Αμερικανός Χημικός ενδέχεται να βρήκε λύση στο πρόβλημα των σπάνιων γαιών για τις ΗΠΑ
Μια ιστορικών διαστάσεων έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη από τον Αμερικανό James Tour, χημικό και νανοτεχνολόγο στο Πανεπιστήμιο Rice του Χιούστον, για το πώς οι ΗΠΑ μπορούν να ανατρέψουν την κυριαρχία της Κίνας στις σπάνιες γαίες.
Όπως αναφέρει ο Tour, χρειάζεται μόνο να αξιοποιηθούν τα απορρίμματα ηλεκτρονικών ειδών, από τα οποία οι ΗΠΑ διαθέτουν μεγάλες ποσότητες.
Από αυτά τα απόβλητα, ο χημικός και νανοτεχνολόγος έχει δημιουργήσει μια μέθοδο για την ταχεία εξαγωγή των σπάνιων γαιών.
«Μπορούμε να εξάγουμε το ένα μέταλλο και μετά το επόμενο», ανέφερε χαρακτηριστικά στην The Epoch Times. «Είναι πραγματικά τόσο απλό».
Η λύση του Tour είναι η μέθοδος flash Joule heating: η ταχεία θέρμανση των υλικών σε χιλιάδες βαθμούς Κελσίου για να εξατμιστούν τα μέταλλα.
Αντικαθιστώντας τα αέρια με χλώριο, οι αναθυμιάσεις μετατρέπονται σε χλωρίδια που εξάγονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Όπως εξήγησε ο ίδιος, η τεχνική λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο που λειτουργεί και μια λάμπα πυρακτώσεως, περνώντας ρεύμα μέσα από το πρώτο υλικό.
Ωστόσο, αντί να υπάρχει συνεχής ηλεκτρικό ρεύμα που δημιουργεί μία αδιάκοπη λάμψη, στην επεξεργασία των μετάλλων η ενέργεια φτάνει σε μικρές εκρήξεις, αυξάνοντας τη θερμότητα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.
«Τα μέταλλα είναι άπειρα ανακυκλώσιμα», είπε.
Αν και η παραδοσιακή μέθοδος εξαγωγής μετάλλων θεωρείται «ακατάστατη», ο Tour αναφέρει πως η μέθοδος που προτείνει είναι απλή και άμεση — «Το φλας και τελειώσαμε».
Ο συναγερμός για την ανάκτηση της παραγωγής σπάνιων γαιών
Η ανάγκη για ταχεία δράση είναι πιο επιτακτική από ποτέ.
Οι ΗΠΑ βρίσκονται σε έναν αγώνα δρόμου για να επαναφέρουν την παραγωγή σπάνιων γαιών εντός συνόρων, εν μέρει λόγω της απειλής της Κίνας τον Οκτώβριο να περιορίσει δραματικά την πρόσβαση σε αυτά τα κρίσιμα υλικά.
Η Ουάσιγκτον έχει τώρα ένα μικρό παράθυρο χρόνου για να κλείσει την ψαλίδα.
Η δημιουργία μιας εξόρυξης μπορεί να απαιτήσει έως και 15 χρόνια.
Ο Tour πιστεύει ότι η τεχνολογία του θα μπορούσε να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία. «Θα μας έδινε ένα σχέδιο για να γίνουμε ανεξάρτητοι», ανέφερε.
«Μπορείτε να ξεκινήσετε αυτή τη διαδικασία με μερικές δεκάδες εκατομμύρια δολάρια. Δεν είναι και πολλά όταν πρόκειται για αυτό το είδος παραγωγής», προσέθεσε.
Η Κίνα κατέχει την πρωτοκαθεδρία στις σπάνιες γαίες
Οι σπάνιες γαίες, μια υποομάδα 17 κρίσιμων ορυκτών, είναι απαραίτητα συστατικά για τα ηλεκτρικά οχήματα, τις ανεμογεννήτριες, τα smartphones και τα πυραυλικά συστήματα.
