توصل فريق من الباحثين إلى طريقة مبتكرة لاستخلاص المعادن الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية، ما يدر عوائد بيئية واقتصادية كبيرة مقارنةً بطرق إعادة التدوير التقليدية.
ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، تستهلك إعادة التدوير التقليدية للمعادن الأرضية النادرة (REEs) طاقة كبيرة وتُنتج نفايات سامة.
ولذلك، كشف فريق من الباحثين، بقيادة جيمس تور وشيشين شو من جامعة رايس الأميركية، عن تقنية التسخين الكهربائي فائق السرعة، المعروفة بـ"تأثير جول"، لاستعادة المعادن الأرضية النادرة من النفايات الصناعية؛ ما يوفر بديلًا مستدامًا للتعدين، ويعزز الاقتصاد الدائري، ويُقلل من الآثار البيئية.
وتعتمد هذه التقنية على رفع درجات حرارة المواد بسرعة إلى آلاف الدرجات في ملي ثانية، ويُضاف إليها غاز الكلور لاستخراج المعادن الأرضية النادرة في ثوانٍ.
طريقة استخلاص المعادن الأرضية النادرة من النفايات
بحسب الدراسة التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، دمج الباحثون تقنية التسخين الكهربائي فائق السرعة مع غاز الكلور؛ ما مكنهم من إزالة المعادن الأرضية غير النادرة بصورة انتقائية من النفايات المغناطيسية.
وأفادت الدراسة -التي نُشرت في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS)- بأن فاعلية هذه الطريقة لا تقتصر على تقليل الوقت المستغرق مقارنةً بالطرق التقليدية فحسب، بل إنها تتجنّب أيضًا استعمال الماء أو الأحماض، وهو أمر لم يكن يُعتقد سابقًا أنه ممكن.
عمليًا، يتبخر الحديد والكوبالت والمعادن الأرضية غير النادرة الأخرى أولًا، تاركة وراءها أكاسيد المعادن الأرضية النادرة، واختبر الفريق ذلك على النفايات المغناطيسية المصنوعة من النيوديميوم والحديد والبورون والساماريوم والكوبالت.
ومن خلال التحكم الدقيق في درجات الحرارة في غضون ثوانٍ، تحولت المعادن الأرضية غير النادرة إلى كلوريدات متطايرة، وانفصلت بشكل نظيف عن العناصر الأرضية النادرة الصلبة.
ويتماشى هذا النهج مع جهود الولايات المتحدة لتعزيز إمدادات المعادن المحلية، وتقليل الاعتماد على واردات المواد الحيوية.
وقال المؤلف الرئيس للدراسة، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة رايس، شيشين شو: "الميزة الديناميكية الحرارية جعلت العملية فاعلة ونظيفة في آنٍ واحد".
نتائج استخلاص المعادن الأرضية النادرة من النفايات
وفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، استُكملت التجارب المعملية بتقييمات دورة الحياة (LCA) والتحليلات التقنية والاقتصادية (TEA)؛ إذ حقق الفريق نسبة نقاء وإنتاجية تتجاوز 90% لاستعادة المعادن الأرضية النادرة في خطوة واحدة.
وأظهرت نتائج تقييم دورة الحياة والتحليلات التقنية والاقتصادية انخفاضًا بنسبة 87% في استهلاك الطاقة، وانخفاضًا بنسبة 84% في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وانخفاضًا بنسبة 54% في تكاليف التشغيل مقارنةً بالتعدين المائي.
وتتيح هذه العملية فائقة السرعة بناء وحدات إعادة تدوير صغيرة أو كبيرة بالقرب من نقاط جمع النفايات الإلكترونية.
وقال المؤلف المراسل للدراسة جيمس تور: "لقد أثبتنا أنه يُمكننا استعادة المعادن الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية في ثوانٍ مع الحد الأدنى من البصمة البيئية".
وتابع: "إنها القفزة النوعية التي نحتاج إليها لتأمين سلسلة إمداد مرنة ودائرية"، مشيرًا إلى أن "النتائج تُظهر أن هذا أكثر من مجرد تمرين أكاديمي.. إنه مسار صناعي قابل للتطبيق".
ومنحت جامعة رايس ترخيص الملكية الفكرية لشركة "فلاش ميتالز يو إس إيه" (Flash Metals USA)، وهي شركة ناشئة من تكساس تخطط لدخول مرحلة الإنتاج بحلول الربع الأول من عام 2026، بحسب ما نقلته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).
موضوعات متعلقة..
- استخلاص المعادن الأرضية النادرة من الأجهزة القديمة يشهد ثورة تقنية
- المعادن الأرضية النادرة.. مدينة أوروبية قد تكسر الاحتكار الصيني
- قائمة مصدري المعادن الأرضية النادرة في الشرق الأوسط.. الإمارات الأولى
اقرأ أيضًا..
- عاصمة النفط الأوروبية.. كيف انطفأ التوهج منذ 10 سنوات؟ (تقرير)
- منصة حفر عمرها 35 عامًا "حجر أساس" لمشروع الغاز المسال في الكونغو
- أكبر محطة كهرباء تعمل بخلايا وقود الهيدروجين.. أين تقع؟
- 5 مبالغات عن السيارات الكهربائية تكشفها الحقائق التجريبية (تقرير)
المصادر:
- طريقة مبتكرة لاستخلاص المعادن الأرضية النادرة من النفايات، من مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
- معلومات إضافية عن استخلاص المعادن الأرضية النادرة، من منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ".
