Viitorul metalelor rare va depinde de găsirea unui echilibru între necesitățile tehnologice și respectul față de limitele capacităților Pământului.
Cuprins
Tehnologiile moderne se bazează pe elemente practic necunoscute: neodim , disprosiu, litiu, cobalt, telur, galiu, indiu și altele. Acestea sunt „metale rare” sau elemente critice, precum și elemente din pământuri rare. Disponibilitatea acestor elemente a devenit o problemă extrem de importantă .
Este curios că „rar” nu înseamnă întotdeauna deficitar . Multe dintre ele sunt larg răspândite în scoarța terestră, dar rareori se găsesc în concentrații care să permită extragerea lor. Această circumstanță face ca extracția lor să fie un proces complex și adesea costisitor, al cărui impact asupra mediului comunitatea științifică încearcă să îl reducă. Pe măsură ce se trece la surse regenerabile de energie, cererea mondială pentru aceste metale crește constant, iar odată cu ea și necesitatea de a găsi modalități mai responsabile de producere și manipulare a acestora.
Experimentarea
Aici știința materialelor iese în prim-plan. Această disciplină, situată la intersecția dintre fizică, chimie și inginerie, cercetează cum se pot extrage mai eficient aceste resurse, precum și cum se pot înlocui atunci când utilizarea lor devine ineficientă. Grupuri din diferite țări experimentează cu magneți care nu necesită elemente rare, cu acumulatori pe bază de sodiu, care este mult mai răspândit decât litiul, și cu aliaje capabile să-și păstreze funcționalitatea independent de elementele critice. Nu este vorba doar de inovații de dragul inovațiilor, ci și de crearea unui viitor tehnologic mai puțin vulnerabil și mai echilibrat.
Cu toate acestea, discuția despre metalele rare nu se referă doar la laboratoare și lanțuri de aprovizionare. Este vorba și despre recunoașterea legăturii noastre materiale cu planeta . Fiecare telefon mobil, fiecare panou solar și fiecare baterie este un fel de mică hartă a mineralelor, care conține fragmente din diferite colțuri ale lumii. Reflecțiile asupra acestui aspect ne schimbă atitudinea față de obiectele pe care le folosim și ne reamintesc importanța manipulării corecte a acestora atunci când nu mai sunt necesare.
Ce le face atât de speciale?
Metalele rare sunt numite „rare” nu pentru că sunt rare, ci pentru că nu se găsesc aproape niciodată sub formă de zăcăminte ușor accesibile . Aceste elemente au proprietăți electronice și magnetice cu care niciun alt material nu se poate compara. De exemplu:
- Neodim și disprosiu . Acestea creează cei mai puternici magneți permanenți din lume. Fără ele, nu ar exista motoare electrice compacte și turbine eoliene eficiente.
- Litiu . Acesta stochează mai multă energie pe kilogram decât orice alt element chimic.
- Cobalt . Stabilizează bateriile litiu-ion, împiedicând aprinderea acestora și pierderea rapidă a capacității.
- Tellur și seleniu . Acestea transformă lumina solară în energie electrică cu o eficiență mai mare în anumite celule solare cu film subțire.
- Galiu și indiu . Datorită acestora, ecranele LED și OLED luminează în culori vii și consumă puțină energie.
Un singur vehicul electric poate transporta în magneții săi 2-3 kg de elemente rare , precum și 8-10 kg de litiu și 10-15 kg de cobalt în baterie.
Problema: accesibilitatea
China produce între 85 și 90% din elementele rare purificate din lume . Chile, Australia și Argentina reprezintă 90% din producția mondială de litiu. Separarea acestor elemente necesită procese chimice complexe, consum mare de apă și energie și duce la formarea de deșeuri toxice și radioactive.
De zeci de ani, Occidentul și-a închis fabricile de cărbune, deoarece era mai ieftin și mai curat să cumpere cărbune din China. Cu toate acestea, în 2020, această dependență a stârnit îngrijorări . Statele Unite au reluat activitatea minei Mountain Pass din California și finanțează fabrici de cărbune în Texas și Canada.
Australia, la rândul său, dezvoltă mai multe proiecte. Uniunea Europeană a declarat 34 de materiale „critice” și și-a stabilit obiectivul de a extrage 10%, de a recicla 25% și de a refolosi 40% până în 2030. Japonia reciclează deja 30% din indiu utilizat în ecrane și dispune de rezerve strategice de șapte metale.
Reciclare și înlocuire
Astăzi, în depozitele de deșeuri se aruncă mai mult cobalt și litiu decât se extrage din multe mine . Un telefon mobil vechi conține 0,2 grame de cobalt; un milion de telefoane mobile echivalează cu 200 de tone, ceea ce corespunde volumului unei mine de dimensiuni medii.
Companii precum Redwood Materials (SUA), Umicore (Belgia) și Li-Cycle (Canada) construiesc fabrici care extrag 95% din litiu, cobalt, nichel și grafit din bateriile uzate , asigurând cu 80% mai puține emisii decât în cazul extracției tradiționale. Există deja tehnologii care promit să extragă 90% din magneții vechi.
O altă abordare constă în dezvoltarea de materiale care necesită o cantitate mai mică din aceste elemente sau care nu le necesită deloc . S-au înregistrat progrese și în acest domeniu. În 2023, Tesla a anunțat crearea de motoare fără elemente rare, care utilizează magneți feritici îmbunătățiți și mai mult cupru.
Alte companii, precum Niron Magnetics (SUA), dezvoltă magneți din nitrură de fier, care pot înlocui magneții din neodim. În mod similar, cercetătorii de la Universitatea Cambridge și Toyota lucrează la baterii cu ioni de sodiu, care nu necesită litiu sau cobalt .
Obstacole și perspective
În Congo, 70% din cobalt este extras în mod artizanal: copii și adulți sapă cu mâinile goale în tuneluri care se prăbușesc. În deșertul Atacama, extracția litiului consumă apa necesară pentru viața populațiilor indigene. În China, lacurile toxice, pline cu deșeuri de metale rare, au poluat râuri întregi .
În următorii 15 ani, vom avea nevoie de 4-6 ori mai mult litiu, de 3-4 ori mai mult cobalt și de aproximativ 10-15 ori mai multe elemente rare decât în prezent. Obiectivul este ca, până în 2040, reciclarea să acopere 20-40% din cerere .
Se preconizează că noile compoziții chimice ale bateriilor (sodiu, fier-aer, solid) vor reduce, de asemenea, consumul de litiu și cobalt . Între timp, magneții fără elemente rare vor intra în producția de masă până în 2030.