Los fabricantes taiwaneses de pantallas LCD generan grandes volúmenes de pantallas de chatarra que se han enterrado en vertederos o se han triturado en pellets para su uso en la construcción. Pero el ITRI de Taiwán ha sorprendido al mundo al encontrar una manera de revivir a los paneles descartados.
"Los proveedores globales de cristal líquido se preguntan realmente cómo Taiwan puede reciclar los cristales líquidos".
Así es como Sung Hsin-chen, el director ejecutivo adjunto de la Junta de Administración del Fondo de Reciclaje de la Administración de Protección del Medio Ambiente, describió la reacción del mundo a un avance de reciclaje que podría cambiar la forma en que se fabrican los paneles LCD (pantalla de cristal líquido).
Los materiales de cristal líquido han existido durante más de un siglo. Las grandes multinacionales como Merck Group, con sede en Alemania, son ahora los principales productores de cristales líquidos y la mayor fuente de materias primas importadas para los fabricantes de LCD de Taiwan. Pero la capacidad de reciclar cristales líquidos de paneles planos desechados ha eludido hasta ahora a estos proveedores globales prominentes.
No fue hasta el año pasado que la respuesta al enigma finalmente surgió en la forma de un "Sistema de reciclaje de residuos de LCD" desarrollado por el Instituto de Investigación de Tecnología Industrial respaldado por el gobierno. Se lanzó en el centro de la atención al ganar un premio R&D 100, conocido como el "Oscar de la innovación".
El sistema extrae cristales líquidos de paneles desechados para reutilizarlos en el proceso de producción, lo que puede ahorrarle al fabricante de paneles más de NT $ 1 mil millones en costos de materia prima por año.
La recuperación de casi 100 por ciento de los cristales líquidos también transforma el sustrato de vidrio del panel en un nuevo material utilizable, aliviando la carga en los vertederos y reduciendo el riesgo de contaminación del agua de las pantallas LCD de chatarra.
Ahora, el panel completo, desde el vidrio en el exterior hasta los cristales líquidos en el interior, se puede reciclar, lo que para Taiwan ha aumentado el valor y la utilidad de las pantallas que se han enviado a los basureros.
Eso es algo importante cuando se considera la cantidad de desechos electrónicos que se producen. En 2016, el mundo generó 44.7 millones de toneladas métricas de desechos electrónicos, o aproximadamente 4,500 Torres Eiffel, y solo el 20 por ciento de eso fue reciclado a través de los canales apropiados, según un informe de las Naciones Unidas.
Taiwan es el tercer productor mundial de paneles LCD, un componente clave en muchos productos electrónicos, y genera alrededor de 8,000 toneladas métricas de paneles de desechos al año. Más allá de simplemente enterrarlos, la única opción de reciclaje para ellos en el pasado, y una con valor económico limitado, era aplastarlos y utilizar el vidrio de desecho como material de construcción.
“La tasa de rendimiento de nuestras [plantas de panel] es la más alta del mundo. Tenemos muy buena tecnología. Pero al momento de descubrir cómo manejar los paneles desechados, inicialmente no teníamos idea de cómo proceder ", admite Hung Huan-yi, subdirector de los Laboratorios de Investigación de Materiales y Químicos de ITRI.
En particular, los cristales líquidos han sido críticos para la evolución de la tecnología de paneles, y Taiwan ha dependido durante mucho tiempo de las importaciones del material. A un precio de alrededor de US $ 5 por gramo, los proveedores de paneles en Taiwán gastan casi NT $ 30 mil millones al año para comprar el material de Merck Group y otros grandes proveedores.
Dos pájaros con una piedra: económico y ecológico
El equipo de 10 personas liderado por Hung investigó la tecnología de reciclaje de residuos durante más de 10 años para ayudar a resolver los puntos débiles de la industria. El punto de partida del equipo consistió en dos preguntas: “¿Hay una forma de reciclar cristales líquidos?” Y “¿Cómo se puede hacer para fortalecer la productividad y ser respetuosos con el medio ambiente?
