Говорячи про обмежені ресурси, часто забувають про самі хімічні елементи. Дізнайтеся більше про небезпечні елементи.
Ми так багато чуємо про реальну шкоду, яку зростання рівня певних хімічних речовин може завдати нашій планеті, наприклад, високий рівень CO 2 в атмосфері або пластику в океанах. Однак ми рідко чуємо про те, як зменшення доступності деяких хімічних речовин може змінити наше життя. Ви можете здивуватися, дізнавшись, що багатьох елементів, які мають важливе значення для нашого технологічного суспільства, бракує.
Елементи є найпростішими хімічними речовинами і, як правило, не можуть бути створені синтетичним шляхом (принаймні, у значних кількостях). Вони є обмеженим ресурсом, і коли ми вичерпаємо запаси нашої планети, наразі немає реального способу отримати більше. Нещодавні дослідження джерел елементів у земній корі показали, що до 35 елементів перебувають у «небезпеці».
У цій статті ми пояснюємо, чому деякі елементи вважаються небезпечними, розглянемо деякі технології, які покладаються на властивості цих елементів, і прагнемо дати надію на майбутнє.
Чому ми закінчуємося?
Деякі важливі елементи, необхідні для різних програм, стають дефіцитними з кількох причин.
| Привід для критичності | Приклад елементів | Використання |
|---|---|---|
| Низька поширеність у земній корі | Гелій | МРТ сканери, кріогенні |
| Складно/дорого добувати | Рідкоземельні елементи | КОЖЕН електронний пристрій, застосування відновлюваної енергії |
| Небезпечно для шахти | лантан | Гібридні автомобілі, очищена нафта |
| Екологічно шкідливий для шахти | Усі видобуті руди, наприклад руди ітрію та скандію | БАГАТО цілей |
| Отримують тільки як побічний продукт | Галій | Напівпровідники, які використовуються в мікросхемах |
| Вразливий до втрати запасів і конфліктного видобутку | Кобальт і рідкоземельні елементи | Літій-іонні акумулятори |
Низька чисельність
Прикладом елемента з низьким вмістом є гелій. Гелій є другим за поширеністю елементом у видимому Всесвіті, який утворювався в зірках за допомогою ядерного синтезу протягом мільярдів років. Тим не менш, це приклад елемента з низьким надлишком на Землі через його низьку щільність та інертну природу, а запаси починають вичерпуватися. Рідкий гелій має багато важливих застосувань , зокрема в МРТ-сканерах.
Складно видобути
Решта елементів, які знаходяться в небезпеці, - це метали, отримані шляхом видобутку та переробки мінеральних руд. Прикладом є рідкоземельні елементи (РЗЕ), які є перехідними металами, переважно розташованими в ряду лантаноїдів. У кожному електронному пристрої є один або кілька РЗЕ, і більшість людей у розвинених країнах зараз мають кілька електронних пристроїв, лише в ЄС щомісяця купують 10 мільйонів нових телефонів. РЗЕ не містяться у високих концентраціях у мінералах, тому їх складно та дорого отримувати у великих кількостях.
Навіть зниження викидів вуглецю має темну сторону. Технології відновлюваної енергетики часто використовують РЗЕ, а також інші метали. Неодим, празеодим і диспрозій використовуються в генераторах електроенергії у вітрових турбінах. Крім того, індій і галій (які не є РЗЕ, але їх також складно видобути) використовуються як легуючі добавки для зміни властивостей напівпровідників, які широко використовуються у виробництві сонячних панелей.
Оскільки глобальний попит на альтернативи викопному паливу зростає, прогнозується, що попит на ці метали також зросте.
Фотоелектрична сонячна енергія вимагає 13 т індію та 4 т галію на гігават (ГВт). Для вітрової енергії на ГВт наразі потрібно 200 т неодиму та 13 т диспрозію. Очікується, що попит на ці елементи зросте на 700% і 2600% на неодим і диспрозій відповідно протягом наступних 25 років.
Небезпечно для шахти
Мінерал монацит містить лантан, а також радіоактивні елементи торій і уран. Лантан є ключовим компонентом сучасних гібридних автомобільних акумуляторів (у середньому 15 кг на автомобіль ) і використовується в каталізаторах для переробки нафти. Оскільки руда є радіоактивною, видобуток монациту за своєю суттю небезпечний і дорогий, а зберігання, транспортування та утилізація відходів коштують дорожче.
Екологічно шкідливий для шахти
Видобуток корисних копалин часто завдає шкоди навколишньому середовищу, оскільки часто передбачає видалення рослинності та дерев, розмивання гірських порід і забруднення місцевих джерел води. Історично це було особливо проблематично для РЗЕ, оскільки для підтримки низьких цін практикувався нерегульований видобуток РЗЕ, а забруднені рідини, які використовувалися для видобутку РЗЕ, зберігалися у відкритих басейнах, з яких вони могли вимиватися у воду під час зсувів. Раніше це траплялося з усіма РЗЕ, однак суворіше регулювання в останні роки зменшило цю проблему.
