استخراج المعادن الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية.. تقنية جديدة نظيفة وآمنة

تشتد الحاجة في الغرب إلى توطين المعادن الأرضية النادرة من أجل تأمين إمداداتٍ مستقرةٍ وموثوقة من تلك العناصر الإستراتيجية، وتحريرها من قبضة الصين التي تهمين منذ عقود على سلاسل إمدادات تلك الصناعة.

ومن هذا المنطلق استحدث باحثون أميركيون تقنيةً غير تقليدية لاستخراج العناصر الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية، عبر ما يُطلق عليها تقنية الطور الصلب واختصارها إس بي إي (SPE).

واستخراج الطور الصلب هو تقنية استخراج صلبة-سائلة، تُفصَل من خلالها المركبات المذابة أو المعلقة في خليط سائل، أو عزلها أو تنقيتها، عن المركبات الأخرى في هذا الخليط بحسب خصائصها الفيزيائية والكيميائية.

وتستعمِل التقنية المذكورة رغاوي الكربون المسامية في فصل المعادن الأرضية النادرة بطريقة آمنة ومستدامة من الأجهزة الإلكترونية القديمة والمتهالكة.

وتشمل قائمة العناصر الـ17 التي تشكّل المعادن الأرضية النادرة: اللانثانوم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم، البروميثيوم، السماريوم، اليوروبيوم، الغادولينيوم، التيربيوم، الديسبروسيوم، الهولميوم، الإربيوم، الثوليوم، الإتيربيوم، اللوتيتيوم، السكانديوم، الإيتريوم.

50 مليون طن نفايات إلكترونية

تُنتِج صناعة الإلكترونيات ما يزيد على 50 مليون طن متري من النفايات الإلكترونية سنويًا؛ ومع ذلك فإن أقل من 1% من المعادن الأرضية النادرة المتضمنة في تلك النفايات هي ما تُسترجَع في الغالب، وفق نتائج دراسة حديثة نشرها موقع "إنفيرونمنتال إنرجي ليدر".

وتتزايد أهمية المعادن الأرضية النادرة مثل النيوديميوم لتقنيات وصناعات عدة مثل الأجهزة الإلكترونية المهمة مثل الحواسيب المحمولة "اللابتوب" والهواتف الذكية التي لا غنى عنها للحياة العصرية.

كما تزداد أهمية المعادن النادرة لتصنيع تقنيات الطاقة النظيفة مثل توربينات الرياح والألواح الشمسية والمصابيح الموفرة للكهرباء ومحركات المركبات الكهربائية؛ ما يجعلها أكثر كفاءة في استعمال الطاقة.

ومع ذلك يعتمد ما يزيد على 80% من الإمدادات الأميركية من تلك المعادن النادرة على الواردات؛ ما يعرض المصنعين المحليين إلى المخاطر الجيوسياسية والأسعار المتقلبة.

كما تعتمد أوروبا بشكل شبه كامل على الواردات الآتية من الصين؛ لكن رغم أهميتها المتزايدة؛ فلا يتجاوز معدل إعادة تدويرها عالميًا 1%.

ولخفض التعرض إلى تلك المخاطر، يقود الباحثون في جامعة "تكساس إيه أند إم" مساعي ممولة من الحكومة الفيدرالية لتطوير طرق استرجاع المعادن الأرضية النادرة، والتي من الممكن أن تحدث تحولًا في ميزان العرض والطلب العالمي.

التقنية الجديدة.. بديل نظيف

بفضل دعم وزارة الطاقة والتعاون مع مختبر أوك ريدج الوطني والعديد من شركاء الصناعة، يركز الباحثون على تطوير بديل أكثر نظافة وكفاءة لتقنيات الاستخراج المستعمَلة حاليًا.

وترتكز التقنية التي يقدمها الباحثون والمعروف باسم تقنية استخراج الطور الصلب على استعمال رغاوي الكربون المسامية، على فصل العناصر الأرضية النادرة من الأجهزة الإلكترونيات المقطعة.