Hung recuerda haber visitado a un importante productor de paneles planos en ese momento, y el personal de I + D lo llevó a una sala con estantes apilados con material de cristal líquido inutilizable que se había acumulado durante muchos años.
"Su valor solo fue de más de NT $ 2 mil millones", estima.
Los materiales de cristal líquido solo representan alrededor del 3 por ciento de los costos de producción de una pantalla LCD, pero si se pueden reciclar y reintroducir en el proceso, se puede reducir directamente la cantidad que los fabricantes de pantallas tienen que gastar en nuevos materiales y al mismo tiempo resolver el manejo de residuos sólidos. problemas. En otras palabras, matar dos pájaros de un tiro.
Eso motivó a ITRI a estudiar cómo reciclar y reutilizar las pantallas de cristal líquido de desecho, pero de inmediato se encontró con problemas.
"Necesitamos al menos de tres a cinco años para lograr avances para cada tipo de tecnología requerida", recuerda Lu Chien-wei, investigadora de los Laboratorios de Investigación de Materiales y Químicos de ITRI.
Reciclar diferentes cristales líquidos es un problema
Lu dice que actualmente hay dos fuentes principales para los cristales líquidos reciclables: los paneles defectuosos de la línea de producción y los productos electrónicos de desecho, como los que tienen pantallas LCD. Un panel LCD puede tener solo unos pocos milímetros de espesor, pero consta de al menos 10 tipos de materiales, lo que significa que una vez que los dos sustratos de vidrio del panel se dividen, otros materiales deben eliminarse antes de poder extraer los cristales líquidos.
Esa tecnología de extracción sola tomó el ITRI casi 10 años en desarrollarse.
Una vez que el material ha sido extraído, el siguiente paso es "purificarlo", un desafío que incluso los grandes proveedores de cristal líquido dudaban que se pudiera superar debido a la variedad de materiales involucrados.
Dick Hsieh, director gerente de Merck Group Taiwan, explica que los materiales de cristal líquido generalmente se personalizan porque se usan en diferentes combinaciones para paneles de diferentes especificaciones. Para cumplir con estos requisitos, Merck Group vende más de 100 tipos de cristales líquidos, cada uno con composiciones distintas.
"Entonces, reciclar todos esos materiales juntos y luego tratarlos para que puedan reutilizarse es realmente muy difícil", especialmente considerando que cuanto mayor sea la resolución de una pantalla, mayor será la pureza de los cristales líquidos requeridos, dice Hsieh.
Para abordar esta "misión imposible", los investigadores de ITRI recurrieron a la destilación, la adsorción y el filtrado para eliminar las impurezas de los cristales líquidos extraídos, con la esperanza de elevar el nivel de impurezas del material a "partes por billón" (ppb). Estableció un objetivo para las impurezas que no excedan 1 ppb.
A medida que las fórmulas de cristal líquido estaban cambiando para cumplir con las especificaciones más precisas de los paneles planos, la tecnología de purificación del ITRI tenía que hacerse aún más sofisticada. Al utilizar un enfoque de "verificación repetida", ITRI ha podido identificar diferentes tipos de cristales líquidos y combinarlos en productos que satisfacen las necesidades de los fabricantes de paneles.
"Esa es la razón por la que nadie en el extranjero ha podido hacer esto todavía", dice Lu.
Aunque desarrollar una tecnología puede ser difícil, tenerla más allá del laboratorio puede ser aún más difícil. Hung de ITRI admitió que a pesar de que el proceso se había desarrollado durante muchos años y había recibido patentes relacionadas, los fabricantes de paneles inicialmente no estaban dispuestos a usarlo.
"Tuvimos que confiar en nuestros contactos de la industria y pedirles que nos ayuden dejándonos probar [la tecnología]", dice Hung.
Los fabricantes de paneles se mostraron reacios a lanzarse debido al daño irreparable que podrían sufrir si el uso del material de cristal líquido reciclado resultara en problemas de calidad. Para verificar la tecnología, también tuvieron que detener sus líneas de producción, no una perspectiva atractiva.
