زباله های باقی مانده از سوخت فسیلی مصرف شده ممکن است حاوی گنجینه ای از عناصر کمیاب خاکی به ارزش میلیاردها دلار باشد.
در مقاله‌ای در سال 2024، زمین‌شناسان تخمین زدند که خاکستر زباله‌های حاصل از زغال سنگ سوزانده شده در نیروگاه‌های سوخت فسیلی می‌تواند حاوی 165 میلیارد دلار عناصر کمیاب خاکی باشد و احتمالاً تا 97 میلیارد دلار می‌توان آن را بازیابی کرد.
تیمی به رهبری زمین شناسان دانشگاه تگزاس در آستین می گوید که کار برای بازیابی این عناصر می تواند منبع داخلی این عناصر حیاتی را بدون زحمت استخراج یا وابستگی به وارداتی که در حال حاضر بیشتر خاک های کمیاب کشور را تامین می کند، در اختیار ایالات متحده قرار دهد.
بریجت اسکانلون زمین شناس از دانشکده علوم زمین جکسون می گوید: «این واقعاً نمونه ای از مانترا زباله به گنج است. ما اساساً در تلاش هستیم تا حلقه را ببندیم و از ضایعات استفاده کنیم و منابع موجود در زباله ها را بازیابی کنیم و در عین حال تأثیر آن بر محیط زیست را کاهش دهیم.»
مطالب مرتبط: فلزی عجیب فراتر از دنیای ما که در گنجینه باستانی یافت شد
عناصر خاکی کمیاب یا REE ها گروهی متشکل از 17 عنصر متشکل از 15 لانتانید جدول تناوبی به اضافه ایتریوم و اسکاندیم هستند. این عناصر در ایالات متحده به عنوان «مواد معدنی حیاتی» طبقه‌بندی می‌شوند و برای صدها صنعت و فناوری از جمله باتری‌ها، توربین‌های بادی، خودروهای الکتریکی و تلفن‌های هوشمند حیاتی هستند.
ایالات متحده ذخایر REE زیادی ندارد. در عوض، تقریباً به طور کامل به واردات بستگی دارد و اکثریت – حدود 70 درصد – از چین است.
با این حال، تحقیقات اخیر نشان می دهد که ممکن است یک ذخایر REE دست نخورده پنهان شده باشد: 52 میلیارد تن ضایعات خاکستر زغال سنگ که توسط نیروگاه های ایالات متحده از سال 1950 تولید شده است.
در اینجا نحوه عملکرد آن آمده است. زغال سنگ – مواد گیاهی باستانی و فسیل شده – خالص نیست، اما با تشکیل و جامد شدن در طی قرن ها ردی از مواد دیگر را جذب می کند. این مقادیر ناچیز آنقدر ناچیز هستند که ارزش تلاش برای استخراج را ندارند. آنها مطمئناً از ارزش زغال سنگ به عنوان یک منبع سوخت فسیلی فراتر نخواهند رفت.
اما وقتی زغال سنگ می سوزد، اتفاق جالبی می افتد. بخش های قابل احتراق زغال سنگ مانند کربن، هیدروژن و گوگرد به صورت گاز می سوزند و قسمت های غیر قابل احتراق را پشت سر می گذارند. این شامل کانی های رسی، کوارتز و REE است.
از آنجایی که بیشتر توده زغال سنگ به صورت دود ناپدید می شود، غلظت REE در خاکستر شیشه ای باقیمانده 4 تا 10 برابر بیشتر از زغال سنگ نسوخته است.
برای روشن بودن، این غلظت ها بسیار کمتر از سنگ معدن های تجاری است. با این حال، پالایش خاکستر زغال سنگ نیازی به استخراج استخراج بیشتر ندارد – از آنچه قبلا استخراج شده استفاده می کند – بنابراین یک سرمایه گذاری ارزشمند خواهد بود.