Η Κίνα βρίσκεται στο κέντρο αυτής της παγκόσμιας παραγωγικής αλυσίδας, παράγοντας πάνω από το 90% των παγκόσμιων μαγνητών σπάνιων γαιών, σύμφωνα με δεδομένα του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας.
Η Κίνα είναι επίσης ο μοναδικός προμηθευτής για ορισμένα στοιχεία, όπως το samarium, που χρησιμοποιείται σε μαχητικά αεροσκάφη και πυρηνικούς αντιδραστήρες λόγω της υψηλής ανθεκτικότητάς του σε θερμότητα.
Η κυριαρχία αυτή προήλθε από δεκαετίες στρατηγικών επενδύσεων, γενναιόδωρων κρατικών επιδοτήσεων και επιθετικών χειρισμών της αγοράς που περιόρισαν τον ξένο ανταγωνισμό.
Αλλά και οι αποφάσεις στις ΗΠΑ συνέβαλαν σε αυτή την κατάσταση.
Μέχρι το 1991, οι ΗΠΑ ήταν ο ηγέτης στην παραγωγή σπάνιων γαιών, με το Mountain Pass Mine στην Καλιφόρνια να παρέχει το μεγαλύτερο μέρος της παγκόσμιας παραγωγής.
Όμως, τα περιβαλλοντικά προβλήματα ανάγκασαν το ορυχείο να κλείσει για αρκετά χρόνια, ενώ η Κίνα άρχισε να ενδυναμώνεται στον τομέα.
Παρά τις αντιρρήσεις του Πενταγώνου, η κυβέρνηση των ΗΠΑ ενέκρινε την πώληση της εταιρείας Magnequench, ηγέτη στην παραγωγή μαγνητών σπάνιων γαιών, σε κινεζική εταιρεία το 1995, παραδίδοντας ουσιαστικά κρίσιμη αμυντική τεχνολογία στην Κίνα.
Το 2004, η Magnequench έκλεισε το εργοστάσιο της στην Ιντιάνα και μετακόμισε τις δραστηριότητές της στην Κίνα, ενώ το Πεκίνο άρχισε να επιβάλει φόρους στις εξαγωγές σπάνιων γαιών το επόμενο έτος.
Δύο δεκαετίες αργότερα, οι ΗΠΑ εξαρτώνται από τα κινεζικά ορυκτά.
«Δεν συνειδητοποιήσαμε ότι πουλάγαμε κάτι που τελικά αποδείχθηκε πολύ σημαντικό για τη χώρα μας», δήλωσε ο Tour.
Απόβλητα που γίνονται θησαυρός
Από το 1976, οι ΗΠΑ είχαν νόμο για τη ρύθμιση της διάθεσης απορριμμάτων ηλεκτρονικών.
Τα χρόνια που ακολούθησαν, τα απορρίμματα ηλεκτρονικών αυξήθηκαν δραματικά, δημιουργώντας μια ολόκληρη βιομηχανία ανακύκλωσης που ακόμα προσπαθεί να συμβαδίσει με τις ανάγκες.
Αυτή τη στιγμή, τα ηλεκτρονικά απόβλητα είναι ο ταχύτερα αναπτυσσόμενος τύπος αποβλήτων, αυξανόμενα πέντε φορές πιο γρήγορα από την ανακύκλωση, σύμφωνα με τον ΟΗΕ.
Οι ΗΠΑ παρήγαγαν 7,2 εκατομμύρια τόνους ηλεκτρονικών αποβλήτων το 2022 — περίπου το ένα όγδοο του παγκόσμιου συνόλου, σύμφωνα με τα τελευταία δεδομένα του ΟΗΕ.
Αυτό αντιστοιχεί σε περίπου 46 λίβρες για κάθε Αμερικανό.
«Έχουμε αυτούς τους όγκους απορριμμάτων που μπορούμε να αξιοποιήσουμε, και έχουμε συνεχώς βουνά από εκτυπωμένα κυκλώματα», ανέφερε ο Tour.
Η μέθοδός του μπορεί να μετατρέψει αυτό το αυξανόμενο πρόβλημα αποβλήτων σε έναν πραγματικό «θησαυρό».
