit. (Lähde: The White House, June 2021)
Arizonan yliopiston tutkija selittää, että kiintolevyjen magneetit ovat kiinnostavia, koska niissä käytettävät neodyymi ja dysprosium ovat välttämättömiä sähköautojen ja tuuliturbiinien valmistuksessa. Kaikkiaan 17 eri harvinaisesta maametallista neodyymi ja dysprosium ovat tärkeimmät ja kriittisimmät, painottaa tutkija Gristin artikkelissa.
Keskiössä neodyymi-pohjaiset kestomagneetit
Harvinaisiin maametalleihin pohjautuvat magneetit, jotka valmistetaan useimmiten neodyymistä, ovat paras tapa toteuttaa sähköauton moottori. Kiina hallitsee 90 prosenttia neodyymin kaupasta maailmassa.
Kuva 4. Neorem Magnets valmistaa Ulvilassa laadukkaita NdFeB-kestomagneetteja (kuva: Neorem Magnets)
Neodyymioksidin hinta yli tuplaantui viime vuonna ja hinta on edelleen korkealla. Yhdysvaltain kauppaministeriö kertoi kesäkuussa tutkivansa neodyymi-pohjaisten kestomagneettien maahantuonnin vaikutuksia maan kansalliseen turvallisuuteen, kertoo Mining.com artikkelissaan.
Datakeskuksilla tarkat proseduurit
Datakeskukset ovat varsinaisia tietokonevarastoja, joten ne ovat oiva paikka etsiä harvinaisia maametalleja. Gristin mukaan datakeskukset ovat maailman suurimpia kiintolevyjen käyttäjiä, jotka puolestaan ovat harvinaisten maametallien suurin käyttökohde.
Toisin kuin meidän yksityisten tietokoneenkäyttäjien kohdalla, käytetyt kiintolevyt eivät päädy kellariin tai autotallin hyllylle pölyttymään, kun ne tulevat elinkaarensa loppuun. Datakeskuksilla on tiukat proseduurit vanhojen kiintolevyjen keräämiseen ja hävittämiseen, jotta tietoturvallisuus ja yksityisyydensuoja ei vaarannu.
Kotitietokoneen kiintolevyn kierrätys vaatii, että sinä kiintolevyn omistajana kiikutat sen kierrätykseen. Datakeskukset taas toimittavat jo miljoonia käytettyjä kiintolevyjä kierrätykseen, muistuttaa Gristin haastattelema tutkija. Datakeskuksia pyörittävät yritykset haluavat hoitaa käytöstä poistetut kiintolevy parhaalla mahdollisella tavalla. Yritykset ovat kasvavassa määrin kiinnostuneita kestävästä kehityksestä, myös kiintolevyjen kohdalla.
Yhdysvallat suurin kiintolevyjen käyttäjä
Eniten kiintolevyjä päätyy kierrätykseen Yhdysvalloissa, jonka osuus käytetyistä on lähes 17 prosenttia, kertoo Grist.
Tutkijat ovat arvioineet, että jos kaikki nämä kiintolevyt kierrätettäisiin, niillä voitaisiin kattaa yli viisi prosenttia kaikesta harvinaisten maametallien kysynnästä Kiinan ulkopuolella. Tämä auttaisi tyydyttämään sekä ICT-alan että puhtaan energian teknologiayritysten tarvetta harvinaisille maametalleille.
Yhdysvalloissa tutkijoiden, teknologiayritysten, laitevalmistajien ja elektroniikkaromun kierrättäjien yhteenliittymä on hiljattain aloittanut hankkeen, jossa selvitetään, miten käytöstä poistettujen kiintolevyjen harvinaiset maametallit voitaisiin kierrättää tai kiintolevyjä voisi uudelleenkäyttää.
Vuonna 2019 konsortio julkaisi raportin, jossa tunnistettiin vaihtoehtoisia kierrätys- ja hyödyntämistrategioita, kuten käytettyjen kiintolevyn putsaus ja uudelleenkäyttö, kiintolevyjen magneettikokoonpanojen irrotus ja uudelleenkäyttö sekä koko kiintolevyn murskaus ja harvinaisten maametallien talteenotto ja puhdistaminen.
Kuva 5. INEMI-hankkeessa tunnistettiin useita erilaisia hyödyntämisvaihtoehtoja käytetyille kiintolevyille. (Lähde: INEMI 2019)
Jokaiseen strategiaan liittyy omat haasteensa. Esimerkiksi magneettien irrottaminen kiintolevyistä vatii käsityötä, harvinaisten maametallien talteenotto vaatii kemikaaleja tai energiaa ja tuottaa huomattavan määrän jätettä, listaa tutkimus. Jotta näitä hyödyntämisvaihtoehtoja voidaan skaalata teolliseen mittakaavaan, täytyy useiden eri toimijoiden globaaleissa toimitusketjuissa lähteä leikkiin mukaan.
Kuva 6. Käytettyjen kiintolevyjen kiertotalous. (Lähde: INEMI 2019)
Pienetkin muutokset toimitusketjuihin haastavia
Gristin haastattelema tutkija korostaa, että käytettyjen tai kierrätettyjen kestomagneettien palauttaminen kiertoon vaatisi pientä hienosäätöä kiintolevyjen globaaleihin toimitusketjuihin, mutta pienetkin rukkaukset ovat haastavia – varsinkin kun alkuun puhuttaisiin aika pienistä volyymeistä.
