كنز العناصر النادرة في رماد الفحم المتخلف

اكتشاف المعادن النادرة في رماد الفحم

تقبع ملايين الأطنان من رماد الفحم المتبقي من حرق أقذر أنواع الوقود الأحفوري على كوكب الأرض في البرك ومطامر النفايات، وهي قادرة على التسرب إلى المجاري المائية وتلويث التربة. ولكن هذه النفايات السامة قد تكون أيضًا كنزًا دفينًا للعناصر الأرضية النادرة اللازمة لدفع العالم نحو الطاقة النظيفة.

تحليل رماد الفحم ومحتواه من العناصر النادرة

قام العلماء بتحليل رماد الفحم من محطات توليد الطاقة في جميع أنحاء الولايات المتحدة ووجدوا أنه يمكن أن يحتوي على ما يصل إلى 11 مليون طن من العناصر الأرضية النادرة - ما يقرب من ثمانية أضعاف الكمية التي تمتلكها الولايات المتحدة في الاحتياطيات المحلية - بقيمة حوالي 8.4 مليار دولار، وفقًا لـ بحث حديث بقيادة جامعة تكساس في أوستن.

فوائد استعادة العناصر النادرة من النفايات

قالت بريدجيت سكانلون، مؤلفة الدراسة وأستاذة الأبحاث في كلية جاكسون لعلوم الأرض في جامعة تكساس في أوستن، إن هذا يوفر مصدرًا محتملًا ضخمًا للعناصر الأرضية النادرة المحلية دون الحاجة إلى تعدين جديد. وقالت: "هذا يجسد حقًا شعار "تحويل القمامة إلى كنز". "نحن نحاول بشكل أساسي إغلاق الدورة واستخدام النفايات واستعادة الموارد الموجودة في النفايات."

أهمية العناصر الأرضية النادرة في التكنولوجيا النظيفة

هذه العناصر المسماة بالتربة النادرة هي مجموعة من العناصر المعدنية التي تحمل أسماء مثل السكانديوم والنيوديميوم والإيتريوم، والتي توجد في باطن الأرض. ولها دور حاسم في التكنولوجيا النظيفة، بما في ذلك السيارات الكهربائية والألواح الشمسية وتوربينات الرياح.

على الرغم من اسمها، فإن هذه المعادن ليست نادرة في الطبيعة، ولكن قد يكون من الصعب استخراجها وفصلها عن الخام الذي يحيط بها بحيث يفوق الطلب عليها العرض.

التحديات المرتبطة بإمدادات العناصر النادرة

فمع ابتعاد العالم عن الوقود الأحفوري الذي يسخّن الكوكب، ستكون هناك حاجة إلى المزيد من المعادن الأرضية النادرة. ومن [المتوقع أن يرتفع الطلب على هذه المعادن إلى سبعة أضعاف المستويات الحالية بحلول عام 2040، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية.

اعتماد الولايات المتحدة على استيراد المعادن النادرة

ومع ذلك، لا تزال إمدادات الولايات المتحدة قليلة. فمنجمها الوحيد واسع النطاق للأتربة النادرة هو منجم ماونتن باس في كاليفورنيا. تستورد البلاد حاليًا أكثر من 95% من عناصرها الأرضية النادرة، وتأتي الغالبية العظمى منها من الصين، مما يطرح مشاكل في سلسلة الإمداد والأمن.

البحث عن مصادر غير تقليدية للعناصر النادرة

وقال سكانلون لشبكة CNN: "نحن بحاجة إلى تحسين الوضع". وقالت إنه لهذا السبب كان هناك تحرك للبحث عن مصادر غير تقليدية للأتربة النادرة، "وأحد هذه المصادر هو الفحم والمنتجات الثانوية للفحم."

عمليات استخراج العناصر النادرة من رماد الفحم

يحتوي رماد الفحم على تركيزات منخفضة نسبياً من العناصر الأرضية النادرة مقارنة بما يمكن استخراجه مباشرة من الرواسب الجوفية. والميزة هي أنه متاح بسهولة. يتم إنتاج حوالي 70 مليون طن من رماد الفحم كل عام في الولايات المتحدة.