Ο Lucas Eddy, υπεύθυνος ανάπτυξης τεχνολογίας για την εταιρεία Flash Metals USA του Metallium, δήλωσε ότι πλέον βλέπει την ιδέα να υλοποιείται στην πράξη.
«Ο πραγματικός λόγος που ένα απόβλητο προϊόν θεωρείται απόβλητο, δεν είναι επειδή είναι κακό, αλλά επειδή δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί», είπε ο Eddy στην The Epoch Times.
Αυτή είναι η στιγμή που η μέθοδος του flash Joule heating δείχνει την αξία της.
Η καινοτομία στην ανακύκλωση
Η μέθοδος Joule heating — η οποία χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα για τη θέρμανση ενός αγωγού και την παραγωγή θερμότητας — υπάρχει από τη δεκαετία του 1840.
Σήμερα είναι βασικό χαρακτηριστικό των οικιακών συσκευών, όπως οι τοστιέρες, οι ηλεκτρικοί θερμοσίφωνες, οι φούρνοι και οι σεσουάρ.
Αλλά μέχρι τώρα, κανείς δεν είχε σκεφτεί να τη χρησιμοποιήσει για τα ηλεκτρονικά απόβλητα.
Η ιδέα του Tour γεννήθηκε όταν διάβασε μια επιστημονική εργασία που περιέγραφε τη χρήση της τεχνικής flash Joule heating για τη δημιουργία μεταλλικών νανοσωματιδίων.
Η ομάδα των ερευνητών αρχικά δοκίμασε την τεχνική στον άνθρακα και ανακάλυψε ότι ήταν ένας γρήγορος και οικονομικός τρόπος για να δημιουργηθεί γραφένιο υψηλής ποιότητας.
Στη συνέχεια, άρχισαν να εξετάζουν τη δυνατότητά της στην εξαγωγή των τόσο αναγκαίων σπάνιων γαιών.
Ο Eddy, απόφοιτος του εργαστηρίου Tour το 2025, συμμετείχε στο πρότζεκτ στις αρχές του 2021 καθώς άρχισε αυτή η αλλαγή.
«Είναι πραγματική χημεία σε δράση», είπε. «Βλέπεις ένα ουράνιο τόξο από χρώματα να αναδύεται».
www.bankingnews.gr
Όπως αναφέρει ο Tour, χρειάζεται μόνο να αξιοποιηθούν τα απορρίμματα ηλεκτρονικών ειδών, από τα οποία οι ΗΠΑ διαθέτουν μεγάλες ποσότητες.
Από αυτά τα απόβλητα, ο χημικός και νανοτεχνολόγος έχει δημιουργήσει μια μέθοδο για την ταχεία εξαγωγή των σπάνιων γαιών.
«Μπορούμε να εξάγουμε το ένα μέταλλο και μετά το επόμενο», ανέφερε χαρακτηριστικά στην The Epoch Times. «Είναι πραγματικά τόσο απλό».
Η λύση του Tour είναι η μέθοδος flash Joule heating: η ταχεία θέρμανση των υλικών σε χιλιάδες βαθμούς Κελσίου για να εξατμιστούν τα μέταλλα.
Αντικαθιστώντας τα αέρια με χλώριο, οι αναθυμιάσεις μετατρέπονται σε χλωρίδια που εξάγονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Όπως εξήγησε ο ίδιος, η τεχνική λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο που λειτουργεί και μια λάμπα πυρακτώσεως, περνώντας ρεύμα μέσα από το πρώτο υλικό.
Ωστόσο, αντί να υπάρχει συνεχής ηλεκτρικό ρεύμα που δημιουργεί μία αδιάκοπη λάμψη, στην επεξεργασία των μετάλλων η ενέργεια φτάνει σε μικρές εκρήξεις, αυξάνοντας τη θερμότητα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.
«Τα μέταλλα είναι άπειρα ανακυκλώσιμα», είπε.
Αν και η παραδοσιακή μέθοδος εξαγωγής μετάλλων θεωρείται «ακατάστατη», ο Tour αναφέρει πως η μέθοδος που προτείνει είναι απλή και άμεση — «Το φλας και τελειώσαμε».
