Metale rareViaţa în secolul XXI nu ar fi la fel fără metalele rare din pământ. Telefoane mobile, iPad-uri, laptopuri, televizoare, autoturisme hibride, turbine eoliene, panouri solare şi multe alte produse depind de metalele rare pentru a funcţiona.

 

 

 

 

Vor fi destule rezerve de metale rare pentru ca noi să ne putem continua stilul de viaţă high-tech şi a face tranziţia către o economie bazată pe energie regenerabilă? Trebuie să căutăm în adâncul oceanelor sau să minerim asteroizii pentru a suporta cererea din viitor?

„Pentru a putea genera cea mai mare parte a energiei noastre prin energii regenerabile vom avea nevoie de o cantitate de sute de ori mai mare de metale rare dintre cele pe care le extragem astăzi” a spus Thomas Graedel, profesor „Clinton R. Musser” de ecologie industrială, geologie şi geofizică la Yale School of Forestry & Environmental Studies.

 



Nu există o definiţie fermă pentru metale pământoase rare (eng: rare earth metals), dar termenul se referă în general la metalele folosite în cantităţi reduse. Metalele pământoase rare includ: elementele rare pământoase – 17 elemente în tabelul periodic, cele 15 lantanide la care se adaugă scandiu şi ytriu, şase elemente din grupul platinei şi alte metale apărute în urma reacţiilor cu aurul, cuprul, uraniul, fosfaţii, minereurile de zinc sau fier. În timp ce multe metale pământoase rare sunt chiar comune, ele sunt rareori găsite în cantităţi suficiente pentru a fi extrase în mod economic.

Potrivit unui recent raport al Congressional Research Service, cerinţa globală pentru metale rare este estimată la 136.000 de tone pe an şi este preconizată să crească la cel puţin 185.000 de tone pe an până în 2015. Odată cu creşterea globală continuă a claselor mijlocii, în special în China, India şi Africa, cererea va continua să crească. Produsele high-tech şi tehnologia de energie regenerabilă nu poate funcţiona fără metalele pământoase rare.

Neodimul, Terbiul şi Disprosiul sunt ingrediente esenţiale pentru magneţii din turbinele eoliene şi hard-discurile computerelor; un număr de elemente pământoase rare sunt folosite în baterii reîncărcabile hibride nichel-metal care alimentează vehiculele electrice şi multe alte produse; ytriul este necesar pentru televizoarele color, celule de combustibil şi lămpi fluorescente; Europiu este în compoziţia becurilor fluorescente compacte şi display-urile TV şi de iPhone; ceriul şi lantanul sunt folosite în convertoare catalitice; metalele din grupul platinei sunt necesare drept catalizatori în tehnologia celulelor de combustibil şi alte metale pământoase rare sunt esenţiale pentru panouri solare, telefoane mobile, cipuri de computere, imagistică medicală, motoare cu reacţie, tehnologia de apărare şi multe altele.

Puterea furnizată de vânt a crescut cu aproximativ 7 procente pe an şi de 10 ori în ultimul deceniu, a notat Peter Pelemen, profesor „Arthur D.Storke Memorial” de geochimie la Earth Institute's Lamont-Doherty Earth Observatory. „Fiecare megawatt de electricitate necesită 200 de kilograme de neodim sau 20 de procente dintr-o tonă” a spus el. „Deci dacă fiecare mare turbină eoliană produce un megawatt, cinci turbine vor necesita o tonă de neodim. Dacă vântul va juca un rol important în înlocuirea combustibililor fosili, ar trebui să ne creştem rezervele de neodim.”

Dintr-un studiu recent al MIT a rezultat că cererea de neodim ar putea creşte cu până la 700 de procente în următorii 25 de ani; cererea de disprosiu, necesar şi el pentru turbinele eoliene, ar putea înregistra o creştere de 2600 de procente.

China furnizează în prezent 97 de procente din cererea globală de metale pământoase rare şi o sută de procente din metalele grele pământoase rare precum terbiu şi disprosiu, folosite în turbinele eoliene. În 2005 a început restricţionarea exporturilor pentru a raţionaliza resursele şi a proteja mediul, ceea ce a cauzat nivelul preţurilor să ia avânt. Astăzi, Statele Unite sunt dependente în întregime de importurile de metale pământoase rare. Totuşi, între mijlocul anilor 1960 până în anii 1980, mina Mountain Pass din California aparţinând firmei Molycrop era sursa principală de metale pământoase rare pe plan mondial. Pe măsură ce contribuţia Statelor Unite la producţia de metale pământoase rare a scăzut, China a folosit sprijinul Guvernului, cercetare şi dezvoltare, programe de instruire, munca ieftină şi preţurile mici pentru a creşte lanţul de producţie, crescându-şi contribuţia de producţie a metalelor pământoase rare de la 27 de procente în 1990 până la 97 de procente în 2011. În martie, Statele Unite, Japonia şi Uniunea Europeană au înaintat o plângere la Organizaţia Mondială a Comerţului pentru limitarea exporturilor cu metale rare ale Chinei. Drept răspuns a anunţat că va exporta mai mult cu 30.996 tone metrice de metale pământoase rare în 2012 decât a făcut-o în 2011.

