Les catalyseurs au Ru sont des matériaux catalytiques dont le Ru est le principal composant actif. Ils améliorent considérablement l'efficacité des procédés chimiques en réduisant l'énergie d'activation des réactions. En 2025, un catalyseur développé par une équipe de l'Université de Tohoku au Japon – le Ru/dioxyde de cérium – a permis de convertir 92 % des déchets plastiques en carburant et en matières premières chimiques à une température de 200 °C, démontrant ainsi l'intérêt unique du Ru dans les réactions catalytiques. Même après leur inefficacité, ces catalyseurs contiennent encore du Ru métallique de haute pureté, ce qui en fait une cible clé dans la chaîne d'approvisionnement du recyclage. Français Par exemple, les déchets de matériaux cibles Ru provenant de la fabrication de semi-conducteurs ont souvent une pureté de 99,99 %, tandis que les catalyseurs Ru-carbone dans l'industrie pétrochimique contiennent environ 3 à 5 % de R. Les catalyseurs Ru recyclables dans les applications industrielles se répartissent principalement en trois catégories : les catalyseurs homogènes pour la métathèse des oléfines (par exemple, les catalyseurs Grubbs), les catalyseurs hétérogènes supportés (par exemple, Ru/Al₂O₃) et les catalyseurs structurés émergents pour l'hydrogénolyse (par exemple, les catalyseurs supportés par MXene). Une classification stricte est requise avant le recyclage : les déchets de l'industrie électronique sont rapidement examinés à l'aide de la spectroscopie de fluorescence X (XRF) ; les catalyseurs pharmaceutiques nécessitent des tests de résidus organiques ; et les alliages aérospatiaux sont prioritaires pour l'analyse à l'aide d'un plasma à couplage inductif (ICP).
D'ici 2025, les prix mondiaux du recyclage des catalyseurs au Ru afficheront une différenciation à trois niveaux. La poudre de Ru de haute pureté (≥ 99,99 %) atteindra un prix de recyclage de 28 à 30 USD/g, provenant principalement de matériaux cibles de semi-conducteurs et de déchets de recherche. Parmi les déchets de qualité industrielle, les catalyseurs d'anode de piles à combustible à hydrogène, en raison de leur composition pure, maintiendront un prix de recyclage des catalyseurs au Ru de 20 à 23,5 USD/g ; tandis que les catalyseurs Ru-carbone issus des raffineries de pétrole (teneur en Ru de 0,5 à 2 %) verront leurs prix de récupération chuter à 18 à 22 USD par gramme en raison des impuretés de carbone.
Les fluctuations de prix sont déterminées par trois facteurs : les fluctuations quotidiennes du prix du Ru sur le London Platinum and Palladium Market (LPPM) peuvent atteindre ± 15 %, ce qui a un impact direct sur le marché de la récupération ; en termes de coûts de purification, les déchets contenant des impuretés de métaux lourds entraînent des frais supplémentaires de 15 % pour l'élimination des impuretés ; d'un point de vue politique, les catalyseurs Ru recyclés certifiés dans le cadre du mécanisme d'ajustement carbone aux frontières (MACF) de l'UE peuvent générer une prime de 500 à 800 $ par tonne. Des entreprises internationales comme Heraeus proposent des services de « verrouillage des prix 24 h/24 » pour se couvrir contre les risques de volatilité des prix à terme.
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Industrie de l'hydrogène : les cellules d'électrolyse à membrane échangeuse de protons utilisent des catalyseurs revêtus de Ru, une seule unité standard de 1 000 mètres cubes nécessitant 30 à 50 grammes de Ru. D'ici 2030, la capacité installée mondiale des cellules d'électrolyse devrait atteindre 100 GW, avec une demande annuelle en Ru supérieure à 10 tonnes.
Synthèse chimique : les catalyseurs au Ru atteignent une sélectivité de 95 % dans la production d'acide acrylique, soit une amélioration de 40 % par rapport aux catalyseurs au cuivre traditionnels. Chaque unité de production génère environ 2 tonnes de catalyseur usagé par an, contenant environ 1,5 % de Ru.
