“من القمامة إلى الكنز”.. اكتشاف عناصر نادرة تستخدم في تطبيقات الطاقة النظيفة في رماد الفحم
ملايين الأطنان من رماد الفحم المتبقي من حرق الوقود الأحفوري الأكثر تلويثاً على كوكب الأرض تقبع في البرك ومكبات النفايات، وهي قادرة على التسرب إلى المجاري المائية وتلويث التربة.
ولكن هذه النفايات السامة قد تكون أيضاً بمثابة كنز ثمين للعناصر الأرضية النادرة اللازمة لدفع العالم نحو الطاقة النظيفة.
قام العلماء بتحليل رماد الفحم من محطات الطاقة في جميع أنحاء الولايات المتحدة، ووجدوا أنه قد 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 لبحث حديث أجرته جامعة تكساس في أوستن.
قالت بريدجيت سكانلون، مؤلفة الدراسة وأستاذة الأبحاث في كلية جاكسون للعلوم الجيولوجية بجامعة تكساس، إن هذا يوفر مصدرًا محتملًا هائلاً للعناصر الأرضية النادرة المحلية دون الحاجة إلى تعدين جديد.
وأضافت: “هذا يجسد حقًا شعار “من القمامة إلى الكنز”، “نحن نحاول في الأساس إغلاق الدورة واستخدام النفايات واستعادة الموارد الموجودة في النفايات”.
من الصعب استخراجها وفصلها
هذه العناصر الأرضية النادرة هي عبارة عن مجموعة من العناصر المعدنية، التي تحمل أسماء مثل السكانديوم والنيوديميوم والإتريوم، والتي توجد في قلب الأرض، ولها دور حاسم في التكنولوجيا النظيفة، بما في ذلك المركبات الكهربائية والألواح الشمسية وطواحين الهواء.
على الرغم من اسمها، فإن هذه المعادن ليست نادرة في الطبيعة، ولكن قد يكون من الصعب استخراجها وفصلها عن الخام المحيط بها بحيث يصبح الطلب عليها أكبر من العرض.
ومع ابتعاد العالم عن الوقود الأحفوري الذي يتسبب في ارتفاع حرارة الكوكب، فسوف نحتاج إلى المزيد من المعادن النادرة.
ومن المتوقع أن يرتفع الطلب على المعادن النادرة إلى سبعة أمثال مستوياتها الحالية بحلول عام 2040، وفقاً لوكالة الطاقة الدولية.
ولكن المعروض في الولايات المتحدة يظل ضئيلا، فالمنجم الوحيد الكبير الذي تمتلكه الولايات المتحدة لاستخراج المعادن النادرة هو منجم ماونتن باس في كاليفورنيا.
وتستورد البلاد حاليا أكثر من 95% من احتياجاتها من المعادن النادرة، والتي تأتي الغالبية العظمى منها من الصين، وهو ما يفرض مشاكل تتعلق بسلسلة التوريد والأمن.
البحث عن مصادر غير تقليدية
وقالت سكانلون لشبكة سي إن إن: “نحن بحاجة إلى تحسين الوضع”، ولهذا السبب كانت هناك خطوة للبحث عن مصادر غير تقليدية للعناصر الأرضية النادرة، وأضافت: “وأحد هذه المصادر هو الفحم ومنتجات الفحم الثانوية”.
يحتوي رماد الفحم على تركيزات منخفضة نسبيًا 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 سنويًا في الولايات المتحدة.
قال دافين باجدوناس، أحد مؤلفي الدراسة والباحث العلمي في جامعة وايومنغ: “هناك كميات هائلة من هذه المواد في جميع أنحاء البلاد. وقد تم بالفعل الاهتمام بعملية الاستخراج المسبقة بالنسبة لنا”.
توصلت الدراسة إلى أن مصدر الفحم هو الذي يحدد مدى سهولة استخراج المعادن النادرة.
يحتوي رماد الفحم من حوض الآبالاش على أعلى كميات من العناصر الأرضية النادرة، ولكن لا يمكن استخراج سوى 30% منها. يحتوي رماد الفحم من حوض نهر باودر، الذي يمتد بين وايومنج ومونتانا، على أقل تركيز متوسط للعناصر، ولكن يمكن استخراج أكثر من 70% منه.
وقال بول زيمكيفيتش، مدير معهد أبحاث المياه بجامعة وست فرجينيا، والذي لم يشارك في الدراسة، إن عملية استخراج رماد الفحم قد تكون مكلفة، وأضاف لشبكة CNN أن تكاليف التعدين تحتاج إلى الموازنة بين كمية المنتج الذي يمكن استخلاصه.
وقال زيمكيفيتش “إن الأحماض والقواعد القوية ضرورية لاستخراج العناصر الأرضية النادرة، وكلاهما مكلفان”.
وأضاف، أن رماد الفحم من الغرب قد يحتوي على تركيزات أعلى من المعادن القلوية، وهو ما من شأنه أن يزيد التكاليف لأن القلوية تحيد الحمض.
كلما زادت المواد الكيميائية المطلوبة للعملية، كلما زادت التأثيرات البيئية المحتملة.
وأضاف زيمكيفيتش، أن العناصر الأرضية النادرة لا تشكل سوى نسبة ضئيلة من رماد الفحم، وبالتالي فإن استخراجها “لن يغير الحجم المطلوب للتخلص منه وتخزينه”، ويحتوي رماد الفحم على ملوثات مثل الزئبق والزرنيخ والرصاص، مما يجعله مجرى نفايات محفوفًا بالمخاطر للغاية.
تعويض تكاليف تحسين طريقة تخزين رماد الفحم
ومع ذلك، يقترح مؤلفو الدراسة أن القيمة المستمدة من استخراج المعادن الأرضية النادرة يمكن أن تستخدم لتعويض تكاليف تحسين طريقة تخزين رماد الفحم وإدارته.
في أبريل، أعلنت إدارة بايدن عن استثمار 17.5 مليون دولار في مشاريع لاستخراج المعادن النادرة من الفحم ونفاياته.
وقالت وزيرة الطاقة جينيفر جرانولم في بيان في ذلك الوقت إن التمويل “سيعزز أمننا القومي بينما يساعد في إعادة بناء قطاع التصنيع في أمريكا وتنشيط مجتمعات الطاقة والتعدين في جميع أنحاء البلاد”.
أعرب البعض عن مخاوفهم من أن تحويل رماد الفحم إلى شيء ذي قيمة يمكن أن يستخدم للدفع نحو المزيد من الفحم، وهو أسوأ أنواع الوقود الأحفوري الذي يتسبب في تسخين كوكب الأرض.
لا يقلق سكانلون كثيرًا بشأن هذا الأمرـ قال سكالون: “سنستخدم النفايات القديمة في الغالب”ـ وفقًا لوزارة الطاقة، يوجد حاليًا أكثر من 2 مليار طن من رماد الفحم مخزنة في جميع أنحاء الولايات المتحدة.
قال متحدث باسم وزارة الطاقة: “لا يوجد ما يشير إلى أن الاعتماد في المستقبل على رماد الفحم كمواد خام للمواد الأساسية سيحفز توليد الطاقة من الفحم”.
وقال سكانلون، إن الهدف الأوسع هو إيجاد طرق للحصول على مجموعة من المنتجات من الفحم بالإضافة إلى المعادن النادرة، لاستخراج القيمة منها دون حرقها.
