استخلاص المعادن الأرضية النادرة من النفايات بنسبة 90 بالمئة
توصل فريق من الباحثين إلى طريقة مبتكرة لـ استخلاص المعادن الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية، ما يدر عوائد بيئية واقتصادية كبيرة مقارنةً بطرق إعادة التدوير التقليدية، حيث تستهلك إعادة التدوير التقليدية للمعادن الأرضية النادرة (REEs) طاقة كبيرة وتُنتج نفايات سامة.
بديل مستدام للتعدين
وكشف فريق من الباحثين بقيادة جيمس تور وشيشين شو من جامعة رايس الأميركية، عن تقنية التسخين الكهربائي فائق السرعة، المعروفة بـ”تأثير جول”، لاستعادة المعادن الأرضية النادرة من النفايات الصناعية؛ ما يوفر بديلًا مستدامًا للتعدين، ويعزز الاقتصاد الدائري، ويُقلل من الآثار البيئية.
وتعتمد هذه التقنية على رفع درجات حرارة المواد بسرعة إلى آلاف الدرجات في ملي ثانية، ويُضاف إليها غاز الكلور لاستخراج المعادن الأرضية النادرة في ثوانٍ.
طريقة استخلاص المعادن الأرضية النادرة من النفايات
وبحسب الدراسة التي نُشرت في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS)- دمج الباحثون تقنية التسخين الكهربائي فائق السرعة مع غاز الكلور؛ ما مكنهم من إزالة المعادن الأرضية غير النادرة بصورة انتقائية من النفايات المغناطيسية.
وأفادت الدراسة بأن فاعلية هذه الطريقة لا تقتصر على تقليل الوقت المستغرق مقارنةً بالطرق التقليدية فحسب، بل إنها تتجنّب أيضًا استعمال الماء أو الأحماض، وهو أمر لم يكن يُعتقد سابقًا أنه ممكن.
عمليًا يتبخر الحديد والكوبالت والمعادن الأرضية غير النادرة الأخرى أولًا، تاركة وراءها أكاسيد المعادن الأرضية النادرة، واختبر الفريق ذلك على النفايات المغناطيسية المصنوعة من النيوديميوم والحديد والبورون والساماريوم والكوبالت.
ومن خلال التحكم الدقيق في درجات الحرارة في غضون ثوانٍ، تحولت المعادن الأرضية غير النادرة إلى كلوريدات متطايرة، وانفصلت بشكل نظيف عن العناصر الأرضية النادرة الصلبة.
ويتماشى هذا النهج مع جهود الولايات المتحدة لتعزيز إمدادات المعادن المحلية، وتقليل الاعتماد على واردات المواد الحيوية.
وقال المؤلف الرئيس للدراسة، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة رايس، شيشين شو: “الميزة الديناميكية الحرارية جعلت العملية فاعلة ونظيفة في آنٍ واحد”.
نتائج استخلاص المعادن الأرضية النادرة من النفايات
واستكملت التجارب المعملية بتقييمات دورة الحياة (LCA) والتحليلات التقنية والاقتصادية (TEA)؛ إذ حقق الفريق نسبة نقاء وإنتاجية تتجاوز90 بالمئة لاستعادة المعادن الأرضية النادرة في خطوة واحدة.
وأظهرت نتائج تقييم دورة الحياة والتحليلات التقنية والاقتصادية انخفاضًا بنسبة 87 بالمئة في استهلاك الطاقة، وانخفاضًا بنسبة 84 بالمئة في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وانخفاضًا بنسبة 54 بالمئة في تكاليف التشغيل مقارنةً بالتعدين المائي.
وتتيح هذه العملية فائقة السرعة بناء وحدات إعادة تدوير صغيرة أو كبيرة بالقرب من نقاط جمع النفايات الإلكترونية.
وقال المؤلف المراسل للدراسة جيمس تور: “لقد أثبتنا أنه يُمكننا استعادة المعادن الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية في ثوانٍ مع الحد الأدنى من البصمة البيئية”.
وتابع: “إنها القفزة النوعية التي نحتاج إليها لتأمين سلسلة إمداد مرنة ودائرية”، مشيرًا إلى أن “النتائج تُظهر أن هذا أكثر من مجرد تمرين أكاديمي.. إنه مسار صناعي قابل للتطبيق”.
ومنحت جامعة رايس ترخيص الملكية الفكرية لشركة “فلاش ميتالز يو إس إيه” (Flash Metals USA)، وهي شركة ناشئة من تكساس تخطط لدخول مرحلة الإنتاج بحلول الربع الأول من عام 2026، بحسب ما نقلته منصة “إنترستينغ إنجينيرينغ” (Interesting Engineering).