از زباله‌های صنعتی تا مواد معدنی استراتژیک

10.22. Bùn đỏ: Từ chất thải công nghiệp đến khoáng sản chiến lược

صنعت جهانی آلومینیوم سالانه بیش از ۱۵۰ میلیون تن گل قرمز تولید می‌کند. (منبع: Discovery Alert)

در رقابت فناوری امروز، مزیت یک ملت نه تنها در محصول نهایی مانند تراشه‌ها، ماهواره‌ها، رادار یا تجهیزات دفاعی نهفته است. در پشت این محصولات، یک پایه کمتر مورد توجه اما بسیار مهم وجود دارد: مواد.

بدون مواد مناسب، حتی طرح‌های پیشرفته نیز به سختی به مرحله تولید می‌رسند. بدون عرضه پایدار، یک خط تولید با فناوری پیشرفته می‌تواند مختل شود. بنابراین، فلزات حیاتی مانند گالیوم، اسکاندیم و برخی عناصر خاکی کمیاب به طور فزاینده‌ای به عنوان بخشی از امنیت اقتصادی و صنعتی دیده می‌شوند.

چرا گالیوم و اسکاندیم مهم هستند؟

گالیوم و اسکاندیم فلزاتی نیستند که عموم مردم با آنها آشنا باشند، اما نقش ویژه‌ای در زنجیره‌های تولید فناوری پیشرفته ایفا می‌کنند.

گالیوم در ترکیبات نیمه‌هادی، به ویژه گالیوم آرسنید و گالیوم نیترید، موادی با کاربردهایی در الکترونیک، مخابرات، LEDها، سلول‌های خورشیدی و بسیاری دیگر از سیستم‌های پیشرفته، استفاده می‌شود. در برخی کاربردها، ترکیبات گالیوم به دلیل توانایی‌شان در کار در فرکانس‌های بالا، توان بالا یا محیط‌های خشن، از سیلیکون سنتی بهتر عمل می‌کنند.

اسکاندیم بار دیگر در حوزه آلیاژسازی مورد توجه قرار گرفته است. اسکاندیم هنگامی که با آلومینیوم ترکیب می‌شود، آلیاژی سبک و محکم با پتانسیل بالا در هوافضا و کاربردهایی که نیاز به نسبت استحکام به وزن بالا دارند، ایجاد می‌کند. نکته قابل توجه این است که طبق وب‌سایت Discovery Alert ، تولید جهانی اکسید اسکاندیم در حال حاضر تنها 10 تا 15 تن در سال است که در مقایسه با تقاضای رو به رشد، رقم بسیار کمی است و باعث کمبود عرضه ساختاری می‌شود. بنابراین ارزش اسکاندیم نه در حجم مصرف زیاد آن، بلکه در توانایی آن در بهبود خواص مواد و کمیابی غیرقابل جایگزین آن نهفته است.

این یک ویژگی مشترک بسیاری از مواد معدنی استراتژیک است: ممکن است در مقادیر زیاد مورد استفاده قرار نگیرند، اما جایگزینی آنها دشوار است. مقدار کمی از مواد می‌تواند عملکرد کل یک سیستم را تعیین کند. برای صنایعی مانند نیمه‌هادی‌ها، مخابرات، انرژی پاک و دفاع، ثبات عرضه مواد یک شرط اساسی است.

تنگناهای زنجیره تامین

برای ایالات متحده، مشکل اصلی این است که برخی از مواد حیاتی فاقد عرضه داخلی کافی هستند. در مورد گالیوم، عرضه جهانی به شدت در چین متمرکز است. در مورد اسکاندیم، ایالات متحده همچنین فاقد ظرفیت قابل توجه استخراج داخلی یا بازیابی تجاری است.

این وابستگی فقط یک مسئله اقتصادی نیست. در زمینه رقابت فناوری و تجاری بین قدرت‌های بزرگ، عرضه مواد معدنی می‌تواند به ابزاری برای اعمال فشار تبدیل شود. هنگامی که یک ماده حیاتی مشمول کنترل صادرات می‌شود، مشاغل وابسته به آن با خطر افزایش قیمت، کمبود یا نیاز به یافتن منابع جایگزین در کوتاه‌مدت مواجه می‌شوند.

برای سال‌های متمادی، جهانی شدن منجر به زنجیره‌های تأمین با هزینه بهینه شده شد. اما با افزایش رقابت ژئوپلیتیکی ، این رویکرد ناکافی شد. یک منبع تأمین ارزان اما بیش از حد متمرکز می‌تواند خطرناک شود. یک زنجیره تأمین کارآمد وابسته به یک کشور واحد می‌تواند با تغییر سیاست‌ها آسیب‌پذیر شود.

برای ایالات متحده، چالش فقط یافتن سنگ معدن بیشتر نیست. بخش سخت‌تر، ایجاد کل زنجیره است: بازیابی، پالایش، فرآوری، استانداردسازی و ادغام مواد در سیستم‌های صنعتی. بدون منابع و قابلیت‌های فرآوری، یک ملت همچنان به منابع خارجی وابسته خواهد ماند.

