«Αστική εξόρυξη» σπάνιων γαιών: Από τα τεχνολογικά απόβλητα στους στρατηγικούς πόρους

Στον παγκόσμιο αγώνα δρόμου για την εξασφάλιση αλυσίδων εφοδιασμού υψηλής τεχνολογίας, μια αθόρυβη επανάσταση λαμβάνει χώρα σε εργαστήρια και εργοστάσια σε όλο τον κόσμο. Αντί να επικεντρώνονται αποκλειστικά στην εύρεση νέων γεωλογικών κοιτασμάτων, οι επιστήμονες και η βιομηχανία στρέφουν την προσοχή τους σε έναν τεράστιο και αυξανόμενο πόρο: τα ηλεκτρονικά απόβλητα. Η ανάκτηση και η ανακύκλωση σπάνιων γαιών από προϊόντα στο τέλος του κύκλου ζωής τους, γνωστή ως «αστική εξόρυξη», αναδύεται ως μια στρατηγική προσέγγιση που όχι μόνο θα λύσει τα περιβαλλοντικά προβλήματα αλλά και θα αναδιαμορφώσει τον χάρτη των πόρων του 21ου αιώνα.

"Δικό μου στην πόλη" - Ξεχασμένος πόρος

Κάθε χρόνο, εκατομμύρια τόνοι ηλεκτρονικών αποβλήτων (e-waste), παλιών κινητήρων και βιομηχανικού εξοπλισμού απορρίπτονται, παρασύροντας μαζί τους μεγάλες ποσότητες πολύτιμων στοιχείων σπανίων γαιών. Αυτός ο «αστικός» πόρος συγκεντρώνεται κυρίως σε τρεις κύριους τύπους αποβλήτων:

Μεταχειρισμένοι μόνιμοι μαγνήτες NdFeB: Αυτοί είναι οι πλουσιότερες «φλέβες μεταλλεύματος» σπάνιων γαιών, που περιέχουν πολύ υψηλά επίπεδα νεοδυμίου (Nd), πρασεοδυμίου (Pr) και δυσπροσίου (Dy). Βρίσκονται σε σκληρούς δίσκους υπολογιστών, κινητήρες ηλεκτρικών οχημάτων, ανεμογεννήτριες, κλιματιστικά, ηχεία και πολλές άλλες συσκευές. Εκτιμάται ότι η παγκόσμια αγορά ανακύκλωσης μαγνητών σπάνιων γαιών θα μπορούσε να φτάσει τα δισεκατομμύρια δολάρια την επόμενη δεκαετία.

Σκόνες φθορισμού από άχρηστους λαμπτήρες: Οι παλιοί συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού και οι σωλήνες φθορισμού που περιέχουν σκόνες φθορισμού (φωσφόρους) αποτελούν σημαντική πηγή ακριβών βαρέων στοιχείων σπάνιων γαιών όπως το ύττριο (Y), το ευρώπιο (Eu) και το τέρβιο (Tb).

Απόβλητα καταλυτών: Οι καταλύτες πυρόλυσης ρευστοποιημένης κλίνης (FCC) από τη βιομηχανία πετροχημικών διυλιστηρίων περιέχουν σημαντικές ποσότητες λανθανίου (La) και δημητρίου (Ce).

Η ανάκτηση σπάνιων γαιών από αυτές τις πηγές όχι μόνο μειώνει την εξάρτηση από την παραδοσιακή εξόρυξη, η οποία συχνά προκαλεί σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα, όπως καταστροφή του τοπίου και ραδιενεργό μόλυνση, αλλά δημιουργεί επίσης μια σταθερή, ασφαλή και προβλέψιμη δευτερογενή τροφοδοσία εντός των εθνικών συνόρων.

Φωτογραφία: Πηγή αποβλήτων από ηλεκτρονικές πλακέτες κυκλωμάτων (πηγή: en.reset.org).

Καινοτομίες στην τεχνολογία ανακύκλωσης σπάνιων γαιών

Η ανακύκλωση σπάνιων γαιών αποτελεί μια σημαντική τεχνολογική πρόκληση. Ωστόσο, πρόσφατες ερευνητικές ανακαλύψεις έχουν ανοίξει την προοπτική εμπορευματοποίησης σε μεγάλη κλίμακα.

