Universitätsbibliothek Wien

Metallic resources in smartphones

Bookhagen, Britta (2020) Metallic resources in smartphones.
Dissertation, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Köberl, Christian

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DOI: 10.25365/thesis.66189
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-20501.45556.429573-0

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Abstract in English

Our modern society heavily depends on metallic elements and their reliable, sustainable supply to meet our growing demand and to sustain our current lifestyle. Increasingly complex technologies have contributed to an increase in both the number and supply of specific metallic elements needed to manufacture these devices. The key in understanding which raw materials can be utilized in future energy systems lies in estimating the availability of these materials through quantitative assessments and predictions. This study aims at placing smartphones in its geoscientific context by identifying the metallic content in smartphones and its potential to increase the availability of specific metallic elements through recycling. Smartphones are continuously cited for containing many different strategic metallic elements, and they are mentioned in discussions about future supply and criticality of metals, as well as for metal stocks of the urban mine for potential recycling solutions. Smartphones are also frequently discussed in the context of sustainable sourcing, conflict minerals, and potential circular economy concepts. With high sale numbers of 1.4 billion devices sold each year yet very low recycling rates, smartphones seem to be the prime example to combine today’s sustainability issues with everyone’s concern. In spite of their importance, data for newer smartphone generations are still missing, and no detailed values for metallic content are publicly available. This thesis combines the development of an analytical method to quantify 53 metallic elements in smartphones and the thorough investigation of the metals’ geoscientific importance with focus on occurrence, production, demand, supply, recycling, and sustainability. Additionally, the impact of smartphones on commodity markets and potential availability of metallic elements is investigated. The elemental composition of complete smartphones is facilitated both qualitatively and quantitatively using mass spectrometry and optical emission spectrometry. The results are used to document the raw material demand for the production of these types of smartphones. This allows to generate a product-specific database for smartphones and their mineral resources with a main focus on metallic elements: their geological occurrence and economic importance (production rates and countries), their metal stocks to discuss potential supply risks, criticality, and recycling, as well as possible circularity concepts. The general public often does not connect geologic occurrence and mining of the metallic elements with smartphones. This vastly underestimates the importance of geoscientific investigations and their applications to provide for society’s wellbeing. This study aims to close this knowledge gap and combines geoscientific results with a field study in modern translational research for development of an educational module.

Schlagwörter in Englisch

Smartphones / metallic resources / recycling

Abstract in German

Die moderne Gesellschaft ist von einer zuverlässigen, nachhaltigen Versorgung mit metallischen Elementen abhängig um die wachsende Nachfrage zu bedienen und unseren gegenwärtigen Lebensstil aufrechtzuerhalten. Insbesondere für Hightech-Produkte und zukünftige CO2-arme Technologien wird eine breite Palette von speziellen Metallelementen benötigt. Der Schlüssel zum Verständnis, welche Rohstoffe in zukünftigen Energiesystemen verwendet werden können, liegt in der Abschätzung der Verfügbarkeit dieser Materialien durch quantitative Bewertungen und Vorhersagen. Diese Studie zielt darauf ab Smartphones in ihren geowissenschaftlichen Kontext zu stellen, indem der Rohstoffgehalt in Smartphones und dessen Potenzial zur Erhöhung der Verfügbarkeit bestimmter Metalle durch Recycling ermittelt werden. Smartphones werden häufig für ihre verschiedenen strategischen Metallelemente zitiert: Bei Themen der zukünftigen Versorgung und Kritikalität von Metallen, bei Metallvorräten der „urbanen Mine“ für potenzielle Recyclinglösungen, bei nachhaltiger Beschaffung oder Konfliktmineralien und bei möglichen Konzepten der Kreislaufwirtschaft. Mit einer hohen Anzahl von 1,4 Milliarden verkauften Geräten pro Jahr, aber einer sehr niedrigen Recyclingrate scheinen Smartphones das beste Beispiel zu sein, um die heutigen Nachhaltigkeitsprobleme mit verschiedenen Aspekten zu verbinden. Trotz ihrer Bedeutung existieren keine Daten neuerer Smartphone-Generationen und es sind keine detaillierten Angaben über ihre Metallinhalte verfügbar. Diese Arbeit kombiniert die Entwicklung einer Analysemethode zur Quantifizierung von 53 metallischen Elementen in Smartphones mit einer Untersuchung der geowissenschaftlichen Bedeutung der Metalle in Bezug auf Vorkommen, Produktion, Nachfrage, Angebot, Recycling und Nachhaltigkeit. Letztendlich werden die Auswirkungen von Smartphones auf die Rohstoffmärkte und die potenzielle Verfügbarkeit metallischer Elemente untersucht. Die Elementzusammensetzung kompletter Smartphones wird sowohl qualitativ als auch quantitativ mittels Massenspektrometrie und optischer Emissionsspektrometrie detailliert ermittelt. Mit diesen Ergebnissen lässt sich der Rohstoffbedarf für die Herstellung der Smartphones untersuchen. Dies ermöglicht die Erstellung einer produktspezifischen Datenbank für Smartphones in Bezug auf deren metallische Rohstoffe. Diese Daten werden für die Diskussion speziell für die Untersuchung der geologischen Vorkommen, der wirtschaftlichen Bedeutung (Produktionsraten und Länder), der Metallvorräte für potenzielle Versorgungsrisiken, Kritikalität und Recycling, sowie für mögliche Ansätze für zukünftige Kreislaufwirtschaftskonzepte verwendet. In unserer Gesellschaft wird der Zusammenhang von Geowissenschaften und Smartphones normalerweise nicht erkannt. Generell wird die Bedeutung geowissenschaftlicher Anwendungen von der heutigen Gesellschaft nicht wahrgenommen. Für eine Sensibilisierung dieser Themen in Schulen kombiniert diese Studie moderne translationale Forschung mit der Entwicklung eines Outreach-Moduls über Smartphones.

Schlagwörter in Deutsch

Smartphones / Metallische Rohstoffe / Recycling

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Bookhagen, Britta
Title: Metallic resources in smartphones
Umfangsangabe: iv, 201 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Dr.-Studium der Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Erdwissenschaften)
Publication year: 2020
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Köberl, Christian
2. Supervisor: Irrgeher, Johanna
3. Supervisor: Prohaska, Thomas
Assessor: Altenberger, Uwe
2. Assessor: Melcher, Frank
Classification: 38 Geowissenschaften > 38.50 Geologie mineralischer Rohstoffe: Allgemeines
38 Geowissenschaften > 38.00 Geowissenschaften: Allgemeines
AC Number: AC16254283
Item ID: 66189
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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