در این زمینه، گل قرمز، یک محصول زائد تولید شده در طول پالایش آلومینا از سنگ معدن بوکسیت، توسط ایالات متحده مورد ارزیابی مجدد قرار گرفته است، زیرا می‌تواند به منبع ثانویه چندین فلز استراتژیک مانند گالیوم و اسکاندیم تبدیل شود.

از ضایعات تا عرضه بالقوه

گل قرمز محصول جانبی تولید آلومینا، ماده اولیه میانی برای تولید آلومینیوم، است. به دلیل ترکیب پیچیده و قلیاییت بالا، گل قرمز معمولاً در مخازن یا محل‌های دفع مخصوص ذخیره می‌شود.

برای دهه‌ها، گل قرمز در درجه اول به عنوان یک مشکل زیست‌محیطی تلقی می‌شد: باید با خیال راحت مدیریت شود، از نشت جلوگیری شود و از آلودگی خاک و آب جلوگیری شود. صنعت جهانی آلومینیوم سالانه تقریباً ۱۵۰ میلیون تن گل قرمز را تخلیه می‌کند، اما میزان استفاده مجدد در حال حاضر تنها حدود ۲٪ است.

اما گل قرمز صرفاً زباله نیست. در داخل آن ممکن است فلزاتی وجود داشته باشد که ایالات متحده فاقد آنهاست. در مصاحبه‌ای با اکوسیستم اطلاعاتی AL Circle ... در ماه مه، پروفسور گریشما گادیکوتا از دانشگاه کلمبیا اظهار داشت که گالیوم موجود در گل قرمز معمولاً در سطوح ۵۰ تا ۸۰ ppm است (به این معنی که در ۱ تن گل قرمز...). این ماده تقریباً حاوی ۵۰ تا ۸۰ گرم فلز (گالیم)، ۷۰ تا ۱۲۰ ppm اسکاندیم و ۴۰۰ تا ۲۰۰۰ ppm عناصر خاکی کمیاب بسته به منبع بوکسیت خواهد بود.

حوضچه گل سرخ شماره ۴ در پالایشگاه آلومینای آتالکو در گرامرسی، لوئیزیانا، ایالات متحده آمریکا. (منبع: Louisiana Illuminator)

مطالعات مستقل همچنین نشان داده‌اند که غلظت اسکاندیم در گل قرمز می‌تواند به ۱۰۰ تا ۸۰۰ ppm برسد که از اکثر ذخایر اولیه‌ای که در حال حاضر در سراسر جهان استخراج می‌شوند، بیشتر است. دی‌اکسید تیتانیوم از ۱ تا ۱۰ درصد متغیر است، در حالی که اسکاندیم تا ۹۵ درصد از کل ارزش اقتصادی عناصر خاکی کمیاب در گل قرمز را تشکیل می‌دهد.

محققان و کسب‌وکارهای آمریکایی به جای جستجوی ذخایر جدید، شروع به بررسی منابع ثانویه موجود کرده‌اند. به گفته پروفسور گادیکوتا، محل دفن زباله گرامرسی در لوئیزیانا، تنها پالایشگاه آلومینا در ایالات متحده، حاوی بیش از 30 میلیون تن گل قرمز است. اگر محتوای اسکاندیم در آنجا تقریباً به 80 ppm برسد، کل مقدار اسکاندیم ذخیره شده می‌تواند به 2400 تن برسد. میزان تخمینی اکسید تیتانیوم بالقوه 0.6 میلیون تن است که معادل 40 تا 60 درصد از کل تقاضای سالانه دی اکسید تیتانیوم ایالات متحده است.

به همین دلیل است که وزارت دفاع ایالات متحده ۲۹.۹ میلیون دلار در شرکت معدن و فرآوری مواد معدنی ElementUSA برای ساخت یک کارخانه آزمایشی در گرامرسی سرمایه‌گذاری کرده است، در حالی که این شرکت اعلام کرده است که قصد دارد یک تأسیسات تجاری ۸۵۰ میلیون دلاری بسازد.

در ماه ژانویه، شرکت آتلانتیک آلومینا، تولیدکننده و پالایشگر آلومینا، از یک همکاری استراتژیک ۴۵۰ میلیون دلاری با دولت فدرال برای ساخت اولین کارخانه تولید گالیوم در مقیاس بزرگ در آمریکا خبر داد. اینها نشانه‌های روشنی هستند که داستان گل قرمز فراتر از آزمایشگاه رفته است.

بازیابی فلزات از گل قرمز دو پیامد همزمان دارد: اگر بتوان مقداری از زباله‌ها را فرآوری و دوباره استفاده کرد، فشار زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد و امکان تکمیل عرضه داخلی برای صنایع پیشرفته را بدون تکیه کامل بر استخراج جدید فراهم می‌کند، که اغلب سال‌ها طول می‌کشد و با الزامات، مجوزها و واکنش‌های شدید زیست‌محیطی روبرو است.