Tästä huolimatta muutamat yritykset ovat ottaneet asiassa ensimmäisiä askeleita. Vuonna 2018 Google, kiintolevyvalmistaja Seagate ja käytettyjä IT-laitteita kunnostava Recontext toteuttivat pienimuotoisen demohankkeen, jossa magneetit irrotettiin kuudesta käytetystä kiintolevy-yksiköstä ja ne asennettiin Seagaten uusiin kiintolevyihin. Tämä hanke oli lähtölaukauksena seuraavana vuotta toteutetulle projektille, jossa Seagate kiintolevyistä irrotettiin Googlen datakeskuksessa 6 100 magneettikokoonpanoa, jotka asennettiin Seagaten tehtaalla uusiin kiintolevy-yksiköihin. Projektissa mukana olleen henkilön arvion mukaan kyseessä on suurin tämän tyyppinen pilottihanke (tosin emme tiedä, mitä esim. Kiinassa on tällä alueella tehty).
Merkittävät ympäristöhyödyt
Pilottihankkeen tulokset julkaistaan Journal Resources, Conservation, and Recyling –lehdessä myöhemmin. Ne kertovat, että kestomagneetteja voitaisiin ottaa talteen ja hyödyntää isommassakin mittakaavassa. Tällä olisi tutkimuksen mukaan myös merkittäviä ympäristöhyötyjä: uudelleenkäytetyn magneettikokoonpanon hiilijalanjälki on tutkimuksen mukaan 86 prosenttia pienempi kuin uusien magneettien.
Hiilijalanjälkeä arvioitaessa otettiin huomioon datakeskuksen kotipaikan sähköntuotannon päästöt. Kun otetaan huomioon Googlen kyseisen datakeskuksen lähes ympärivuorokautinen uusiutuvan energian käyttö, pienenee käytettyjen magneettien laskennallinen hiilijalanjälki entisestään.
Google ei halunnut kommentoida Gristille, onko sillä tulossa jatkoprojekteja kiintolevyjen kiertotalouden osalta. Google muistutti kuitenkin, että yhtiö on julkisesti kertonut tavoitteena olevan skaalautuvan harvinaisiin maametalleihin pohjautuvien kestomagneettien kierrätysprosessin.
Toim.huom. Käytettyjen kiintolevyjen kestomagneetit ja niiden sisältämät harvinaiset maametallit ovat olleet Suomessa kehitys- ja tutkimushankkeiden, ja myös kriittisten materiaalien seurantaryhmän, agendalla jo vuosia. Esimerkiksi Teknologiateollisuuden vuonna 2015 käynnistyneessä kansallisessa SER-demolaitoshankkeessa kiintolevyt nähtiin erittäin houkuttelevana jakeena sähkö- ja elektroniikkaromun joukossa. Useissa yliopistoissa Suomessa on tutkittu harvinaisten maametallien talteenottoa kiintolevyjen kestomagneeteista. Pisimmällä tässä työssä lienee Jyväskylän yliopisto, jonka tutkimuksen pohjalta syntynyt startup-yritys Weeefiner on kehittänyt ja patentoinut 3D-tulostetun siepparin, jonka avulla harvinaisia maametalleja voidaan ottaa talteen hydrometallurgisessa prosessissa. Viime vuonna kerroimme tällä sivustolla hankkeesta, jossa Birminghamin yliopisto lähti kehittämään harvinaisten maametallien kierrätystä kestomagneeteista. Jos Suomessa saataisiin talteen neodyymiä ja dysprosiumia käytettyjen kiintolevyjen magneeteista, löytyisi meiltä Suomesta kierrätysmateriaalille potentiaalinen käyttäjäkin. Ulvilassa toimija kestomagneettien valmistaja Neorem Magnets pystyisi hyödyntämään valmistusprosessissaan myös kierrätyksen kautta tullutta raaka-ainetta. Tämä olisi mielenkiintoinen ratkaisu myös kansallisen huoltovarmuuden näkökulmasta. Neorem Magnets on yksi harvoista kestomagneettien valmistajista Kiinan ulkopuolella.
(Julkaistu 5.8.2021, päivitetty 6.8.2021)
Lähteet:
- Can you recycle a hard drive? Google is quietly trying to find out. Grist, 2 Aug 2021.
- China frictions steer electric automakers away from rare earth magnets. Mining.com, 19 July 2021.
- Biden supply chain review says US gov’t should recycle rare earth magnets from its data centers. Data Center Dynamics, 9 June 2021.
- Building resilient supply chains, revitalizing American manufacturing, and fostering broad-based growth. 100-Day Reviews under Executive Order 14017, June 2021. The White House.
- Multi-million rare earths recycling centre coming to Birmingham. Recycling International, August 8, 2019.
- Value Recovery Project, Phase 2. Inemi, August 2019.
- A Circular Google. Google, June 2019.
- Binnemans, K., Jones, P. T., Blanpain, B., Van Gerven, T., Yang, Y., Walton, A., & Buchert, M. (2013). Recycling of rare earths: a critical review. Journal of cleaner production, 51, 1-22.
Lisää aiheesta:
