Prvky vzácných zemin (REE) jsou jádrem moderní technologie a pohánějí vše od větrných turbín a chytrých telefonů až po elektrická vozidla. I když nejsou v zemské kůře skutečně vzácné, jejich účinná extrakce je extrémně obtížná a nákladná. Nyní tým z Northeastern University odhalil průlomovou metodu, která by mohla způsobit revoluci v ekonomice těžby REE tím, že využije obrovské množství uhelného odpadu, který se již nahromadil po celém světě.
Problém se současnými metodami extrakce
Tradiční těžba REE se opírá o rozvoj specializovaných ložisek, což je proces, který poškozuje životní prostředí a je geograficky koncentrovaný (často v politicky nestabilních regionech). Stávající pokusy o extrakci REE z uhelné hlušiny – kalu zbylého po těžbě uhlí – byly brzděny nízkou účinností. REE jsou uzavřeny v tvrdohlavých jílových minerálech, takže jejich separace je extrémně obtížná. Tato neefektivita je kritickým úzkým hrdlem: Poptávka po REE raketově roste kvůli přechodu na čistou energii a high-tech výrobě, ale dodavatelské řetězce zůstávají křehké.
Jak nový proces funguje
Tým Northeastern University vyvinul dvoustupňový proces, který výrazně zvyšuje výtěžnost těžby. Nejprve se uhelná hlušina „vaří“ v alkalickém roztoku pod vlivem mikrovln. Tím se mění struktura minerálů obsahujících REE a jsou poréznější. Úprava kyselinou dusičnou pak oddělí REE od zbývající horniny.
Podle vědců je klíčová alkalická předúprava před kyselým louhováním. „Výsledky naznačují, že alkalická předúprava uhelné hlušiny před kyselým loužením významně ovlivňuje účinnost získávání REE s minimální výtěžností v alkalickém roztoku,“ píší. Tato kombinace poskytuje trojnásobné zvýšení účinnosti ve srovnání se stávajícími metodami.
Proč na tom záleží: rozsah a udržitelnost
Potenciální dopad je obrovský. Odhaduje se, že z každých 1,5 miliardy tun uhelného odpadu lze vytěžit více než 600 kilotun REE a asi 2 miliardy tun tohoto odpadu se nashromáždily ve Spojených státech v Pensylvánii. Nejde jen o efektivitu, ale také o přeměnu závazku (toxický odpad) v aktivum (kritické materiály).
Proces se konkrétně zaměřuje na neodym, klíčový prvek ve vysokopevnostních magnetech používaných v elektrických vozidlech, větrných turbínách a pevných discích. Toto zvýšení by snížilo závislost na tradiční těžbě, zlepšilo odolnost dodavatelského řetězce a potenciálně snížilo náklady na zelené technologie.
Zbývající problémy
Ačkoli je to slibné, rozšířené přijetí naráží na překážky. Proces těžby je stále nákladný a vyžaduje úpravy v závislosti na minerálním složení konkrétního uhelného odpadu. Kromě toho uhelná hlušina obsahuje další cenné prvky, jako je hořčík, který by měl být v ideálním případě extrahován současně, aby byla zajištěna maximální ekonomická životaschopnost. Tyto složitosti znamenají, že průmyslová implementace bude nějakou dobu trvat a bude vyžadovat další výzkum.
Průlom však představuje významný krok vpřed v odemykání obrovského, nevyužitého zdroje. Poptávka po REE se bude jen zvyšovat a tento nový přístup poskytuje „nový pohled na mechanismy uvolňování REE a potenciál pro optimalizaci alkalické předúpravy uhelného odpadu pro efektivní využití REE“.
