稀有金属短缺是如何影响绿色技术的未来

随着全球努力减少温室气体的排放,讽刺的是,一些能源或资源节约技术没有得到充分使用,因为我们没有足够的原材料。2009年当他们试图使开关,等公司通用电气(General Electric)叫屈:他们无法得到足够多的稀土新灯泡。

走向新的和更好的技术——从智能手机到电动汽车对外来金属——意味着一个不断增长的需求,很少由于地质和政治。薄,廉价的太阳能电池板需要碲,占不足0.0000001%的地壳,使它比黄金更稀有的三倍。高性能锂电池需要,只有轻松地从海水中提取池在安第斯山脉。铂金,需要作为催化剂在燃料电池将氢气转化为能量,几乎完全来自南非。

研究人员和产业工人都震惊地醒来这些狡猾的供应链造成的问题在2011年,当“稀土”——的平均价格包括铽和铕,用于荧光灯;和钕,使用强大的磁铁,帮助驱动风力涡轮机和电动引擎——增长了750%。问题是,中国控制了全球97%的稀土产量,限制贸易。达成了一个解决方案和价格冲击消退,但未来稀土供应问题的威胁和其他所谓的“关键要素”仍然迫在眉睫。

有前途的解决方案

这就是为什么关键材料研究所,美国能源部Ames实验室的创建。学院开设了6月和9月正式剪彩。它的使命是预测哪些材料将成为下一个问题,努力提高供应链和试图发明替代材料,不需要太多的关键元素。研究所是全球少数组织试图解决这一问题的关键元素,像美国物理协会组织已经引起关注吗好多年了。”现在在欧洲的一个热门话题,”奥利弗·维达尔说,欧洲委员会项目协调员称为ERA-MIN——少数的欧洲计划加大。

“这真的很紧急,研究所主任亚历克斯·王说。“我们今天所面临的真正的挑战,我们需要明天的解决方案,不是第二天。”

尽管金属的高成本和高需求的关键能源技术,很少金属回收:2009年,据估计,只有不到1%的稀土金属是恢复。的负责人Ruediger Kuehr解决电子垃圾问题(步骤)倡议在波恩,说4900万吨电子垃圾每年生产,从手机到冰箱。,也许10%回收。是可笑的简单地扔掉太多有价值的材料,Diran Apelian说,金属加工研究所的创始董事伍斯特的质量。“有一些像32吨黄金在世界上所有的手机,“Apelian说。“在我们的城市垃圾填埋场是一个巨大的金矿。”

现代技术得到的金属是一种痛苦,因为它们包含在微量日益复杂的设备。大约在- 2000手机使用大约两打元素;现代智能手机使用超过60。“我们为自己使事情更困难,”国王说。尽管相对高浓度的稀土技术,他说,它实际上是化学容易分开从周围的材料简单的岩石比复杂的手机。

Umicore导致回收费用

但这是可能的。总部位于布鲁塞尔的公司Umicore是关键金属回收技术的最前沿,王说。在其网站霍博肯,比利时,公司每年约350000吨电子垃圾回收,包括光伏电池和电脑的电路板,恢复金属包括碲。2011年,Umicore开始了一个合资企业从充电金属氢化物电池回收稀土(有一克的稀土在AAA电池)在安特卫普的网站,与法国合作公司索尔维。同样,日本的汽车公司本田宣布今年3月它开发了自己的内部金属氢化物电池回收计划,该公司计划测试使用日本2011地震和海啸损坏的汽车。关键材料研究所正在开发一种方法,包括老磁铁液体融化取笑稀土镁。“回收时,一切皆有可能,”Kuehr说。“这是一个问题,无论是经济。”

电子垃圾回收最困难的步骤之一是电池或其他critical-metal-rich组件的大型设备或机器。这是一个卑微的但复杂的任务,通常交给低收入的工人在中国和尼日利亚等地。贵屿地区的中国南部,举个例子,有超过100000人拆开电子垃圾,沸腾了电路板移除塑料然后用酸浸出金属,冒着极大的危险环境和自己。不受控制的燃烧导致污染地下水一项研究发现高浓度的铅在儿童生活在贵屿。日本正在努力的最前沿自动化这些过程,所以他们可以做经济和安全的机器,王说。

Apelian说,比技术更重要的是政策和教育。在研究美国回收率大约20个产品,塑料,金属,复苏率最高的是铅酸电池,主要用于汽车。相比,其回收率为98%,约50%的铝罐。Apelian说,原因是因为政府担心,给汽车公司财务激励回收电池本身。

Apelian说,责任,必须把制造商和回收他们自己的产品,所以他们让他们更容易重用或分开的:“我们需要为恢复生产。这几乎是不存在的。”

展望未来回收

回收元素可能是最好的路线需求预计将从长远来看。对铽和铕的需求,例如,可能最终将消失,因为荧光灯泡换成led小得多。但是对于其他元素,如钕,这不可能是唯一的解决方案。“现在我们需要微量的钕为你的智能手机的耳麦,”国王说。“但对于高性能风力涡轮机需要大约两吨。”

需求预计将增加元素,一种选择是开放的新矿。中国目前占主导地位的稀土矿业——在某种程度上,美国物理学会2011年的一份报告指出,因为更多的放松环境标准对土地复垦使它更便宜。但资源存在。大约450潜在稀土矿被看着世界各地,据王。一些是相当先进的。在加州帕斯山稀土矿的稀土部门今年重新开放,2002年被中国赶出业务后。

尽管产能一些最初的失望,国王认为风险就会成功。同样,Mount Weld矿稀土在澳大利亚正在加大。这些努力,减少了中国的生产份额从97%下降到大约90%在过去的一两年,王说。

很难发展规模经济,当处理材料只用于微量。2009年全球碲需求,例如,只有200吨。所有这些作为副产品来自铜和金矿。虽然碲是极其有价值的145美元每公斤,微量几乎使暂时在这些矿业公司的利润状况。“他们必须拖进生产踢和尖叫,”国王说。

另一个选择是采矿过程更有效率。王说,稀土矿业公司基本上磨碎石头,把它扔在水里,通过它:吹泡泡可以脱脂rare-earth-bearing矿物质倾向于浮动和顶部。但这只捕获约65%的稀土矿石,金说。他的研究所现在使用DOE超级计算机来搜索分子可能绑定到元素和帮助他们浮动。“如果我们能发明一种仙尘洒入水中,从65%到75%,你立即提高稀土产量没有打开一个新矿,”金说。他希望这一策略将在一年或两年成功。

最后一个方法是找到替代材料,不需要如此多的关键元素。这是一个要求很高的任务。“稀土的一种魔力,”国王说,它们的属性。磁铁的一个关键组成部分,例如,因为他们争论强大但不守规矩的磁性铁,似乎没有其他元素能做的任务。研究努力试图让更强磁铁没有任何稀土被认为是。但是,国王说,“我们可能不会得到他们所有人,但我们可以得到最昂贵和最稀有稀土。”

国王仍然是乐观的。与有限的资源去斗争,他指出。青铜时代,大约2000年前,导致铜供应枯竭。作为回应,王说,古人回收铜,寻找新矿和花了200年优化更有效但减少不理想想替代——铁——做同样的工作。今天的解决方案都是相同的,尽管希望找到合适的替代品不会花这么长时间。200年“不需要我们了,”金说。“我们拍摄了两个。”

这个故事最初出现在耶鲁大学环境360的博客。金块图片由维塔利Korovin通过上面。