تحديد مواقع الفحم وتأثيرها على الاستخراج

"هناك كميات هائلة من هذه المادة في جميع أنحاء البلاد. كما أن عملية الاستخراج الأولية... متوفرة بالفعل بالنسبة لنا"، كما قال دافين باغدوناس، وهو مؤلف مشارك في الدراسة وعالم أبحاث في جامعة وايومنغ.

ووجدت الدراسة أن المكان الذي يأتي منه الفحم يحدد مدى سهولة استخراج التربة النادرة.

يحتوي رماد الفحم من حوض الأبلاش على أعلى كميات من العناصر الأرضية النادرة، ولكن يمكن استخراج 30% فقط. يحتوي رماد الفحم من حوض نهر باودر، الذي يمتد بين ولايتي وايومنغ ومونتانا، على أقل متوسط تركيز للعناصر ولكن يمكن استخراج أكثر من 70% منه.

التكاليف والآثار البيئية لاستخراج العناصر النادرة

قال بول زيمكيفيتش، مدير معهد أبحاث المياه في جامعة ويست فيرجينيا الذي لم يشارك في الدراسة، إن عملية الاستخراج من رماد الفحم قد تكون مكلفة. وقال لـ CNN إنه يجب موازنة تكاليف التعدين مقابل كمية المنتج التي يمكن استخلاصها.

"هناك حاجة إلى أحماض وقواعد قوية لاستخراج العناصر الأرضية النادرة. وكلاهما مكلف." قال زيمكيفيتش. وأضاف أن رماد الفحم من الغرب يمكن أن يحتوي على تركيزات أعلى من المعادن القلوية، وهو ما سيزيد من التكاليف لأن القلوية تعادل الحمض.

وكلما زادت المواد الكيميائية المطلوبة للعملية، زادت الآثار البيئية المحتملة.

الاستثمار في استخراج العناصر النادرة

كما أضاف زيمكيفيتش أن العناصر الأرضية النادرة لا تشكل سوى نسبة ضئيلة من رماد الفحم، لذا فإن استخراجها "لن يغير من الحجم الذي يتطلب التخلص منه وتخزينه". ويحتوي رماد الفحم على ملوثات مثل الزئبق والزرنيخ والرصاص، مما يجعله مجرى نفايات محفوف بالمخاطر.

ومع ذلك، يشير مؤلفو الدراسة إلى أن القيمة الناتجة عن استخراج المعادن الأرضية النادرة يمكن استخدامها لتعويض تكاليف تحسين طريقة تخزين رماد الفحم وإدارته.

استثمار الحكومة الأمريكية في مشاريع الاستخراج

في أبريل/نيسان، أعلنت إدارة بايدن عن استثمار 17.5 مليون دولار في مشاريع لاستخراج العناصر الأرضية النادرة من الفحم ونفاياته.

وقالت وزيرة الطاقة جينيفر جرانهولم في بيان في ذلك الوقت إن هذا التمويل "سيزيد من أمننا القومي بينما يساعد في إعادة بناء قطاع التصنيع الأمريكي وتنشيط مجتمعات الطاقة والتعدين في جميع أنحاء البلاد".

المخاوف من استخدام رماد الفحم كمصدر للطاقة

وقد أعرب البعض عن مخاوفهم من أن تحويل رماد الفحم إلى شيء ذي قيمة قد يُستخدم للدفع نحو المزيد من الفحم، وهو أقذر أنواع الوقود الأحفوري الذي يعمل على تدفئة الكوكب.

الهدف من استعادة القيمة من الفحم

وهو أمر لا يقلق سكانلون كثيرًا. قال سكانلون: "سنستخدم النفايات القديمة في معظمها". يوجد حاليًا أكثر من 2 مليار طن من رماد الفحم المخزن في جميع أنحاء الولايات المتحدة، وفقًا لوزارة الطاقة. وقال متحدث باسم وزارة الطاقة: "لا يوجد ما يشير إلى أن الاعتماد المستقبلي على رماد الفحم كمادة وسيطة للمواد الحيوية سيحفز طاقة الفحم".

وقال سكانلون إن الهدف الأوسع نطاقًا هو إيجاد طرق للحصول على مجموعة من المنتجات من الفحم بالإضافة إلى المواد الأرضية النادرة، لاستخراج قيمة منه دون حرقه.