Chất xúc tác Ru là vật liệu xúc tác với Ru là thành phần hoạt tính cốt lõi, giúp tăng cường đáng kể hiệu quả của các quá trình hóa học bằng cách giảm năng lượng hoạt hóa phản ứng. Năm 2025, một chất xúc tác do nhóm nghiên cứu tại Đại học Tohoku ở Nhật Bản phát triển—Ru/xeri dioxit—đã chuyển đổi 92% nhựa thải thành nhiên liệu và nguyên liệu hóa học ở nhiệt độ thấp 200°C, chứng minh giá trị độc đáo của Ru trong các phản ứng xúc tác. Ngay cả sau khi các chất xúc tác này không còn hiệu quả, chúng vẫn chứa kim loại Ru có độ tinh khiết cao, khiến chúng trở thành mục tiêu chính trong chuỗi cung ứng tái chế. Ví dụ, chất thải vật liệu mục tiêu Ru từ quá trình sản xuất chất bán dẫn thường có độ tinh khiết 99,99%, trong khi chất xúc tác Ru-cacbon trong ngành công nghiệp hóa dầu chứa khoảng 3–5% Chất xúc tác Ru có thể tái chế trong các ứng dụng công nghiệp chủ yếu thuộc ba loại: chất xúc tác đồng nhất cho phản ứng metathesis olefin (ví dụ: chất xúc tác Grubbs), chất xúc tác dị thể được hỗ trợ (ví dụ: Ru/Al₂O₃) và chất xúc tác có cấu trúc mới nổi cho quá trình hydro hóa (ví dụ: chất xúc tác được hỗ trợ bởi MXene). Cần phải phân loại nghiêm ngặt trước khi tái chế: rác thải công nghiệp điện tử được sàng lọc nhanh chóng bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X (XRF); chất xúc tác dược phẩm cần được thử nghiệm để tìm cặn hữu cơ; và hợp kim hàng không vũ trụ được ưu tiên phân tích bằng phương pháp plasma cảm ứng (ICP).
Đến năm 2025, giá tái chế chất xúc tác Ru toàn cầu sẽ phân hóa thành ba mức. Bột Ru có độ tinh khiết cao (≥99,99%) sẽ có giá tái chế từ 28–30 USD/g, chủ yếu có nguồn gốc từ vật liệu mục tiêu bán dẫn và chất thải nghiên cứu. Trong số chất thải công nghiệp, chất xúc tác anode của pin nhiên liệu hydro, nhờ thành phần tinh khiết, sẽ duy trì giá tái chế chất xúc tác Ru ở mức 20–23,5 USD/g; trong khi chất xúc tác Ru-cacbon từ các nhà máy lọc dầu (hàm lượng Ru từ 0,5%-2%) sẽ có giá thu hồi giảm xuống còn 18-22 USD/g do tạp chất carbon.
Biến động giá được chi phối bởi ba yếu tố: biến động giá hàng ngày trên Thị trường Bạch kim và Palađi London (LPPM). Giá Ru có thể dao động trong khoảng ±15%, ảnh hưởng trực tiếp đến thị trường thu hồi; Về chi phí tinh chế, phế liệu chứa tạp chất kim loại nặng phải chịu thêm 15% phí loại bỏ tạp chất; về mặt chính sách, chất xúc tác Ru tái chế được chứng nhận theo Cơ chế Điều chỉnh Biên giới Carbon của EU (CBAM) có thể được bán với mức giá cao hơn từ 500–800 đô la Mỹ/tấn. Các công ty quốc tế như Heraeus cung cấp dịch vụ "khóa giá 24 giờ" để phòng ngừa rủi ro biến động giá hợp đồng tương lai.
Nội dung liên quan đến giá tái chế kim loại quý khác:
Ngành công nghiệp năng lượng hydro: Các pin điện phân màng trao đổi proton sử dụng chất xúc tác phủ Ru, với một đơn vị tiêu chuẩn 1.000 mét khối cần 30-50 gam Ru. Đến năm 2030, công suất lắp đặt pin điện phân toàn cầu dự kiến đạt 100 GW, với nhu cầu Ru hàng năm vượt quá 10 tấn.
Tổng hợp hóa học: Chất xúc tác Ru đạt độ chọn lọc 95% trong sản xuất axit acrylic, cải thiện 40% so với chất xúc tác đồng truyền thống. Mỗi đơn vị sản xuất tạo ra khoảng 2 tấn chất xúc tác đã qua sử dụng hàng năm, chứa khoảng 1,5% Ru.
Nâng cấp nhựa: Chất xúc tác Ru chứa MXene hai chiều (Ru@P-MXene) đạt tốc độ hydro phân là 914,9 gC₅–C₃₅ gRu¯¹ h¯¹ đối với nhựa LDPE, với độ chọn lọc nhiên liệu lỏng vượt quá 80%.
