عملية إعادة تدوير جديدة للعناصر الأرضية النادرة لتحسين التكنولوجيا الخضراء وتعزيز الحياد الكربوني

في دراسة حديثة نُشرت في مجلة Engineering ، كشف باحثون من جامعة كيوتو عن طريقة جديدة لفصل وإعادة تدوير العناصر الأرضية النادرة بكفاءة من المغناطيسات التي انتهت صلاحيتها.

تعد هذه العملية المبتكرة، المعروفة باسم عملية الاستخلاص الانتقائي والتبخير والتحليل الكهربائي، بتطوير تكنولوجيا إعادة التدوير بشكل كبير ودعم الجهود العالمية نحو الحياد الكربوني.

تُعَد العناصر الأرضية النادرة، وخاصة النيوديميوم (Nd) والديسبروسيوم (Dy)، مكونات أساسية في المغناطيسات عالية الأداء المستخدمة في مختلف التقنيات الخضراء، بما في ذلك المركبات الكهربائية وطواحين الهواء. 

مع الارتفاع الكبير في الطلب على هذه التقنيات، أصبح إعادة تدوير هذه المواد الحيوية بكفاءة أمرًا بالغ الأهمية. وتلبي عملية SEEE الجديدة هذه الحاجة من خلال تقديم بديل عالي الكفاءة وصديق للبيئة لتقنيات الهيدروميتالورجية التقليدية.

وتستكشف الدراسة، التي قادها البروفيسور توشيوكي نوهيرا وفريقه في معهد الطاقة المتقدمة بجامعة كيوتو، كيف يمكن لهذه العملية الجديدة أن تحول عملية إعادة تدوير مغناطيسات النيوديميوم، والتي تستخدم على نطاق واسع في التقنيات الموفرة للطاقة.

غالبًا ما تنطوي طرق إعادة التدوير التقليدية على عمليات معقدة وتستهلك الكثير من الطاقة ولها تأثير بيئي كبير. وعلى النقيض من ذلك، تم تصميم عملية SEEE لتكون أكثر استدامة ودقة.

تتضمن عملية SEEE ثلاث مراحل رئيسية:

1. الاستخلاص الانتقائي: باستخدام خليط من الملح المنصهر، بما في ذلك كلوريد الكالسيوم (CaCl ₂ ) وكلوريد المغنيسيوم (MgCl ₂ )، تستخرج هذه العملية العناصر الأرضية النادرة من قصاصات المغناطيس. تساعد إضافة فلوريد الكالسيوم (CaF ₂ ) في التحكم في خسائر التبخر وتحسين كفاءة الاستخلاص.
2. التبخر الانتقائي: بعد ذلك تقوم العملية بإزالة أي عوامل استخلاص أو منتجات ثانوية متبقية، مما يؤدي إلى تركيز العناصر الأرضية النادرة.
3. التحليل الكهربائي الانتقائي: أخيرًا، يتم فصل العناصر الأرضية النادرة المستخرجة كهروكيميائيًا بناءً على إمكانات تكوينها المختلفة. تتيح هذه الخطوة استعادة معادن Nd وDy عالية النقاء.

نتائج هذه الدراسة واعدة. فقد حققت عملية SEEE معدلات استرداد بلغت 96% لـ Nd و91% لـ Dy، حيث بلغ كلا المعدنين نقاءً يتجاوز 90%. إن هذا المستوى من الكفاءة والدقة في فصل وإعادة تدوير هذه العناصر الحرجة يمثل تقدمًا كبيرًا مقارنة بالطرق الحالية.

الآثار المترتبة على هذا البحث بعيدة المدى. فمع استمرار نمو الطلب على المركبات الكهربائية ومصادر الطاقة المتجددة ، تزداد الحاجة إلى حلول إعادة تدوير فعّالة.

ويمكن لعملية SEEE أن تلعب دوراً محورياً في ضمان إمدادات مستقرة من العناصر الأرضية النادرة مع الحد من الاعتماد على أنشطة التعدين الجديدة، والتي غالباً ما تكون لها تكاليف بيئية كبيرة.

علاوة على ذلك، لا تقتصر عملية SEEE على إعادة تدوير مغناطيسات النيوديميوم، ويعتقد الباحثون أنه يمكن تكييفها لتطبيقات أخرى، مثل إعادة معالجة الوقود النووي، مما يوسع تأثيرها المحتمل عبر قطاعات مختلفة.

ورغم أن عملية SEEE أثبتت إمكانات كبيرة، فإن الباحثين يعترفون بأن هناك حاجة إلى مزيد من التحقيقات الفنية لدمجها بالكامل في التطبيقات الصناعية، ومع ذلك، فإن النتائج الأولية تمثل خطوة مهمة إلى الأمام في مجال إعادة تدوير المواد والاستدامة البيئية.

وتسلط الدراسة الضوء على الدور الحاسم الذي تلعبه البحوث المتقدمة في تطوير الحلول التي تتماشى مع الأهداف البيئية العالمية.

ومع تحرك العالم نحو مستقبل أكثر استدامة، فإن الابتكارات مثل عملية SEEE ضرورية للتغلب على التحديات المرتبطة بإعادة تدوير العناصر الأرضية النادرة ودعم التحول الأوسع إلى التقنيات الخالية من الكربون.