Catalisadores de Ru são materiais catalíticos que têm o Ru como principal componente ativo, aumentando significativamente a eficiência de processos químicos ao reduzir a energia de ativação das reações. Em 2025, um catalisador desenvolvido por uma equipe da Universidade de Tohoku, no Japão — Ru/dióxido de cério — converteu 92% dos resíduos plásticos em combustível e matérias-primas químicas a uma temperatura baixa de 200 °C, demonstrando o valor único do Ru em reações catalíticas. Mesmo após esses catalisadores se tornarem ineficazes, eles ainda contêm metal Ru de alta pureza, tornando-os um alvo importante na cadeia de suprimentos de reciclagem. Por exemplo, resíduos de material alvo de Ru da fabricação de semicondutores frequentemente apresentam pureza de 99,99%, enquanto catalisadores de Ru-carbono na indústria petroquímica contêm aproximadamente 3–5%. Catalisadores de Ru recicláveis em aplicações industriais se enquadram principalmente em três categorias: catalisadores homogêneos para metátese de olefinas (p. ex., catalisadores de Grubbs), catalisadores heterogêneos suportados (p. ex., Ru/Al₂O₃) e catalisadores estruturados emergentes para hidrogenólise (p. ex., catalisadores suportados em MXene). Uma classificação rigorosa é necessária antes da reciclagem: os resíduos da indústria eletrônica são rapidamente triados por espectroscopia de fluorescência de raios X (XRF); catalisadores farmacêuticos exigem testes para resíduos orgânicos; e ligas aeroespaciais são priorizadas para análise por plasma indutivamente acoplado (ICP).
Até 2025, os preços globais da reciclagem de catalisadores de Ru apresentarão uma diferenciação de três níveis. O pó de Ru de alta pureza (≥99,99%) terá um preço de reciclagem de 28 a 30 USD/g, proveniente principalmente de materiais-alvo semicondutores e resíduos de pesquisa. Entre os resíduos de nível industrial, os catalisadores de ânodo de células a combustível de hidrogênio, devido à sua composição pura, manterão um preço de reciclagem de catalisador de Ru de 20 a 23,5 USD/g; enquanto os catalisadores de Ru-carbono de refinarias de petróleo (teor de Ru de 0,5% a 2%) terão os preços de recuperação reduzidos para 18 a 22 USD por grama devido às impurezas de carbono.
As flutuações de preço são motivadas por três fatores: as flutuações diárias de preço no Mercado de Platina e Paládio de Londres (LPPM) podem atingir ±15%, impactando diretamente o mercado de recuperação; em termos de custos de purificação, a sucata contendo impurezas de metais pesados incorre em uma taxa adicional de remoção de impurezas de 15%; do ponto de vista político, os catalisadores de Ru reciclado certificados pelo Mecanismo de Ajuste de Carbono na Fronteira (CBAM) da UE podem gerar um prêmio de US$ 500 a US$ 800 por tonelada. Empresas internacionais como a Heraeus oferecem serviços de "fixação de preço 24 horas" para se proteger contra riscos de volatilidade dos preços futuros.
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Setor de energia de hidrogênio: Células de eletrólise com membrana de troca de prótons utilizam catalisadores revestidos de Ru, com uma única unidade padrão de 1.000 metros cúbicos que requer de 30 a 50 gramas de Ru. Até 2030, a capacidade instalada global de células de eletrólise deverá atingir 100 GW, com uma demanda anual de Ru superior a 10 toneladas.
Síntese química: Os catalisadores de Ru atingem 95% de seletividade na produção de ácido acrílico, uma melhoria de 40% em relação aos catalisadores de cobre tradicionais. Cada unidade de produção gera aproximadamente 2 toneladas de catalisador usado anualmente, contendo cerca de 1,5% de Ru.
Atualização de plástico: catalisadores de Ru bidimensionais carregados com MXene (Ru@P-MXene) atingem uma taxa de hidrogenólise de 914,9 gC₅–C₃₅ gRu¯¹ h¯¹ para plásticos LDPE, com seletividade de combustível líquido superior a 80%.