Sản xuất thiết bị điện tử: Các lớp mạ Ru trong bộ lọc 5G giúp tăng cường hiệu quả truyền tín hiệu, với mỗi trạm gốc chứa khoảng 2 gam Ru. Trên toàn cầu, hơn 500 kg Ru có thể được thu hồi từ các trạm gốc bị loại bỏ hàng năm.
Các quy trình tái chế tiên tiến tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng. Nhật Bản đã phát triển hệ thống Ru/xeri dioxit có khả năng bẻ gãy trực tiếp nhựa polyolefin ở nhiệt độ thấp 200°C, tiết kiệm hơn 60% năng lượng so với các quy trình truyền thống ở 900°C. Các nhóm nghiên cứu trong nước sử dụng cột silica làm chất mang MXene, tối ưu hóa hiệu ứng giam giữ của các hạt nano Ru thông qua khoảng cách giữa các lớp có thể điều chỉnh (12-30 Å), tăng tốc độ khuếch tán của các phân tử polyethylene lên gấp ba lần và đạt hiệu suất tái sinh 98,5% đối với chất xúc tác đã qua sử dụng.
Trong quy trình thủy luyện, Heraeus sử dụng nhựa trao đổi ion để hấp thụ chọn lọc các ion Ru, đạt tỷ lệ thu hồi trên 99% từ chất thải mạ điện chứa 0,1% Ru. Viện Ganjiang thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã cải tiến công nghệ ngâm chiết bằng vi sóng, rút ngắn thời gian xử lý rác thải điện tử từ 24 giờ xuống còn 4 giờ và giảm 60% mức tiêu thụ năng lượng. Đối với chất thải amoni hexachlororuthenate có độc tính cao, hệ thống nấu chảy plasma vòng kín có thể đạt được mức phát thải khí thải gần như bằng không.
Để tham gia vào ngành tái chế chất xúc tác Ru, cần thiết lập ba rào cản: công nghệ, chứng nhận và kênh phân phối. Công nghệ: Có khả năng xử lý các mục tiêu Ru có độ tinh khiết cao từ các nhà máy bán dẫn; chất xúc tác dược phẩm đòi hỏi thiết bị nhiệt phân vật liệu hữu cơ bổ sung. Liên quan đến trình độ chuyên môn: Thị trường châu Âu và Mỹ yêu cầu phải có giấy phép xử lý chất thải nguy hại (ví dụ: chứng nhận RCRA của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA)), và việc xử lý các hợp chất Ru có clo yêu cầu chứng nhận hệ thống môi trường ISO 14001.
Lựa chọn mô hình hoạt động:
1. Các đơn vị thu gom rác thải khu vực: Ký kết hợp đồng thu gom rác thải với các nhà máy wafer/nhà máy hóa chất địa phương, tập trung vào việc tối ưu hóa hậu cần tái chế chất xúc tác Ru. Ví dụ, tại Đức, mô hình “thuê-tái chế chất xúc tác” được áp dụng, theo đó khách hàng trả tiền đặt cọc để thuê chất xúc tác Ru, và sau khi xử lý, đơn vị tái chế sẽ trả tiền để thu gom rác thải.
2. Các nhà máy tinh chế chuyên dụng: Đầu tư vào lò khử hydro (1200°C) và dây chuyền tinh chế điện phân để tinh chế Ru thô đạt độ tinh khiết 99,99%. Hệ thống vòng kín của Heraeus tại nhà máy ở Tennessee đạt tỷ lệ thu hồi 98%, với lượng khí thải carbon dioxide thấp hơn 97% so với Ru khai thác.
3. Quan hệ đối tác kênh: Tham gia hệ thống định giá của Thị trường Bạch kim và Palladium London (LPPM) hoặc truy cập nền tảng giao dịch kỹ thuật số của Heraeus để biết giá theo thời gian thực. Đến năm 2025, quy mô thị trường tái chế ruthenium toàn cầu dự kiến sẽ đạt 5,37 tỷ USD, với các công ty tuân thủ kỹ thuật đạt biên lợi nhuận gộp trên 30%.
4. Hợp tác với các doanh nghiệp vừa và nhỏ: Các doanh nghiệp vừa và nhỏ thiếu vốn để duy trì chu kỳ thanh toán kéo dài. Hợp tác với các nhà máy tái chế kim loại quý lớn như DONGSHENG, với chu kỳ thanh toán ngắn, là lựa chọn tối ưu. Thông thường, chu kỳ thanh toán của DONGSHENG được kiểm soát trong vòng 24–48 giờ.
Ngôn ngữ