البته، منابع ثانویه مانند گل قرمز نمی‌توانند به طور کامل جایگزین معادن سنتی شوند، اما می‌توانند بخشی از یک استراتژی تنوع‌بخشی باشند. با این حال، همه ذخایر گل قرمز یکسان نیستند. ترکیب به منبع بوکسیت، فناوری پالایش و شرایط محیطی بستگی دارد. پروژه‌های تحقیقاتی باید با تجزیه و تحلیل نمونه، تعیین محتوا، ارزیابی پتانسیل استخراج و محاسبه هزینه‌ها شروع شوند، قبل از اینکه به این سوال بپردازند که آیا محصول بازیابی شده مطابق با استانداردهای صنعت است و با منابع وارداتی قابل رقابت است یا خیر.

نباید انتظارات را بالا برد.

بسیار مهم است که با داستان گل قرمز به عنوان یک راه حل آماده برخورد نکنیم. از ایده تا تولید تجاری، سفری طولانی است و حداقل چهار چالش عمده وجود دارد.

از نقطه نظر تکنولوژیکی، بازیابی فلزات از گل قرمز نیاز به فرآیند پیچیده‌ای دارد. اگر از مواد شیمیایی قوی استفاده شود، تصفیه ثانویه پساب ضروری است؛ اگر انرژی زیادی مصرف شود، ممکن است اثربخشی زیست‌محیطی آن زیر سوال برود.

از نظر اقتصادی، محتوای کم فلز و هزینه‌های بالای استخراج می‌تواند محصول را گران‌تر از منابع وارداتی کند و مانع تجاری‌سازی پروژه شود.

از نظر مقیاس، یک آزمایش موفق با چند کیلوگرم نمونه، موفقیت با میلیون‌ها تن گل قرمز را تضمین نمی‌کند. مقیاس صنعتی به تجهیزات، سرمایه و استانداردهای ایمنی کاملاً متفاوتی نیاز دارد.

از نظر بازار، حتی اگر فلز بازیابی شود، کسب‌وکارها هنوز به مشتریان صنعتی، استانداردهای کیفیت و قراردادهای بلندمدت نیاز دارند.

بنابراین، دیدگاه مناسب این است که گل قرمز را به عنوان یک منبع بالقوه ببینیم، نه یک «گنج تضمین‌شده». این ماده می‌تواند به کاهش خطرات زنجیره تأمین کمک کند، اما هنوز نمی‌تواند جایگزین کل سیستم معدنی فعلی شود.

داستان رقابت مادی

از گل سرخ، می‌توانیم نگاه وسیع‌تری به رقابت بر سر مواد در میان اقتصادهای بزرگ بیندازیم. در عصر فناوری پیشرفته، مواد نه تنها در خدمت یک صنعت واحد هستند، بلکه در تقاطع بسیاری از زمینه‌ها قرار دارند: انرژی پاک، الکترونیک، مخابرات، هوانوردی، دفاع و هوش مصنوعی.

این امر درک از منابع را تغییر می‌دهد. پیش از این، نفت و گاز در امنیت انرژی نقش محوری داشتند. امروزه، لیتیوم، کبالت، عناصر خاکی کمیاب، گالیوم، اسکاندیم و بسیاری از مواد دیگر به بخشی از امنیت فناوری تبدیل شده‌اند و جایگزین منابع انرژی سنتی نشده‌اند، بلکه لایه جدیدی از رقابت را ایجاد کرده‌اند.

ایالات متحده، اروپا، ژاپن و کره جنوبی همگی به دنبال کاهش وابستگی خود به منابع تأمین بسیار متمرکز از طریق بازیافت، بازیابی، ذخیره‌سازی، توسعه مواد جایگزین و ایجاد مشارکت با کشورهایی هستند که منابع قابل اعتمادی دارند. در این زمینه، گل قرمز نمونه بارز این تفکر جدید است: منابع ثانویه را نادیده نگیرید.

داستان گل قرمز، پارادوکسی از عصر فناوری پیشرفته را نشان می‌دهد: پیشرفته‌ترین صنایع می‌توانند به موادی وابسته باشند که زمانی زباله محسوب می‌شدند. از آنجایی که گالیوم، اسکاندیم و سایر فلزات حیاتی به گلوگاه‌هایی در زنجیره تأمین تبدیل می‌شوند، گل قرمز دیگر فقط یک مسئله زیست‌محیطی نیست، بلکه می‌تواند به بخشی از یک استراتژی مواد تبدیل شود. با این حال، این مسیر هنوز مشخص نیست.

منبع: https://baoquocte.vn/tu-chat-thai-cong-nghiep-den-khoang-san-chien-luoc-396981.html