Statele Unite, Africa de Sud, Canada, Australia, Brazilia, India, Rusia, Malaysia şi Malawi au rezerve de metale pământoase rare, iar în timp ce U.S. Geological Survey se aşteptă ca rezervele mondiale şi încă nedescoperitele rezerve de metale pământoase rare să facă faţă cererii din viitor, noi mine ar putea necesita până la 10 ani pentru dezvoltare, iar resursele în zonele izolate ar putea cel mai probabil fi foarte greu de extras.

Kelemen este încrezător că explorările actuale pentru neodim, pentru care nu se cunoaşte substituent în magneţii de greutate scăzută pentru motoarele electrice şi generatoare, vor avea succes şi vor mări rezervele pe termen scurt. Pe de altă parte, metalul greu pământos rar disprosiu, folosit pentru a mări longevitatea magneţilor în turbinele eoliene şi maşinile electrice, este mai greu de găsit. „Nouăzeci şi nouă de procente din actuala ofertă vine din depozitele de lut care pot fi extrase cu uşurinţă cu o lopată în Jiangxi, China” a spus Kelemen. Alte rezerve de disprosiu cunoscute în Canada şi Groenlanda vor fi mult mai greu de extras.

Pentru a uşura nevoia de metale pământoase rare, minele care sunt construite în Australia, Brazilia, Canada şi Vietnam ar putea intra în producţie în următorii 5 ani. Mina care aparţine Molycrop din Mountain Pass s-a redeschis şi este de aşteptat să funcţioneze la capacitate maximă în acest an.

Extragerea mai asiduă a metalelor pământoase rare va însemna, totuşi, mai multă degradare a mediului şi pericole pentru sănătatea umană. Toate metalele pământoase rare conţin elemente radioactive precum uraniu şi toriu, care pot contamina aerul, apa, solul şi pânza freatică. Metalele precum arsenicul, bariul, cupru, aluminiu, alamă şi beriliu se pot răspândi în aer sau apă în timpul extracţiei şi pot fi toxice pentru sănătatea oamenilor. Mai mult, procesul de rafinare pentru metalele pământoase rare foloseşte acizi toxici şi rezultatul este apă reziduală poluată care trebuie înlăturată corespunzător. Societatea Pământurilor Rare din China a estimat că din rafinarea unei tone de metale pământoase rare rezultă 75 de metri cubi de apă reziduală acidică şi o tonă de reziduu radioactiv. Scurgerea a sute de mii de litri de apă reziduală radioactivă din 1998 într-un lac din apropiere a fost un factor care a contribuit la închiderea Molycrop din 2002. Multe noi mine, incluzând Molycrop, dezvoltă acum tehnici de minerit mai ecologice.

Cu toate astea, extragem minereuri din ce în ce mai rare tot timpul, ceea ce necesită din ce în ce mai multă energie pentru a extrage aceeaşi cantitate de metal, potrivit lui Graedel. „Nu sunt îngrijorat că vom rămâne fără metale pământoase rare, însă vom avea destulă energie la un preţ rezonabil pentru a le extrage?” a întrebat acesta.

Performanţa ridicată a produselor noastre depinde în particular de metalele pământoase rare cu care sunt construite; dacă nu vom avea descoperiri tehnologice, funcţionarea fără aceste materiale va forţa produsele să se întoarcă la standardele de performanţă din trecut. „Sunt îngrijorat că produsele vor deveni atât de greu de găsit şi scumpe încât nu le vom folosi în mod obişnuit ca parte a infrastructurii industriale moderne” a spus Graedel. Am putea ajunge la un punct unde costul de extracţie a metalelor pământoase rare nu este economic justificabil, fără a ţine cont de cât de mult creşte preţul acestora.