Υδρομεταλλουργία - Κυρίαρχη: Αυτή είναι η πιο ευρέως μελετημένη και εφαρμοσμένη μέθοδος. Επιστήμονες στο Εργαστήριο Ames (ΗΠΑ) και στο Πανεπιστήμιο KU Leuven (Βέλγιο) έχουν αναπτύξει αποτελεσματικές υδρομεταλλουργικές διεργασίες για τη διάλυση σκόνης μαγνήτη NdFeB σε οξύ και στη συνέχεια χρησιμοποιούν τεχνικές εκχύλισης με διαλύτη για την ανάκτηση οξειδίων σπάνιων γαιών με καθαρότητα άνω του 99,5%. Πρόσφατα, η έρευνα έχει επικεντρωθεί στη χρήση ασθενέστερων οργανικών οξέων (όπως κιτρικό οξύ, γλυκονικό οξύ) για την αύξηση της επιλεκτικότητας και τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.

Νέες και «πιο πράσινες» τεχνολογίες - Μελλοντικές προοπτικές:

+ Άμεση Ανακύκλωση: Μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση είναι η άμεση επαναχρησιμοποίηση κραμάτων από παλιούς μαγνήτες χωρίς να διαχωρίζεται κάθε στοιχείο. Η Urban Mining Company (ΗΠΑ) έχει εμπορευματοποιήσει μια διαδικασία που ονομάζεται "Magnet-to-Magnet", στην οποία οι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται υποβάλλονται σε επεξεργασία για την αφαίρεση της επικάλυψης, στη συνέχεια αλέθονται σε σκόνη και ανακατασκευάζονται σε νέους μαγνήτες. Αυτή η διαδικασία εξοικονομεί σημαντική ενέργεια και κόστος σε σύγκριση με την παραγωγή από μετάλλευμα.

+ Χρήση Ιωνικών Υγρών: Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Queen's στο Μπέλφαστ (Ηνωμένο Βασίλειο) έχουν καταδείξει τη δυνατότητα χρήσης διαφόρων τύπων ιοντικών διαλυτών για την επιλεκτική διάλυση οξειδίων σπάνιων γαιών από απόβλητα φθορίζουσας σκόνης. Τα εργαστηριακά αποτελέσματα δείχνουν ότι η απόδοση ανάκτησης του Ευρωπίου μπορεί να φτάσει πάνω από 90% με υψηλή καθαρότητα. Αν και το κόστος των ιοντικών διαλυτών εξακολουθεί να είναι υψηλό, η επαναχρησιμοποίησή τους και η φιλικότητα προς το περιβάλλον αποτελούν μεγάλο πλεονέκτημα.

+ Βιοαπόπλυση: Πρόκειται για ένα νέο αλλά δυναμικό ερευνητικό πεδίο. Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Άινταχο (ΗΠΑ) ανακάλυψαν ότι τα βακτήρια Gluconobacter είναι ικανά να παράγουν γλυκονικό οξύ, το οποίο βοηθά στη διάλυση σπάνιων γαιών από θερμικά επεξεργασμένους μαγνήτες. Τα εργαστηριακά αποτελέσματα δείχνουν ότι μπορεί να ανακτηθεί έως και 70% του νεοδυμίου. Αν και αυτή η διαδικασία είναι αργή και όχι πολύ αποτελεσματική, ανοίγει μια εντελώς βιώσιμη κατεύθυνση, χρησιμοποιώντας ελάχιστη ενέργεια και χωρίς να παράγει τοξικές χημικές ουσίες.

Φωτογραφία: Ανακύκλωση από μαγνήτες σπάνιων γαιών (πηγή. https://eco-recycle.co.uk/).

Τρέχουσα κατάσταση, προκλήσεις και οδικός χάρτης για το Βιετνάμ

Για το Βιετνάμ, η «αστική εξόρυξη» σπάνιων γαιών είναι ένας τομέας που έχει μείνει σχεδόν εντελώς ανοιχτός. Προς το παρόν, δεν διαθέτουμε ένα συστηματικό σύστημα συλλογής, ταξινόμησης και επεξεργασίας ηλεκτρονικών αποβλήτων και βιομηχανικών αποβλήτων που περιέχουν σπάνιες γαίες. Οι δραστηριότητες ανακύκλωσης (εάν υπάρχουν) είναι κυρίως χειρωνακτικές και μικρής κλίμακας, ανακτώντας κυρίως κοινά μέταλλα όπως χαλκό, αλουμίνιο και σίδηρο, ενώ πολύτιμα στοιχεία σπάνιων γαιών χάνονται και απελευθερώνονται στο περιβάλλον.