ورغاوي الكربون المسامية هي مواد ذات بنية مسامية عالية، مصنوعة من الكربون، وتتسم بخصائص فريدة تجعلها مناسبة لتطبيقات متنوعة.

وبخلاف الطرق التقليدية المعتمدة بقوة على المذيبات والمنتِجة لمستوياتٍ عالية من النفايات، تتطلب تقنية استخراج الطور الصلب كميات أقل من الكهرباء والمواد الكيميائية؛ ما يخلف آثارًا بيئيةً محدودةً، ويتيح مسارًا واضحًا إلى اللوائح التنظيمية.

ولا تتعلق التقنية المذكورة بتنظيف النفايات الإلكترونية واستخلاص العناصر النادرة منها فحسب؛ بل إنها تساعد كذلك الصناعات الأميركية في المنافسة بشكل أكثر فاعلية عبر إعادة توطين أجزاء من سلسلة الإمدادات الخاضعة تاريخيًا لهيمنة الموردين الأجانب.

فوائد عديدة

بالنسبة للشركات العاملة في قطاع الطاقة المتجددة والدفاع أو إلكترونيات المستهلك، فإن إمكان الحصول على المعادن الأرضية النادرة محليًا يقترن بالعديد من الفوائد؛ إذ إن الوصول المستقر إلى عناصر مثل النيوديميوم من الممكن أن يحسن توقعات التكاليف ويقلل من أوقات التسليم.

ومن الممكن أن يجني المستعملون التجاريون لتلك التقنية هوامش أرباح جيدة عبر خفض تكاليف المدخلات، والاستفادة من المواءمة مع توقعات الاستدامة، من المنظمين والمستهلكين، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

ومع تشديد القيود البيئية، والتدقيق المتزايد لأداء مؤشر إي إس جي (ESG) الذي يقيم أداء الشركة من حيث المعايير البيئية والاجتماعية والحوكمة، تتيح طرق استخلاص العناصر الأرضية النادرة التي تقلل النفايات مع تمكين المصادر المحلية، ميزةً إستراتيجيةً.

ويعطي فريق البحث في جامعة "تكساس إيه أند إم" أولويةً للتصميمات التي يمكن دمجها في البنية التحتية الحالية للتصنيع وإعادة التدوير؛ ما يسهل على الشركات توسيع نطاق استعمالها للتقنية الجديدة دون تعديلات كبيرة على النظام.

معضلة رئيسة

على الرغم من أهميتها الإستراتيجية المتنامية بالنسبة للعديد من التطبيقات، لا تزال هناك معضلة رئيسة تقترن بعملية استخراج العناصر الأرضية النادرة، وهي صعوبة فصلها عن بعضها وعن المواد المحيطة؛ ما يستلزم كميةً كبيرةً من الكهرباء والموارد، وفق ما طالعته منصة الطاقة المتخصصة.

وتكمن المشكلة أساسًا في تشابه الخواص الكيميائية والفيزيائية لتلك العناصر؛ ما يتطلب تكرار عملية الفصل 100 مرة لتحقيق درجة نقاء عالية.

كما أن العناصر النادرة لا يُعثَر عليها بتركيزات مرتفعة جدًا، وعادةً ما يُعَثر عليها مختلطة ببعضها أو مع عناصر مشعة مثل اليورانيوم والثوريوم.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

• شركات الطاقة المتجددة في أميركا تلغي استثمارات بأكثر من 14 مليار دولار (دراسة)
• أول ناقلة نفط تعمل بالديزل وطاقة الرياح في العالم.. مفهوم جديد للشحن الأخضر
• سوق الهيدروجين في أستراليا قد تتخلّف عن السباق العالمي.. و5 مسارات للمنافسة

المصدر:

• استخلاص المعادن النادرة من النفايات الإلكترونية من دراسة نشرها موقع "إنفيرونمنتال إنرجي ليدر".