Valorisation du plastique : les catalyseurs Ru chargés de MXene bidimensionnels (Ru@P-MXene) atteignent un taux d'hydrogénolyse de 914,9 gC₅–C₃₅ gRu¯¹ h¯¹ pour les plastiques LDPE, avec une sélectivité de carburant liquide supérieure à 80 %.
Fabrication électronique : les couches plaquées de Ru des filtres 5G améliorent l'efficacité de la transmission du signal, chaque station de base contenant environ 2 grammes de Ru. À l'échelle mondiale, plus de 500 kilogrammes de Ru peuvent être récupérés chaque année à partir de stations de base mises au rebut.
Les procédés de recyclage de pointe visent à améliorer l'efficacité et à réduire la consommation d'énergie. Le Japon a développé un système Ru/dioxyde de cérium qui craque directement les plastiques polyoléfines à basse température de 200 °C, permettant ainsi de réaliser plus de 60 % d'économies d'énergie par rapport aux procédés traditionnels à 900 °C. Les équipes japonaises utilisent des colonnes de silice comme vecteurs de MXène, optimisant ainsi l'effet de confinement des nanoparticules de Ru grâce à un espacement intercouche réglable (12-30 Å), multipliant par trois le taux de diffusion des molécules de polyéthylène et atteignant un rendement de régénération de 98,5 % pour les catalyseurs usagés.
Dans le procédé hydrométallurgique, Heraeus utilise des résines échangeuses d'ions pour adsorber sélectivement les ions Ru, atteignant un taux de récupération supérieur à 99 % à partir de liquides résiduaires de galvanoplastie contenant 0,1 % de Ru. L'Institut Ganjiang de l'Académie chinoise des sciences a innové en matière de technologie de lixiviation assistée par micro-ondes, réduisant ainsi le temps de traitement des déchets électroniques de 24 à 4 heures et diminuant la consommation d'énergie de 60 %. Pour les déchets d'hexachlororuthénate d'ammonium hautement toxiques, un système de fusion plasma en boucle fermée permet d'obtenir des émissions de gaz d'échappement quasi nulles.
Pour accéder au secteur du recyclage des catalyseurs au Ru, trois obstacles doivent être franchis : la technologie, la certification et les canaux de distribution. Technologie : Capable de traiter des cibles de Ru de haute pureté provenant d'usines de semi-conducteurs ; les catalyseurs pharmaceutiques nécessitent un équipement supplémentaire de pyrolyse des matières organiques. Qualifications : Les marchés européen et américain exigent la possession de licences de traitement des déchets dangereux (par exemple, la certification RCRA de l'EPA américaine), et le traitement des composés de Ru chlorés nécessite la certification du système environnemental ISO 14001.
Sélection du modèle opérationnel :
1. Collecteurs régionaux : Signature d'accords de gestion des déchets avec les usines de plaquettes et les usines chimiques locales, axés sur l'optimisation de la logistique de recyclage des catalyseurs au ruthénium. Par exemple, en Allemagne, le modèle de « location-recyclage de catalyseurs » est adopté : les clients versent une caution pour louer des catalyseurs au ruthénium, et après élimination, le recycleur prend en charge la collecte des déchets.
2. Usines de raffinage spécialisées : Investissement dans des fours de réduction à l'hydrogène (1 200 °C) et des lignes de raffinage électrolytique pour purifier le Ru brut à 99,99 %. Le système en boucle fermée d'Heraeus dans son usine du Tennessee atteint un taux de récupération de 98 %, avec des émissions de dioxyde de carbone inférieures de 97 % à celles du Ru extrait.
3. Partenariats : Participez au système de tarification du London Platinum and Palladium Market (LPPM) ou accédez à la plateforme de négociation numérique d'Heraeus pour une tarification en temps réel. D'ici 2025, le marché mondial du recyclage du ruthénium devrait atteindre 5,37 milliards de dollars américains, les entreprises techniquement conformes réalisant des marges brutes supérieures à 30 %.
4. Collaboration avec les PME : Les PME manquent de capitaux pour supporter des cycles de règlement longs. Un partenariat avec de grandes usines de recyclage de métaux précieux comme DONGSHENG, qui offrent des cycles de règlement courts, est la solution idéale. Les cycles de paiement de DONGSHENG sont généralement contrôlés en 24 à 48 heures.
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