Ωστόσο, αυτή είναι μια ευκαιρία για το Βιετνάμ να οικοδομήσει μια σύγχρονη και βιώσιμη βιομηχανία ανακύκλωσης σπάνιων γαιών από την αρχή. Για να γίνει αυτό, χρειάζεται ένας σαφής οδικός χάρτης με συγκεκριμένα βήματα:

Καθιέρωση πλαισίου πολιτικής και συστήματος συλλογής: Η κυβέρνηση θα πρέπει να θεσπίσει πολιτικές που να ενθαρρύνουν και να επιβάλλουν τη συλλογή προϊόντων σπάνιων γαιών που έχουν φτάσει στο τέλος του κύκλου ζωής τους. Η καθιέρωση ενός αποτελεσματικού πανεθνικού συστήματος για τη συλλογή και τη διαλογή ηλεκτρονικών αποβλήτων και βιομηχανικών αποβλήτων αποτελεί προϋπόθεση.

Ισχυρές επενδύσεις στην Έρευνα και Ανάπτυξη: Χρειάζεται ένα εθνικό πρόγραμμα επιστήμης και τεχνολογίας για την ανακύκλωση στρατηγικών υλικών, το οποίο θα δίνει προτεραιότητα στους πόρους για τα ερευνητικά ιδρύματα και τα πανεπιστήμια ώστε:

+ Έρευνα και εξειδίκευση σε βασικές τεχνολογίες ανακύκλωσης: Εστίαση στη βελτιστοποίηση της υδρομεταλλουργικής διαδικασίας, κατάλληλης για συγκεκριμένους τύπους αποβλήτων στο Βιετνάμ. Με την υπάρχουσα εμπειρία στην υδρομεταλλουργία και την εξόρυξη πρωτογενών μεταλλευμάτων, μονάδες όπως το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Σπάνιων Γαιών μπορούν να προσεγγίσουν και να τελειοποιήσουν γρήγορα αυτήν την τεχνολογία.

+ Ερευνήστε νέες τεχνολογίες, βρείτε συντομότερους δρόμους: Διαθέστε πόρους για την έρευνα προηγμένων κατευθύνσεων, όπως η χρήση ιοντικών διαλυτών και η υδροβιολογία. Αν και πρόκειται για μακροπρόθεσμες μελέτες, η έναρξη τώρα θα βοηθήσει το Βιετνάμ να μην μείνει πίσω στην τεχνολογία.

Κατασκευή πιλοτικών εγκαταστάσεων επεξεργασίας και ανακύκλωσης (Πιλοτική Μονάδα): Μετά την επίτευξη θετικών αποτελεσμάτων Ε&Α, είναι απαραίτητο να επενδυθεί στην κατασκευή πιλοτικών μονάδων ανακύκλωσης για την επαλήθευση της τεχνολογίας, την αξιολόγηση της οικονομικής αποδοτικότητας και την τελειοποίηση της διαδικασίας πριν από την εφαρμογή της σε βιομηχανική κλίμακα.

Ενίσχυση της Διεθνούς Συνεργασίας: Μαθαίνοντας από τις εμπειρίες κορυφαίων χωρών στη διαμόρφωση πολιτικών, συστημάτων συλλογής και μεταφοράς προηγμένης τεχνολογίας ανακύκλωσης.

Η ανάπτυξη μιας βιομηχανίας ανακύκλωσης σπάνιων γαιών δεν αποτελεί μόνο μια οικονομική και περιβαλλοντική λύση, αλλά και ένα ζήτημα ασφάλειας των πόρων. Με την «εξόρυξη» χρησιμοποιημένων τεχνολογικών προϊόντων, το Βιετνάμ μπορεί να δημιουργήσει μια σταθερή δευτερογενή προσφορά σπάνιων γαιών, να μειώσει την εξάρτηση από εξωτερικούς παράγοντες και να συμβάλει στην οικοδόμηση μιας κυκλικής, πράσινης και βιώσιμης οικονομίας.

Ινστιτούτο Σπάνιας Ραδιενεργής Τεχνολογίας, Ινστιτούτο Ατομικής Ενέργειας του Βιετνάμ

Πηγή: https://mst.gov.vn/khai-thac-do-thi-dat-hiem-tu-phe-thai-cong-nghe-den-nguon-tai-nguyen-chien-luoc-197250731091535427.htm