Datorită creşterii preţurilor, există din nou interes pentru mineritul metalelor pământoase rare din adâncul mărilor. Din anii 1960 oamenii de ştiinţă au ştiut despre existenţa nodulilor de mangan, roci abundente în apa la 4000 până la 5000 de metri adâncime ce conţin nichel, cupru, cobalt şi metale pământoase rare, însă în trecut extragerea acestora nu avea sens economic. În 2011, o echipă japoneză a găsit zăcăminte uriaşe de metale pământoase rare, inclusiv terbiu şi disprosiu, în mâlul apei la 3500 până la 6000 de metri adâncime în Oceanul Pacific. Un kilometru pătrat (0.4 mile pătrate) de zăcământ vor fi capabile să susţină o cincime din consumul global anual din prezent, susţine Yasuhiro Kato, profesor asociat în ştiinţa pământului de la Universitatea din Tokyo.

Ziarul New York Times a informat recent despre descoperirea zăcămintelor de aur, argint, cupru, cobalt, plumb şi zinc în aglomerările sulfuroase din care izvorăşte apă fierbinte prin fisurile de lângă zonele vulcanice active de pe fundul oceanelor. Mineritul în adâncurile oceanelor, totuşi, poate cauza mari daune pescăriilor şi ecosistemelor marine, astfel că ecologiştii fac presiuni pentru mai multe cercetări şi planuri de ameliorare înaintea începerii lucrărilor.

Pe măsură ce încălzirea globală accelerează topirea calotei glaciare arctice, zăcămintele de metale pământoase rare devin accesibile şi câteva ţări se pun în poziţia de a le exploata.

Ar mai fi ideea cu iz ştiinţifico-fantastic de Resurse Planetare, o companie susţinută de producătorul de film James Cameron şi investitorii Larry Page şi Eric Schmidt de la Google. Ea are ca scop mineritul pe cei 1500 de asteroizi „uşor accesibili” care orbitează pământul, ce conţin metale precum fier, nichel, cobalt şi metalele din grupul platinei care sunt folosite la microprocesoare, convertoare catalitice şi sisteme cu energii regenerabile. Compania pretinde că metalele din grupul Platinei pot fi găsite în concentraţii mult mai mari pe unii asteroizi decât în cele mai bogate mine de pe Pământ.

Kelemen crede că va fi nevoie de mai mult de un deceniu, cel puţin, înainte de a fi semnificativ din punct de vedere comercial extragerea metalelor pământoase rare din nodulii de magneziu de pe fundul oceanelor sau mineritul asteroizilor şi că mineritul aglomerărilor sulfuroase nu vor înlătura nevoia de neodim. Deci ce alte soluţii există?

„Mi-ar plăcea să văd mai multe explorări şi cercetări pentru a fi siguri că ştim ce este în jurul nostru şi care sunt provocările pentru a le urmări” a spus Graedel. „Nu cred că ştim dacă vom avea resursele pentru a suporta cererea din viitor.” El mai vrea ca cercetătorii de materiale să-şi axeze mai degrabă proiectarea produselor şi cercetările din laboratoare pe elementele cele mai întâlnite, decât pe cele mai rare. Unele companii, inclusiv GM, Toyota şi Ford, încearcă să folosească mai puţine metale pământoase rare în produsele lor, să limiteze reziduurile şi/sau să dezvolte metale substituente.

Chiar dacă reciclarea deşeurilor electronice nu poate satisface rapida creştere a cererii pentru metale pământoase rare, este o modalitatea de a ajuta diminuarea nevoii. Reciclarea şi refolosirea materialelor diminuează şi consumul de energie folosit în minerit şi procesare, conservă resursele şi reduce poluarea şi reduce emisiile gazelor cu efect de seră. Agenţia pentru Protejarea Mediului a Statelor Unite raportează că în 2009, 2.37 milioane de tone de electronice au fost aruncate, însă doar 25 de procente au fost reciclate. Uniunea Europeană a impus recent noi reguli de reciclare a deşeurilor electronice cerând statelor membre să recicleze 45 de procente din totalul de echipamente vândute începând cu 2016, cu o creştere până la 65 de procente din 2019.

În mod ironic, pe măsură ce preţurile pentru produsele electronice au scăzut, oamenii tind să achiziţioneze din ce în ce mai multe, deci cererea pentru metale pământoase rare va continua să crească.

„În secolul 21, suntem în faţa multor probleme legate de resurse – energia, apa, hrana şi metalele” spune Graedel. „În final fiecare consumator individual contribuie la întreaga rată de expansiune a utilizării resurselor... chiar avem nevoie de toate aceste lucruri?”


 

Traducere după rare-earth-metals de Răzvan Gavrilă, cu acordul editorului


Dacă găsiţi scientia.ro util, susţineţi site-ul printr-o donaţie.

Găzduire 2019: 485 €. Donat: 106.55


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!