Ο συναγερμός για την ανάκτηση της παραγωγής σπάνιων γαιών
Η ανάγκη για ταχεία δράση είναι πιο επιτακτική από ποτέ.
Οι ΗΠΑ βρίσκονται σε έναν αγώνα δρόμου για να επαναφέρουν την παραγωγή σπάνιων γαιών εντός συνόρων, εν μέρει λόγω της απειλής της Κίνας τον Οκτώβριο να περιορίσει δραματικά την πρόσβαση σε αυτά τα κρίσιμα υλικά.
Η Ουάσιγκτον έχει τώρα ένα μικρό παράθυρο χρόνου για να κλείσει την ψαλίδα.
Η δημιουργία μιας εξόρυξης μπορεί να απαιτήσει έως και 15 χρόνια.
Ο Tour πιστεύει ότι η τεχνολογία του θα μπορούσε να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία. «Θα μας έδινε ένα σχέδιο για να γίνουμε ανεξάρτητοι», ανέφερε.
«Μπορείτε να ξεκινήσετε αυτή τη διαδικασία με μερικές δεκάδες εκατομμύρια δολάρια. Δεν είναι και πολλά όταν πρόκειται για αυτό το είδος παραγωγής», προσέθεσε.
Η Κίνα κατέχει την πρωτοκαθεδρία στις σπάνιες γαίες
Οι σπάνιες γαίες, μια υποομάδα 17 κρίσιμων ορυκτών, είναι απαραίτητα συστατικά για τα ηλεκτρικά οχήματα, τις ανεμογεννήτριες, τα smartphones και τα πυραυλικά συστήματα.
Η Κίνα βρίσκεται στο κέντρο αυτής της παγκόσμιας παραγωγικής αλυσίδας, παράγοντας πάνω από το 90% των παγκόσμιων μαγνητών σπάνιων γαιών, σύμφωνα με δεδομένα του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας.
Η Κίνα είναι επίσης ο μοναδικός προμηθευτής για ορισμένα στοιχεία, όπως το samarium, που χρησιμοποιείται σε μαχητικά αεροσκάφη και πυρηνικούς αντιδραστήρες λόγω της υψηλής ανθεκτικότητάς του σε θερμότητα.
Η κυριαρχία αυτή προήλθε από δεκαετίες στρατηγικών επενδύσεων, γενναιόδωρων κρατικών επιδοτήσεων και επιθετικών χειρισμών της αγοράς που περιόρισαν τον ξένο ανταγωνισμό.
Αλλά και οι αποφάσεις στις ΗΠΑ συνέβαλαν σε αυτή την κατάσταση.
Μέχρι το 1991, οι ΗΠΑ ήταν ο ηγέτης στην παραγωγή σπάνιων γαιών, με το Mountain Pass Mine στην Καλιφόρνια να παρέχει το μεγαλύτερο μέρος της παγκόσμιας παραγωγής.
Όμως, τα περιβαλλοντικά προβλήματα ανάγκασαν το ορυχείο να κλείσει για αρκετά χρόνια, ενώ η Κίνα άρχισε να ενδυναμώνεται στον τομέα.
Παρά τις αντιρρήσεις του Πενταγώνου, η κυβέρνηση των ΗΠΑ ενέκρινε την πώληση της εταιρείας Magnequench, ηγέτη στην παραγωγή μαγνητών σπάνιων γαιών, σε κινεζική εταιρεία το 1995, παραδίδοντας ουσιαστικά κρίσιμη αμυντική τεχνολογία στην Κίνα.
Το 2004, η Magnequench έκλεισε το εργοστάσιο της στην Ιντιάνα και μετακόμισε τις δραστηριότητές της στην Κίνα, ενώ το Πεκίνο άρχισε να επιβάλει φόρους στις εξαγωγές σπάνιων γαιών το επόμενο έτος.
Δύο δεκαετίες αργότερα, οι ΗΠΑ εξαρτώνται από τα κινεζικά ορυκτά.