“La capacidad de una línea de producción es de alrededor de NT $ 60 millones por día. ¿Quién está dispuesto a correr ese riesgo? ”, Dice Hung.
Solo para llevar el proceso a una fábrica a modo de prueba tomó un año, pero una vez que una empresa lo adoptó, otras estaban dispuestas a seguirlo.
Innolux Corporation, uno de los dos mayores productores de pantallas LCD de Taiwan, firmó formalmente un acuerdo con ITRI el año pasado que allanará el camino para que el sistema de procesamiento de desechos de ITRI se instale en sus nueve fábricas en Tainan dentro de dos años. Se está construyendo el equipo necesario.
Al extraer y reutilizar cristales líquidos, se espera que la tecnología ahorre a Innolux cientos de millones de dólares taiwaneses al año en costos de adquisición, y hará que el proceso de producción sea más ecológico. Los paneles de chatarra reciclados ya no contendrán material tóxico de cristal líquido que ha hecho de los paneles enterrados una amenaza de contaminación.
En la actualidad, el sistema puede tratar 1,000 toneladas métricas de pantallas LCD desechadas por año. El vidrio residual sobrante se puede utilizar como un adsorbente nanoporoso capaz de eliminar metales pesados de las aguas residuales y el suelo, una desviación del enfoque más tradicional de coagulación y sedimentación. El método se está probando actualmente en la sección de galvanoplastia del Parque Industrial Costero de Changhua a modo de prueba.
"Esto demuestra que no solo podemos reciclar y reutilizar los materiales de desecho, sino también resolver los problemas de contaminación de otras personas, poniendo en práctica el concepto de 'minería urbana'", dice Sung, de la EPA.
El desarrollo es favorable para los fabricantes de pantallas planas debido al dinero que pueden ahorrar, y Hsieh de Merck Group considera que tiene mucho sentido desde la perspectiva de sus clientes.
“Desde un punto de vista ambiental, no quieres desperdiciar nada. Cada poco de material de cristal líquido representa un costo, por lo que la capacidad de reciclarlo es, por supuesto, beneficiosa para las compañías ”, dice Hsieh.
Aunque la tecnología podría reducir las ventas de materias primas del Grupo Merck, Hsieh dijo que hasta el momento no ha tenido mucho efecto, y su compañía continuará trabajando con los fabricantes de paneles para crear nuevas tecnologías y aplicaciones y ofrecer productos que satisfagan sus necesidades.
Buena tecnología que beneficia al mundo
La tecnología de ITRI está creando un nuevo valor para las pantallas desechadas una vez tratadas como basura, dándole valor incluso en lugares donde las pantallas LCD no se fabrican ampliamente. El ITRI ha comenzado a exportar su tecnología a los Estados Unidos para ayudar a las compañías allí a extraer cristales líquidos de los paneles usados y permitir que el vidrio de desecho tenga más usos, con la esperanza de que este enfoque más respetuoso con el medio ambiente pueda resolver un creciente problema de desechos electrónicos.
"Aunque los beneficiarios directos parecen ser fabricantes de paneles planos taiwaneses, en general, los seres humanos y el medio ambiente también son beneficiarios porque se ha reducido la fuente de desperdicio y contaminación", dice Hung.
En una era de productos electrónicos cada vez más sofisticados y ciclos de vida más cortos, encontrar mejores formas de reciclar y reutilizar los materiales se ha convertido en un problema apremiante en todo el mundo, y Taiwan, como gran productor de pantallas LCD y semiconductores, no es la excepción.
El creciente volumen de dispositivos inteligentes que impregnan la vida cotidiana creará aún mayores cantidades de desperdicios en el futuro, y si Taiwán puede encontrar formas de superar las barreras tecnológicas y desarrollar sistemas de reciclaje viables, inevitablemente surgirá como un buen negocio y una buena óptica para el país.
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