Εξόρυξη για το μέλλον ή το μέλλον της εξόρυξης;

Εξόρυξη για το μέλλον ή το μέλλον της εξόρυξης;

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Virginia Tech εστιάζουν σε βιώσιμες και αειφορικές μεθόδους παραγωγής πρώτων υλών που είναι ζωτικής σημασίας για τις νέες τεχνολογίες και για την πράσινη ενέργεια. Ιλύες από άνθρακα, ιπτάμενη τέφρα, υπολείμματα καύσης σκουπιδιών, γρασίδι. Μπορούμε να φανταστούμε τι θα γινόταν αν αυτά και άλλα παρόμοια υλικά μετατρέπονταν σε πρώτες ύλες για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ηλιακούς συλλέκτες και smartphones;

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Ερευνητές στο Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων και Ορυκτών Πόρων  του Πανεπιστημίου Virginia Tech των ΗΠΑ εργάζονται στοχευμένα για την παροχή λύσεων για καινοτόμες, βιώσιμες, αειφορικές, εγχώριες προμήθειες κρίσιμων ορυκτών και πρώτων υλών που απαιτούνται για μια ακμάζουσα οικονομία και ένα μέλλον πράσινης ενέργειας.

Η US Geological Survey έχει καταρτίσει λίστα με πολλές δεκάδες κρίσιμα ορυκτά - πολλά από τα οποία πρέπει να εξορυχθούν - που είναι σημαντικά για την πρόοδο του σύχγρονου πολιτισμού. Το λίθιο και το κοβάλτιο, για παράδειγμα, είναι απαραίτητα για την παραγωγή ηλεκτρικών οχημάτων, τα οποία αποτελούν σημαντικό στοιχείο της αμερικανικής στρατηγικής για την προστασία του κλίματος.

Οι περιβαλλοντολόγοι έχουν συνήθως κακή άποψη για την εξόρυξη, δεδομένης της διαχρονικής αντίληψης ότι η εξορυκτική βιομηχανία προκαλεί περιβαλλοντικά προβλήματα. Ωστόσο, οι κατασκευαστές ηλεκτρικών αυτοκινήτων, όπως η Tesla, έχουν καταστήσει σαφές ότι χωρίς αξιόπιστη παραγωγή εξορρυσσόμενων πρώτων υλών, η βιομηχανική παραγωγή στον τομέα της αυτοκίνησης θα παραμείνει περιορισμένη και τα ηλεκτρικά οχήματα θα συνεχίσουν να έχουν υψηλό κόστος κτήσης. Αυτό προκαλεί τους μηχανικούς στον εξορυκτικό τομέα να αναπτύξουν περιβαλλοντικά και κοινωνικά υπεύθυνους τρόπους για την εξόρυξη των κρίσιμων πρώτων υλών για την αυτοκίνηση - μια πρόκληση που ταιριάζει απόλυτα σε ένα ερευνητικό πανεπιστήμιο όπως το Virginia Tech.

«Νομίζω ότι καταλαβαίνουμε την εξάρτησή μας από τις ορυκτές πρώτες ύλες λόγω της μεταστροφής της αυτοκίνησης προς τα ηλεκτρικά οχήματα και της καθαρής ενέργειας προς τις ανεμογεννήτριες και τους ηλιακούς συλλέκτες - όλες δηλαδή τις τεχνολογίες που μας οδηγούν προς την απεξάρτηση της κοινωνίας γενικότερα, αλλά και των ΗΠΑ ειδικότερα, από τον άνθρακα», δήλωσε ο Richard Bishop, καθηγητής Μεταλλευτικής. «Και όλες αυτές οι τεχνολογίες χρειάζονται κρίσιμα ορυκτά».

Ο Καθηγητής Richard Bishop
Ο Καθηγητής Richard Bishop

Η ζήτηση για αυτά τα ορυκτά, συμπεριλαμβανομένου του κοβαλτίου, του νικελίου και των λεγόμενων στοιχείων σπάνιων γαιών, προβλέπεται να αυξηθεί έως και 600% τις επόμενες δεκαετίες και η ποσότητα λιθίου και γραφίτη που απαιτείται για την παραγωγή μπαταριών ηλεκτρικών αυτοκινήτων μπορεί να αυξηθεί κατά περίπου 4.000%, σύμφωνα με στοιχεία του Λευκού Οίκου. Αλλά επειδή αυτά τα ορυκτά εξορύσσονται συχνά εκτός των ΗΠΑ, η εφοδιαστική τους αλυσίδα μπορεί να επηρρεαστεί και οι τεταμένες διπλωματικές σχέσεις μεταξύ χωρών μπορούν να περιορίσουν τον εφοδιασμό των ΗΠΑ.

«Τα κρίσιμα ορυκτά είναι απαραίτητα για την κοινωνική πρόοδο», δήλωσε ο αναπληρωτής καθηγητής Aaron Noble. «Θεωρούνται επίσης κρίσιμα επειδή υπόκεινται σε αυξημένο κίνδυνο ελέγχου ή διακοπής της εφοδιαστικής τους αλυσίδας. Ορισμένα υλικά μπορεί να παράγονται σε μία μόνο χώρα, ίσως σε μία χώρα με την οποία οι ΗΠΑ δεν έχουν ισχυρούς δεσμούς. Αυτή η δύσκολη ισορροπία μπορεί να οδηγήσει σε διακοπή του εφοδιασμού».

Για να βοηθήσει στην επίλυση του προβλήματος του εφοδιασμού, ο Bishop, ερευνητής στο Virginia Center for Coal and Energy Research και με εμπειρία στον κλάδο της χρηματοδότησης εξορυκτικών έργων, ηγείται ενός έργου για να βοηθήσει στην οικοδόμηση της οικονομίας της περιοχής των Απαλαχίων γύρω από την εξόρυξη και επεξεργασία ορυκτών κρίσιμης σημασίας. Το έργο Evolve Central Appalachia (Evolve CAPP) αναπτύσσει και εφαρμόζει στρατηγικές που επιτρέπουν σε αυτή την περιοχή που έχει πληγεί σκληρά από την παρακμή της παραδοσιακής βιομηχανίας του άνθρακα να βρει τρόπους να δημιουργήσει νέα οικονομική ανάπτυξη παράγοντας στοιχεία σπάνιων γαιών, άλλα κρίσιμα ορυκτά και προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας με βάση τον άνθρακα.

«Συγκεντρώσαμε μια ομάδα ακαδημαϊκών από το University of Kentucky, το West Virginia University, και το Virginia Tech, αλλά και από τη βιομηχανία και κυβερνητικούς φορείς», είπε ο Bishop. «Έχουμε μια ομάδα περίπου 40 ατόμων αυτή τη στιγμή που εξετάζει κρίσιμα ορυκτά σε αυτήν την περιοχή». Το έργο της ομάδας «περιλαμβάνει τα γεωλογικά χαρακτηριστικά των κρίσιμων ορυκτών, καθώς και την οικονομική ανάπτυξη και κοινωνικές πτυχές όπως η περιβαλλοντική δικαιοσύνη. Εξετάζουμε την υποδομή που έχουμε αυτή τη στιγμή και την υποδομή που μπορεί να χρειαστεί να δημιουργήσουμε ώστε να προκύψουν νέες θέσεις εργασίας στην εξόρυξη και την επεξεργασία κρίσιμων ορυκτών», είπε ο Bishop.

Ο Wencai Zhang, Επικ. Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Virginia Tech.
Ο Wencai Zhang, Επικ. Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Virginia Tech.

Εν τω μεταξύ, ο επίκουρος καθηγητής Wencai Zhang και ο Noble συνεργάζονται για την ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών για την εξόρυξη και την ανάκτηση κρίσιμων ορυκτών και στοιχείων σπάνιων γαιών από ρεύματα αποβλήτων και άλλες μη παραδοσιακές πηγές — συχνά σε συνεργασία με ανθρώπους από τη βιομηχανία. 

Στο εργαστήριο μηχανικής της εξόρυξης που βρίσκεται εκτός πανεπιστημιούπολης στο Blacksburg, οι μεταπτυχιακοί φοιτητές του Zhang καλλιεργούν γρασίδι από απόβλητα που περιέχουν στοιχεία σπάνιων γαιών - μια ομάδα λιγότερο γνωστών υλικών που απαιτούνται για την παραγωγή συσκευών υψηλής τεχνολογίας και, το πιο κρίσιμο, μαγνητών για την τροφοδοσία των ηλεκτρικών οχημάτων.

«Αν θέλουμε να παράγουμε ηλεκτρικά οχήματα, χρειαζόμαστε κινητήρες, σωστά; Και για να φτιάξουμε αυτούς τους κινητήρες υψηλής απόδοσης, πρέπει να κατασκευάσουμε μόνιμους μαγνήτες», είπε ο Zhang. «Επομένως, αν θέλουμε να παράγουμε μόνιμους μαγνήτες, χρειαζόμαστε πολλές σπάνιες γαίες, ειδικά νεοδύμιο και πρασεοδύμιο».

Υπάρχουν, ωστόσο, διάφορες προκλήσεις για την ικανοποίηση αυτής της ζήτησης. Τα στοιχεία σπανίων γαιών ονομάζονται με λάθος χαρακτηρισμό, λέει ο Zhang. Οι σπάνιες γαίες είναι άφθονες στο περιβάλλον: από το χώμα στην αυλή μας μέχρι τα σκουπίδια της κουζίνας. Αλλά σε αντίθεση με άλλες ορυκτές πρώτες ύλες υψηλής αξίας, σπάνια συγχωνεύονται σε κοιτάσματα αρκετά μεγάλα ώστε να μπορούν να ανακτηθούν με οικονομικό τρόπο.

Μόνο ένα ορυχείο σπάνιων γαιών υπάρχει στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το Mountain Pass Mine, που ανήκει στην MP Materials, είναι ένα ανοιχτό ορυχείο σπάνιων γαιών που βρίσκεται στην οροσειρά Clark Mountain Range της Καλιφόρνια. Το ορυχείο κατάφερε το 2020 να παράγει περίπου το 16% της παγκόσμιας ζήτησης για σπάνιες γαίες. Η μεταλλευτική έρευνα για άλλα παρόμοια εγχώρια κοιτάσματα είναι σε εξέλιξη, αλλά ο Zhang και η ομάδα του εξετάζουν προσεκτικά τις δευτερεύουσες πηγές και εργάζονται για να τις καταστήσουν οικονομικά βιώσιμες. Ο Zhang εστιάζει κυρίως στις καινοτομίες στο χημικό διαχωρισμό και έχει αναπτύξει συνεργασίες με τοπικούς άρχοντες και βιομηχανίες για να υλοποιήσει με επιτυχία τις ιδέες του.

Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ ανακοίνωσε πρόσφατα τη χρηματοδότηση ενός έργου 500.000 δολαρίων με τη συμμετοχή του Zhang και δύο εταιρειών, της American Rare Earths Limited με έδρα στην Αυστραλία και την Phinix LLC, με έδρα στο Missuri. Η ομάδα έργου θα συνεργαστεί για τη μελέτη και ανάπτυξη τεχνολογιών εξόρυξης και επεξεργασίας με βάση το διαχωρισμό των ορυκτών. Θα προωθήσει επίσης τη δέσμευση του College of Engineering του Virginia Tech. να ανταποκρίνεται σε ερευνητικές ανάγκες μέσω έρευνας υψηλού αντίκτυπου.

«Αυτό το έργο αντιπροσωπεύει μια φανταστική ευκαιρία να παρουσιάσουμε τις νέες, υπερσύγχρονες δυνατότητες του εργαστηρίου επεξεργασίας ορυκτών και υλικών που ανακαινίσαμε και επεκτείναμε τον περασμένο χρόνο», είπε ο Zhang. «Έχουμε πλέον φτιάξει μια από τις καλύτερες ερευνητικές εγκαταστάσεις στον κόσμο που επικεντρώνεται στην επεξεργασία σπάνιων γαιών για να διευκολύνει την παγκόσμια μετάβαση στο μέλλον με μειωμένο άνθρακα και πράσινη ενέργεια».

Ο Aaron Noble
Ο Aaron Noble

Ο Noble εργάζεται πάνω και στους δύο τομείς των κρίσιμων ορυκτών - εντοπισμό νέων πηγών και ανάπτυξη διαδικασιών διαχωρισμού των πρώτων υλών από τα απόβλητα. Ο Noble μαζί με τον διακεκριμένο καθηγητή του Virginia Tech University, Roe-Hoan Yoon, και άλλους διδάσκοντες στο Center for Advanced Separation Technologies έλαβαν πρόσφατα χρηματοδότηση 1,3 εκατομμυρίων δολαρίων για να «εστιάσουν στον καθαρισμό του άνθρακα χαμηλής, μέσης και υψηλής ποιότητας και των ροών απορριμμάτων άνθρακα σε επίπεδα τέτοια που θα είναι κατάλληλα για πρώτη ύλη σε διεργασίες παραγωγής συνθετικού γραφίτη υψηλής προστιθέμενης αξίας», σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ. Το έργο χρησιμοποιεί τεχνολογία που αναπτύχθηκε από τον Yoon για την ανάκτηση άνθρακα υψηλής καθαρότητας από λίμνες λάσπης άνθρακα.

Οι Yoon και Noble ανέπτυξαν επίσης τεχνολογίες που εξάγουν στοιχεία σπάνιων γαιών από αυτές τις ίδιες λίμνες άνθρακα και άλλα παρόμοια τέλματα εξόρυξης. Πρόσφατα δόθηκε άδεια στην American Green Elements, με έδρα στο Bluefield της Δυτικής Βιρτζίνια, να αξιοποιήσει αυτό το πακέτο τεχνολογίας μέσω περαιτέρω ανάπτυξης της διαδικασίας προκειμένου να γίνει εμπορική. Λεπτομέρειες της τεχνολογίας αποτελούν αντικείμενο μιας σειράς ευρεσιτεχνιών των οποίων η κατοχύρωση ακόμη εκκρεμεί.

Η καινοτόμος προσέγγιση αποτελεί έναν τρόπο ανάκτησης σπάνιων γαιών που χρησιμοποιεί λιγότερα χημικά και λιγότερη ενέργεια από τις συμβατικές προσεγγίσεις. «Η ομάδα μου έχει επικεντρωθεί στα τέλματα μεταλλείων και στις όξινες απορροές», λεει ο Noble. «Ο καθαρισμός ορισμένων από αυτές τις πηγές εμπίπτει στις περιβαλλοντικές υποχρεώσεις των εταιρειών, ωστόσο, μέσα από την έρευνά μας, διαπιστώσαμε ότι περιέχουν επίσης σημαντικές ποσότητες κρίσιμων ορυκτών. Για την αξιοποίηση αυτών των ροών αποβλήτων, η έρευνά μας εξετάζει την αποτελεσματική επεξεργασία τους με τρόπο που είναι οικονομικά ανταγωνιστικός και έχει σαφώς λιγότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τις συμβατικές μεθόδους».

Ο τελικός στόχος της έρευνας του Virginia Tech είναι οι βιώσιμες αλυσίδες εφοδιασμού που υποστηρίζουν σημαντικά οικονομικά, περιβαλλοντικά και κοινωνικά αποτελέσματα. Και η έρευνα έχει περαιτέρω οφέλη, καθώς βοηθά στην εκπαίδευση νέων γενεών μηχανικών εξόρυξης σχετικά με τρόπους βελτίωσης της κοινωνίας μέσω του επαγγέλματός τους.

«Επίσης, στο εργαστήριό μου απασχολώ πολλούς προπτυχιακούς ερευνητές. Και, στις τάξεις μου, αναλύουμε τις κοινωνικές, οικονομικές και περιβαλλοντικές πτυχές της παραγωγής κρίσιμων ορυκτών. Πέρυσι, κάναμε μια εξαιρετική ημερίδα στην τάξη σχετικά με τις κοινωνικές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εγχώριας παραγωγής σπάνιων γαιών», είπε ο Noble. «Πιστεύω ότι οι σπουδαστές μας στο Virginia Tech έρχονται σε επαφή με πολλές έννοιες γύρω από τα κρίσιμα ορυκτά στο πρόγραμμα σπουδών μας και ως εκ τούτου, θα είναι αυτοί που θα συμμετέχουν ενεργά στις αλλαγές που είναι αναγκαίες για τη βιώσιμη εξόρυξη στη χώρα».

Πηγή: https://vtx.vt.edu

foolwo rawmathub.gr on Google News
Image

Έγκυρη ενημέρωση για την αξιακή αλυσίδα των raw materials

NEWSLETTER