Отримують тільки як побічний продукт
Галієвих копалень немає, тому що концентрація галію в рудах дуже низька. Галій отримують як побічний продукт алюмінію і виплавки цинку та використовують для виробництва напівпровідників, які використовуються в багатьох електронних пристроях, причому в сучасних смартфонах використовується в 10 разів більше галію порівняно зі старими моделями. Якщо ви хочете отримати більше галію, вам потрібно виплавляти більше алюмінію чи цинку, що вивільняє CO 2 (760 мегатонн на рік для алюмінію , а також спричинить падіння цін на алюміній і цинк, що призведе до економічного падіння. виклики.
Вразливий до втрати постачання
Багато РЗЕ виробляються переважно в окремих частинах світу. Це може призвести до проблем із постачанням, якщо існує політична нестабільність або країна-виробник вирішить обмежити постачання. Дефіцит призводить до зростання цін, і ці швидкі зміни викликають хаос у світі технологій і фінансів.
Існує також проблема конфліктних ресурсів: матеріалів, які часто залежать від дитячої чи рабської праці, або небезпечних нерегульованих умов і методів видобутку. Прибутки також можуть бути використані для фінансування жорстоких конфліктів. Кобальт, важлива частина більшості літій-іонних акумуляторів, разом із танталом і вольфрамом, як відомо, є ресурсами конфліктів. Уряди починають запроваджувати суворіші закони щодо технологічних компаній із «паспортами матеріалів» для зменшення конфліктного видобутку.
Напевно є якась надія?
Однією з головних цілей науки є пошук рішень для сучасних викликів, і вона робить саме це! Ми можемо зменшити, повторно використати, переробити, замінити, покращити виробництво або знайти нові джерела.
Не оновлюйте; це триватиме довше, ніж ви думаєте!
Одне з перших, що ми можемо зробити, це зменшити непотрібне споживання. Рекламодавці схиляються до того, що ми хочемо отримати найновіший гаджет, але ваша поточна модель може легко прослужити довше, ніж кілька років. Якщо ви все-таки піддалися своєму внутрішньому «ботаніку», не викидайте старий і не забудьте його в ящику.
- Пожертвуйте те, що все ще працює. Є багато благодійних організацій, які беруть діючу «стару» техніку.
- Надішліть його на переробний завод або назад до виробника (багато хто має схеми переробки та/або обміну).
Щось закінчується? Переробити!
Універсальний логотип переробки
Переробка:
- Запобігає вичерпанню сировини на планеті
2. Зменшує потребу у шкідливому для навколишнього середовища видобутку
3. Може статися будь-де
4. Може створювати місцеві робочі місця
Деякі елементи широко переробляються, наприклад вольфрам, який використовується у виробництві гірничих і будівельних інструментів. Однак це не так для більшості критичних елементів, 77% яких переробляються лише 10% часу. Часто це тому, що елемент використовується в продукті в слідових кількостях і його нелегко відновити. Ці невеликі обсяги складаються, за оцінками в 2018 році, приблизно 1,2 мільярда тонн електронних відходів (що містять дорогоцінні РЗЕ та метали), які не переробляються, а замість цього надходять на звалище.
Докладаються зусиль, щоб збільшити переробку цих критичних елементів, однак це дорогий процес. Необхідно терміново змінити ставлення світу до переробки цих матеріалів.
Чи можна використовувати інші елементи?
Зображення: Christopher Ziemnowicz/ Wikimedia , суспільне надбання
Поточні дослідження зосереджені на тому, як замінити елементами, які не входять до критичного списку, наприклад перехід до використання літій-залізо-фосфатних акумуляторів замість нікель-кобальт-алюмінієвих ( блок 2 ) для електромобілів. Однак багато критичних елементів нелегко замінити через їхні унікальні властивості.
Нові джерела
Потрібні нові джерела, і є кілька на стадії розробки:
• Обробка вугілля перед використанням. Невеликі кількості РЗЕ містяться у вугіллі та можуть бути вилучені за допомогою методів іонного обміну.
• Розробка корисних копалин на міських полігонах. Наразі це невигідно, оскільки концентрації кожного металу на звалищі занадто низькі, однак з часом це має стати більш життєздатним.
• Фітомайнінг . Деякі рослини, як відомо, є гіперакумуляторами, концентруючи метали, отримані з ґрунту, у своїх клітинах. При посадці в ґрунт, який містить металеву руду або відходи, рослини поглинають метали, які потім можуть бути вилучені.
Однак найдешевшим варіантом все ще є видобуток, і компанії проводять опитування на дні океану, щоб з’ясувати, чи можна його використати для отримання додаткових ресурсів. Однак глибоководний видобуток корисних копалин явно спричинить шкідливий вплив на навколишнє середовище.
Якщо нічого не допоможе, чи зможемо ми добувати астероїди?
Можливо. Астероїди — це шматки багатих мінералами гірських порід, які можна видобувати. Видобуток астероїдів може звучати як надумана наукова фантастика, однак є компанії, які прагнуть займатися саме цим. NASA навіть шукало таку можливість у федеральному бюджеті США на 2018 рік. Однак це було б дуже дорого.
Резюме
Загалом, ми ще не на стадії світової паніки через втрату або скорочення запасів певних елементів, однак ми можемо бути набагато ближчими, ніж хотіли б визнати. Гарне місце для початку — спробувати зменшити непотрібне споживання, піклуватися про планету та продовжувати навчатися!
Матеріал з https://www.scienceinschool.org/
Немає коментарів:
Дописати коментар