این تیم با سرپرستی اسکنلون و زمین شناس رابرت ریدی، دهه ها داده در مورد ترکیب خاکستر، کارایی معدن و سایت های دفع زباله در ایالات متحده جمع آوری کردند. آنها تخمین می زنند که 11 میلیون تن REE ممکن است در ذخایر قابل دسترسی خاکستر زغال سنگ بین سال های 1985 و 2021 قرار داشته باشد – تقریباً هشت برابر مقدار ذخایر فعلی ایالات متحده.
ارزش نظری کل 15 عنصر REE لانتانوئید در کل خاکستر زغال سنگ ایالات متحده حدود 56 میلیارد دلار است. بسته به موقعیت مکانی، 30 تا 70 درصد از این خاکستر زغال سنگ موجود است که ارزش کل خاکستر موجود را به 14 میلیارد دلار می رساند.
محققان دریافتند لانتانیدهایی که می توان از این خاکستر زغال سنگ مقرون به صرفه استخراج کرد تا 8.4 میلیارد دلار ارزش دارد.
با این حال، افزودن ایتریم و اسکاندیم به این ترکیب، این اعداد را به مجموع 165 میلیارد دلار افزایش می‌دهد که بر اساس این مقاله، 97 میلیارد دلار آن قابل بازیابی است.
این تا حد زیادی تئوری است. روش های استخراج هنوز در دست بررسی هستند. اما این یک گنجینه ارزشمند به اندازه کافی است که دانشمندان و دولت ایالات متحده احتمالات را جدی می گیرند.
محققان نتیجه می‌گیرند: «علاوه بر افزایش امنیت انرژی ایالات متحده با توسعه منابع REE، ارزش اقتصادی تولید این REEها می‌تواند به جبران هزینه‌های بازسازی زباله‌های خاکستر یا دریاچه‌ها در مناطق آسیب‌پذیر از نظر زیست‌محیطی کمک کند».
پتانسیل توسعه منابع REE از خاکستر زغال سنگ باید در سطح جهانی در کشورهای دارای خاکستر زغال سنگ ارزیابی شود.
مطالب مرتبط: کریستال های کمیاب خاکی برای اولین بار در یک گیاه پیدا می شوند
راه‌های زیادی برای یافتن عناصر خاکی کمیاب وجود دارد، اما بسیاری از آنها می‌توانند در استخراج نیز مشکلاتی ایجاد کنند.
در سال های اخیر، دانشمندان پیشنهاد کرده اند که آتشفشان ها ممکن است منبع بارور مواد معدنی ارزشمند باشند.
مایکل آننبرگ، زمین شناس دانشگاه ملی استرالیا، به The Conversation توضیح داد: «آتشفشان های خاموش شده غنی از آهن اغلب برای سنگ آهن استخراج می شوند.
نتایج ما نشان می‌دهد که معادن موجود در چنین مکان‌هایی می‌توانند به طور بالقوه برای تولید عناصر خاکی کمیاب اصلاح شوند.
منبع دیگر جهان گیاهان است. در تحقیقی که همین ماه منتشر شد، دانشمندان یک سرخس با یک ابرقدرت باورنکردنی را کشف کردند که در بافت‌هایش پنهان شده بود: توانایی جمع‌آوری و ذخیره عناصر کمیاب خاکی از خاک‌های فلزی و استخراج طبیعی منابع از زمین.
Luqing He، زمین‌شناس آکادمی علوم چین و همکارانش در گزارش خود توضیح دادند: عناصر خاکی کمیاب فلزات حیاتی برای انرژی پاک و کاربردهای با فناوری بالا هستند، اما عرضه آنها با چالش‌های زیست‌محیطی و ژئوپلیتیکی مواجه است.
فیتومینینگ، یک استراتژی سبز با استفاده از گیاهان بیش‌انباشته‌کننده برای استخراج فلزات از خاک، پتانسیلی برای عرضه پایدار REE ارائه می‌دهد، اما هنوز مورد بررسی قرار نگرفته است.
همانطور که دانشمندان احتمالات را بررسی می کنند، شکی وجود ندارد که خیلی به این بستگی دارد که جهان چگونه این عناصر گرانبها را استخراج می کند.
مطالعه خاکستر زغال سنگ در نوامبر 2024 منتشر شد مجله بین المللی علوم و فناوری زغال سنگ.