Fabricação de Eletrônicos: Camadas revestidas com Ru em filtros 5G aumentam a eficiência da transmissão do sinal, com cada estação base contendo aproximadamente 2 gramas de Ru. Globalmente, mais de 500 quilos de Ru podem ser recuperados de estações base descartadas anualmente.
Processos de reciclagem de ponta concentram-se em melhorar a eficiência e reduzir o consumo de energia. O Japão desenvolveu um sistema de Ru/dióxido de cério que craqueia diretamente plásticos poliolefínicos a uma temperatura baixa de 200 °C, alcançando uma economia de energia de mais de 60% em comparação com os processos tradicionais a 900 °C. Equipes nacionais utilizam colunas de sílica como transportadores de MXene, otimizando o efeito de confinamento das nanopartículas de Ru por meio de espaçamento intercalar ajustável (12-30 Å), aumentando a taxa de difusão das moléculas de polietileno em três vezes e alcançando uma eficiência de regeneração de 98,5% para catalisadores usados.
No processo hidrometalúrgico, a Heraeus utiliza resinas de troca iônica para adsorver seletivamente íons de Ru, alcançando uma taxa de recuperação superior a 99% a partir de resíduos líquidos de galvanoplastia contendo 0,1% de Ru. O Instituto Ganjiang da Academia Chinesa de Ciências inovou a tecnologia de lixiviação assistida por micro-ondas, reduzindo o tempo de processamento de resíduos eletrônicos de 24 para 4 horas e diminuindo o consumo de energia em 60%. Para resíduos de hexaclorurenato de amônio altamente tóxicos, um sistema de fusão a plasma em circuito fechado pode atingir emissões quase nulas de gases de escape.
Para entrar no setor de reciclagem de catalisadores de Ru, é preciso estabelecer três barreiras: tecnologia, certificação e canais de distribuição. Tecnologia: Capacidade de processar alvos de Ru de alta pureza de fábricas de semicondutores; catalisadores farmacêuticos exigem equipamentos adicionais de pirólise de materiais orgânicos. Qualificação: Os mercados europeu e americano exigem a posse de licenças de tratamento de resíduos perigosos (por exemplo, certificação RCRA da EPA dos EUA), e o processamento de compostos de Ru clorados exige a certificação do sistema ambiental ISO 14001.
Seleção do modelo operacional:
1. Coletores regionais: Firmar acordos de resíduos com fábricas de wafer/fábricas químicas locais, com foco na otimização da logística de reciclagem de catalisadores de Ru. Por exemplo, na Alemanha, adota-se o modelo de "aluguel-reciclagem de catalisadores", em que os clientes pagam um depósito para alugar catalisadores de Ru e, após o descarte, a recicladora paga pela coleta dos resíduos.
2. Plantas de refino especializadas: Investir em fornos de redução de hidrogênio (1200 °C) e linhas de refino eletrolíticas para purificar o Ru bruto até 99,99% de pureza. O sistema de circuito fechado da Heraeus em sua planta no Tennessee atinge uma taxa de recuperação de 98%, com emissões de dióxido de carbono 97% menores do que as do Ru extraído.
3. Parcerias de canal: Participe do sistema de precificação do Mercado de Platina e Paládio de Londres (LPPM) ou acesse a plataforma de negociação digital da Heraeus para precificação em tempo real. Até 2025, projeta-se que o tamanho do mercado global de reciclagem de rutênio atinja US$ 5,37 bilhões, com empresas tecnicamente em conformidade alcançando margens brutas superiores a 30%.
4. Colaboração com PMEs: As PMEs não têm capital para sustentar ciclos de liquidação prolongados. A parceria com grandes usinas de reciclagem de metais preciosos , como a DONGSHENG, que oferecem ciclos de liquidação curtos, é a escolha ideal. Normalmente, os ciclos de pagamento da DONGSHENG são controlados em 24 a 48 horas.
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