综述：将危险废物转化为财富：电子废物作为能源和关键材料回收的可持续资源

《Journal of Engineering and Technology Management》：Turning Hazardous Waste into Wealth: E-Waste as a Sustainable Resource for Energy and Critical Material Recovery

本综述提出变革性视角，将电子废物（E-waste）重新定义为可持续资源。文章系统阐述了从回收到再生的全生命周期管理框架，重点探讨了超临界流体萃取、生物湿法冶金等先进技术对聚合物和关键金属的回收策略，并分析了人工智能（AI）在优化分类与决策中的作用。通过整合政策、技术及循环经济（Circular Economy）原则，为研究者、政策制定者及企业将电子废物从环境危害转化为可持续发展基石提供了蓝图。

　　

Abstract

电子废物（E-waste）正窒息生态系统，其渗滤的重金属和阻燃剂污染水土，危及人类与环境健康。然而，此危害中蕴藏着从聚合物到关键金属等大量待回收资源。本综述揭示了一种变革性愿景，聚焦聚合物回收这一被忽视的领域，并提出了一个涵盖所有地区和利益相关者的、基于生命周期（从收集到回收）的框架。我们深入探讨了利用超临界流体萃取和生物湿法冶金等尖端方法回收能源与材料，使其符合循环经济原则与可持续发展。此外，我们探索了人工智能（AI）通过优化分选、预测性维护和数据驱动决策来加强电子废物管理的作用。通过概述个人、政府和行业的责任，我们提供了一个将电子废物从全球祸害转变为可持续性基石的蓝图。

Introduction

快速城市化、技术创新和经济增长推动了电子废物（E-waste）的激增，从2010年的3380万公吨增至2025年的6430万公吨，预计到2030年将超过7470万公吨。这种指数级增长由缩短的设备生命周期、旺盛的消费者需求和普及的数字化驱动，带来了严重的环境和健康风险。电子废物的异质成分富含铜（Cu）、金（Au）等有价金属，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚合物，以及稀土元素（REEs），但其危险性成分如铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、溴化阻燃剂（BFRs）和持久性有机污染物（POPs）更令人担忧。不当处置方法（如填埋、露天焚烧、酸浸）会释放这些毒素，污染土壤，使重金属在生态系统中生物累积，渗滤液污染地下水破坏水生生物，并向空气中排放二噁英、呋喃和颗粒物，加剧气候变化并增加暴露人群的癌症和神经疾病风险。这些做法通过加速资源耗竭和放大生态退化威胁全球健康。

电子废物按应用和来源分为六类，主要包含富含金属和塑料的小型和大型设备。这些塑料作为碳源或可回收材料用于新产品（如设备外壳和建筑材料）的潜力常被忽视，其回收率远落后于金属回收。

全球仅有不到20%的电子废物被正规回收。产生大部分废弃电气电子设备（WEEE）的发达国家，常将其（合法作为二手商品或非法倾倒）出口至巴西、越南、尼日利亚、墨西哥等发展中国家。这些进口加剧了印度、巴西等国的本地电子废物负担，恶化了环境和健康危机。

以往研究多从零散视角处理电子废物管理，聚焦于金属回收、聚合物回收、环境污染物、政策框架或健康影响等孤立方面，却忽视了贯穿整个电子废物生命周期的相互关联的挑战和协同机遇。整合材料回收（金属和聚合物）、能源转化策略（如热解、气化、溶剂分解）、环境与健康风险评估、数字优化工具（如人工智能AI和机器学习）以及全球多样化政策框架的综合分析仍明显缺乏。

本综述填补了这些关键空白，提出了一个基于生命周期的、多学科综合的电子废物管理方法——从收集、规范处置到先进回收和再利用策略——涵盖多个地理区域。它强调了政府在规范收集系统中的作用，突出了增强报废价值化的生态设计原则，并探讨了机械预处理、聚合物回收以及金属/稀土元素提取方法。同时对生物修复、电化学回收和AI驱动优化等新兴技术以及全球政策倡议进行了批判性评估。最后，利用生命周期评估（LCA）量化环境权衡，最终形成一个将电子废物重新定义为可持续开发的可扩展资源的综合框架。

Safe platform for E-waste disposal

电子废物的处置因其含有重金属、BFRs和POPs等有害材料而仍是重大挑战。传统处置方法会向环境释放有毒物质，导致水土污染、空气污染以及呼吸系统疾病和致癌风险等健康问题。尽管如此，超过78%的WEEE未被妥善管理。建立安全处置平台至关重要，需结合法规、公众意识和基础设施投资，以确保电子废物在受控环境下处理，防止有害物质释放。

Designing Recovery Systems for Energy and Materials

具有成本效益和环境可持续性的能源/资源回收场址是电子废物处置的最佳选择，对城市采矿和可持续城市发展贡献显著。城市采矿和循环经济强调材料与能源的回收，鉴于电子废物含有聚合物和金属等多样成分，对此类组分的妥善回收对实现可持续城市采矿目标至关重要。每个回收场址的设计需考虑技术可行性、经济成本和环境影响，整合先进分选、材料回收和能源转化技术，以最大化资源潜力并最小化环境足迹。

E-waste Management Policies and Initiatives: Technical Aspects

有效的电子废物管理需要强有力的监管框架、先进的回收基础设施和企业责任，以确保可持续的材料和能源回收。非正规回收、不安全的填埋和露天焚烧持续对生态系统和人类健康构成显著风险。政府在通过延伸生产者责任（EPR）计划、激励绿色设计和投资回收技术来执行法规方面扮演关键角色。国际合作协议对于解决跨境电子废物转移和促进知识共享也至关重要。政策应鼓励采用最佳可行技术（BAT），并促进所有利益相关者之间的合作。

Monitoring and Reducing Pollution from E-waste

电子废物的不当处置和回收会向空气、土壤和地下水中释放一系列有害污染物，具有严重的生态和公共健康后果。强有力的评估和减缓策略对于量化并控制这些排放至关重要，尤其是多溴二苯醚（PBDEs）和空气动力学直径≤2.5μm的细颗粒物（PM_2.5），它们与心血管和呼吸系统疾病相关。监测技术，如遥感、传感器网络和基于AI的数据分析，可用于跟踪污染水平并识别热点区域。修复技术，如植物修复和生物修复，可应用于净化受污染场地。减少污染需要采取综合方法，结合清洁生产实践、废物减量策略和先进污染控制技术。

Life cycle assessment

生命周期评估（LCA）是评估电子废物回收技术环境影响的关键工具。它提供了从原材料提取到报废管理的整个生命周期内能耗、排放和资源效率的综合分析。这种系统方法使决策者能够比较不同的回收和处置方法，最终最小化环境和健康风险。LCA研究有助于识别电子废物管理过程中的热点，并为改进回收技术和政策制定提供信息，旨在实现环境可持续性和资源节约。

Conclusion and Outlook

预计到2030年将达7470万公吨的电子废物激增既是挑战也是机遇。有害成分威胁生态系统和公共健康，但电子废物也含有关键材料和可回收能源。若无系统变革，管理不善可能放大温室气体排放，并在2050年前导致全球GDP损失1.4%。本综述表明，先进的回收技术（如超临界流体萃取和生物湿法冶金）与AI驱动的优化和健全的政策相结合，可以将电子废物转化为可持续资源。未来展望包括加强国际合作、投资研发以改进回收效率，以及促进循环经济原则，其中生态设计、消费者意识和企业责任对于关闭材料循环和实现可持续发展目标至关重要。将电子废物重新定义为清洁、绿色未来的催化剂，需要全球利益相关者的共同努力。