«Δεν συνειδητοποιήσαμε ότι πουλάγαμε κάτι που τελικά αποδείχθηκε πολύ σημαντικό για τη χώρα μας», δήλωσε ο Tour.
Απόβλητα που γίνονται θησαυρός
Από το 1976, οι ΗΠΑ είχαν νόμο για τη ρύθμιση της διάθεσης απορριμμάτων ηλεκτρονικών.
Τα χρόνια που ακολούθησαν, τα απορρίμματα ηλεκτρονικών αυξήθηκαν δραματικά, δημιουργώντας μια ολόκληρη βιομηχανία ανακύκλωσης που ακόμα προσπαθεί να συμβαδίσει με τις ανάγκες.
Αυτή τη στιγμή, τα ηλεκτρονικά απόβλητα είναι ο ταχύτερα αναπτυσσόμενος τύπος αποβλήτων, αυξανόμενα πέντε φορές πιο γρήγορα από την ανακύκλωση, σύμφωνα με τον ΟΗΕ.
Οι ΗΠΑ παρήγαγαν 7,2 εκατομμύρια τόνους ηλεκτρονικών αποβλήτων το 2022 — περίπου το ένα όγδοο του παγκόσμιου συνόλου, σύμφωνα με τα τελευταία δεδομένα του ΟΗΕ.
Αυτό αντιστοιχεί σε περίπου 46 λίβρες για κάθε Αμερικανό.
«Έχουμε αυτούς τους όγκους απορριμμάτων που μπορούμε να αξιοποιήσουμε, και έχουμε συνεχώς βουνά από εκτυπωμένα κυκλώματα», ανέφερε ο Tour.
Η μέθοδός του μπορεί να μετατρέψει αυτό το αυξανόμενο πρόβλημα αποβλήτων σε έναν πραγματικό «θησαυρό».
Ο Lucas Eddy, υπεύθυνος ανάπτυξης τεχνολογίας για την εταιρεία Flash Metals USA του Metallium, δήλωσε ότι πλέον βλέπει την ιδέα να υλοποιείται στην πράξη.
«Ο πραγματικός λόγος που ένα απόβλητο προϊόν θεωρείται απόβλητο, δεν είναι επειδή είναι κακό, αλλά επειδή δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί», είπε ο Eddy στην The Epoch Times.
Αυτή είναι η στιγμή που η μέθοδος του flash Joule heating δείχνει την αξία της.
Η καινοτομία στην ανακύκλωση
Η μέθοδος Joule heating — η οποία χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα για τη θέρμανση ενός αγωγού και την παραγωγή θερμότητας — υπάρχει από τη δεκαετία του 1840.
Σήμερα είναι βασικό χαρακτηριστικό των οικιακών συσκευών, όπως οι τοστιέρες, οι ηλεκτρικοί θερμοσίφωνες, οι φούρνοι και οι σεσουάρ.
Αλλά μέχρι τώρα, κανείς δεν είχε σκεφτεί να τη χρησιμοποιήσει για τα ηλεκτρονικά απόβλητα.
Η ιδέα του Tour γεννήθηκε όταν διάβασε μια επιστημονική εργασία που περιέγραφε τη χρήση της τεχνικής flash Joule heating για τη δημιουργία μεταλλικών νανοσωματιδίων.
Η ομάδα των ερευνητών αρχικά δοκίμασε την τεχνική στον άνθρακα και ανακάλυψε ότι ήταν ένας γρήγορος και οικονομικός τρόπος για να δημιουργηθεί γραφένιο υψηλής ποιότητας.
Στη συνέχεια, άρχισαν να εξετάζουν τη δυνατότητά της στην εξαγωγή των τόσο αναγκαίων σπάνιων γαιών.
Ο Eddy, απόφοιτος του εργαστηρίου Tour το 2025, συμμετείχε στο πρότζεκτ στις αρχές του 2021 καθώς άρχισε αυτή η αλλαγή.
«Είναι πραγματική χημεία σε δράση», είπε. «Βλέπεις ένα ουράνιο τόξο από χρώματα να αναδύεται».
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών