Πώς μια μικρή ποσότητα σπάνιας γαίας καθορίζει το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των μαγνητών

Οι μόνιμοι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται σε τεχνολογίες όπως τα ηλεκτρικά οχήματα και οι ανεμογεννήτριες αποτελούν βασικό στοιχείο της ενεργειακής μετάβασης. Αν και περιέχουν πολύ μικρές ποσότητες δυσπροσίου, το συγκεκριμένο στοιχείο σπάνιων γαιών επιτελεί έναν καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία τους.

«Το δυσπρόσιο βελτιώνει σημαντικά την απόδοση των μαγνητών», εξηγεί η Stellina Samuel. «Ακόμη σημαντικότερο είναι ότι τους επιτρέπει να διατηρούν τις μαγνητικές τους ιδιότητες ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως αυτές που αναπτύσσονται κατά τη λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων».

Χωρίς την προσθήκη δυσπροσίου, οι μαγνήτες θα έχαναν μέρος της μαγνητικής τους ισχύος όταν εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες, γεγονός που θα περιόριζε την αξιοπιστία και την απόδοση εφαρμογών όπως οι κινητήρες ηλεκτρικών οχημάτων και οι ανεμογεννήτριες, οι οποίες λειτουργούν υπό απαιτητικές συνθήκες και για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Παρότι το δυσπρόσιο αντιπροσωπεύει συνήθως μόλις το 1 έως 8% της σύνθεσης ενός μόνιμου μαγνήτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ευθύνεται για δυσανάλογα μεγάλο μέρος τόσο του περιβαλλοντικού αποτυπώματος όσο και του κόστους του. Στο πλαίσιο της μελέτης, οι επιστήμονες εξέτασαν ολόκληρο τον κύκλο ζωής των μαγνητών, από την εξόρυξη και την επεξεργασία των πρώτων υλών έως την παραγωγή του τελικού προϊόντος, συγκρίνοντας διαφορετικές συνθέσεις ως προς τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και το κόστος.

Στη σύνθεση αναφοράς που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη, η οποία περιείχε 4% δυσπρόσιο, το συγκεκριμένο μέταλλο ευθυνόταν για έως και το 78% του συνολικού περιβαλλοντικού αντικτύπου και για έως και το 44% του κόστους των πρώτων υλών. Τα ευρήματα αναδεικνύουν μια εντυπωσιακή αναντιστοιχία ανάμεσα στη μικρή ποσότητα του δυσπροσίου και στη δυσανάλογα μεγάλη επιβάρυνση που προκαλεί.

Το μεγαλύτερο μέρος του περιβαλλοντικού αποτυπώματος του δυσπροσίου προέρχεται από την εξόρυξη και την επεξεργασία του. Η εξόρυξη του πραγματοποιείται συχνά με τη μέθοδο in-situ leaching, κατά την οποία εγχέονται χημικά διαλύματα στις σωρούς των μεταλλευμάτων προκειμένου να διαλυθούν τα ορυκτά που περιέχουν σπάνιες γαίες και να ανακτηθούν στη συνέχεια.Όπως επισημαίνει η Stellina Samuel, με τη μέθοδο αυτή προκαλείται αλλοίωση του τοπίου και υπάρχει κίνδυνος διαρροής μέρους των χημικών ουσιών στο γύρω περιβάλλον.

Εξίσου απαιτητικό είναι και το στάδιο του διαχωρισμού του δυσπροσίου από τα υπόλοιπα στοιχεία των σπάνιων γαιών. Επειδή ανήκει στις λεγόμενες «βαριές» σπάνιες γαίες και παρουσιάζει πολύ παρόμοιες χημικές ιδιότητες με άλλα στοιχεία της ίδιας ομάδας, η απομόνωση του απαιτεί πολύπλοκες διεργασίες με υψηλή κατανάλωση χημικών αντιδραστηρίων και ενέργειας. «Απαιτούνται μεγάλες ποσότητες χημικών και ενέργειας για να διαχωριστούν τα στοιχεία ένα προς ένα», εξηγεί η Samuel. «Όλες αυτές οι διεργασίες προσθέτουν σημαντικό περιβαλλοντικό και οικονομικό κόστος στο τελικό προϊόν».

Τα ευρήματα της μελέτης αναδεικνύουν, παράλληλα, τα σημεία στα οποία μπορούν να επιτευχθούν σημαντικές βελτιώσεις στην αλυσίδα αξίας της ενεργειακής μετάβασης. Σύμφωνα με τη Stellina Samuel, το μεγαλύτερο περιθώριο βρίσκεται στη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των μαγνητών, ώστε να απαιτούν μικρότερες ποσότητες δυσπροσίου χωρίς να υποβαθμίζεται η απόδοση τους.

Όπως επισημαίνει, η Ευρώπη διαθέτει περιορισμένη δυνατότητα παρέμβασης στις διαδικασίες εξόρυξης και επεξεργασίας του μετάλλου, καθώς η παραγωγή του συγκεντρώνεται κυρίως στη Μιανμάρ και στη νότια Κίνα. «Η εξόρυξη πραγματοποιείται κυρίως στη Μιανμάρ και στη νότια Κίνα. Εκείνο που μπορεί να γίνει στην Ευρώπη είναι να αναπτυχθούν τεχνολογίες και σχεδιασμοί που μειώνουν την απαιτούμενη ποσότητα δυσπροσίου, διατηρώντας παράλληλα τις επιδόσεις των μαγνητών».

Οι ερευνητές τονίζουν ότι ακόμη και μικρές μειώσεις στη χρήση του μετάλλου θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε σημαντική μείωση τόσο του περιβαλλοντικού αποτυπώματος όσο και του κόστους παραγωγής των μόνιμων μαγνητών. Ο René Kleijn χρησιμοποιεί μια χαρακτηριστική παρομοίωση για να περιγράψει τη σημασία των κρίσιμων πρώτων υλών: «Οι κρίσιμες πρώτες ύλες μοιάζουν με τα μπαχαρικά σε ένα γεύμα. Χρειάζεσαι μόνο μια πολύ μικρή ποσότητα, αλλά επηρεάζουν καθοριστικά το τελικό αποτέλεσμα». Η σύγκριση αυτή αποτυπώνει εύγλωττα το βασικό συμπέρασμα της μελέτης: η σημασία ενός υλικού δεν καθορίζεται από την ποσότητα του, αλλά από τον ρόλο που διαδραματίζει στην τεχνολογία και το συνολικό περιβαλλοντικό και οικονομικό κόστος που το συνοδεύει.

Τα συμπεράσματα της μελέτης αντικατοπτρίζουν μια ευρύτερη τάση που διαμορφώνεται στη βιομηχανία, καθώς ολοένα και περισσότεροι κατασκευαστές επιδιώκουν να περιορίσουν την εξάρτησή τους από κρίσιμες πρώτες ύλες. Η προσπάθεια αυτή δεν υπαγορεύεται μόνο από το υψηλό κόστος και το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των υλικών, αλλά και από την ανάγκη ενίσχυσης της ανθεκτικότητας των εφοδιαστικών αλυσίδων.

«Δεν πρόκειται μόνο για το κόστος και τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο», επισημαίνει η Stellina Samuel. «Η βιομηχανία επιδιώκει επίσης να μειώσει την εξάρτηση της από τις κρίσιμες πρώτες ύλες». Η μείωση της χρήσης δυσπροσίου θα μπορούσε να περιορίσει την έκθεση των κατασκευαστών σε γεωπολιτικούς κινδύνους, όπως οι περιορισμοί στις εξαγωγές σπάνιων γαιών που κατά καιρούς επιβάλλει η Κίνα, η οποία κυριαρχεί στην παγκόσμια αλυσίδα εφοδιασμού των συγκεκριμένων μετάλλων. Παράλληλα, η προέλευση του δυσπροσίου είναι συχνά δύσκολο να ιχνηλατηθεί, γεγονός που δυσχεραίνει τη διαφάνεια και τον αποτελεσματικό έλεγχο των εφοδιαστικών αλυσίδων.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ανάπτυξη τεχνολογιών που απαιτούν μικρότερες ποσότητες κρίσιμων πρώτων υλών δεν αποτελεί μόνο περιβαλλοντική επιλογή, αλλά και στρατηγική αναγκαιότητα για τη βιομηχανία, καθώς μπορεί να ενισχύσει την ανταγωνιστικότητα, να μειώσει τους κινδύνους εφοδιασμού και να καταστήσει την ενεργειακή μετάβαση περισσότερο ανθεκτική στις διεθνείς γεωπολιτικές εξελίξεις.

Σε επόμενη φάση της έρευνας τους, οι επιστήμονες σκοπεύουν να διερευνήσουν και την κοινωνική διάσταση της εξόρυξης κρίσιμων πρώτων υλών, μια πτυχή που μέχρι σήμερα έχει μελετηθεί πολύ λιγότερο σε σχέση με τις περιβαλλοντικές και οικονομικές επιπτώσεις.

«Η κοινωνική διάσταση έχει λάβει πολύ μικρότερη προσοχή», σημειώνει η Stellina Samuel. «Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι είναι πολύ πιο δύσκολο να ποσοτικοποιηθεί από το περιβαλλοντικό αποτύπωμα ή το κόστος. Επιπλέον, οι επιπτώσεις αυτές είναι συνήθως τοπικού χαρακτήρα και συχνά δεν τεκμηριώνονται επαρκώς».

Η έρευνα αυτή αναμένεται να φωτίσει ζητήματα όπως οι συνθήκες εργασίας, οι επιπτώσεις στις τοπικές κοινωνίες και η διακυβέρνηση των περιοχών εξόρυξης, συμβάλλοντας σε μια πιο ολοκληρωμένη αξιολόγηση της βιωσιμότητας των κρίσιμων πρώτων υλών.

Παράλληλα, οι ερευνητές επισημαίνουν ότι το μεγαλύτερο μέρος της εξόρυξης και της επεξεργασίας των σπάνιων γαιών πραγματοποιείται εκτός Ευρώπης, γεγονός που καθιστά τις επιπτώσεις τους λιγότερο ορατές στους τελικούς καταναλωτές και δυσχεραίνει την ανάληψη ευθύνης σε ολόκληρη την εφοδιαστική αλυσίδα. Όπως καταδεικνύει η μελέτη, το μεγαλύτερο περιβαλλοντικό, οικονομικό και, ενδεχομένως, κοινωνικό αποτύπωμα ενός προϊόντος μπορεί να κρύβεται σε ένα συστατικό που αποτελεί μόλις ένα ελάχιστο ποσοστό της συνολικής του σύνθεσης, αλλά είναι καθοριστικής σημασίας για τη λειτουργία του.

Συγγραφή - Επιμέλεια: Συντακτική Ομάδα RAWMATHUB.GR