Истощение запасов «металлов высоких технологий» может вызвать проблемы для современного общества

Стремительное развитие технологий последних двух десятилетий имело следствием создание компактных компьютеров и смартфонов, высокоэффективных электродвигателей, турбин самолетов и многих других вещей, без которых сегодня не мыслима жизнь современного человека.

Подспорьем для таких технологических прорывов стали новые материалы, содержащие когда-то считавшиеся экзотическими d-элементы переходных металлов – тантал, рений, ниобий и иттрий, а также элементы с достраивающейся 4f- оболочкой – церий, европий, диспрозий и иттербий.

По мере того как потребители запрашивают от технологов и инженеров все более и более совершенные продукты, возникает вопрос о том, насколько запасы этих и некоторых других химических элементов смогут обеспечить устойчивое развитие высоких технологий, равно как и о том, насколько необходимо уже сейчас подбирать замену этим элементам, или же вообще – пришла пора разрабатывать альтернативные технологии и материалы.

В этих злободневных вопросах попробовали разобраться ученые Центра индустриальной экологии Йельского университета (США). На основе имеющихся литературных данных и многочисленных консультаций с инженерами и учеными материаловедами они выполнили всесторонний анализ основных областей технологического применения 62 различных металлов и возможности их замены при производстве разнообразных изделий другими элементами (см. таблицу).

Периодическая таблица возможной степени замещения данного химического элемента другим, где эта степень варьируется от 0 до 100. Здесь «0» указывает на то, что хорошие заменители существуют для всех основных видов использования, а «100» – что для любого из основных применений данного элемента не существует возможности найти адекватную замену (рисунок из Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2013, DOI: 10.1073/pnas.1312752110)

Выводы, которые на основании подобного анализа осторожно формулирует Томас Гредель (Thomas Graedel) с коллегами, нельзя назвать утешительными: для десятка различных металлов потенциал их основных видов замещения – либо недостаточен или такие аналоги заменители вообще отсутствуют. Кроме того, ни для одного из 62 металлов не удается подобрать подходящий элемент заменитель, который бы подходил для всех возможных видов технического использования исходного элемента.

Тем не менее, авторы статьи считают, что в настоящее время, пока не существует достаточного объема надежной информации еще сложно сказать, сколь скоро высокотехнологическая промышленность почувствует недостаток этих инновационных металлов.

Эндрю Бладворт (Andrew Bloodworth), научный директор по изучению минералов и их утилизации Геологической службы Великобритании в основном соглашается с выводами Гределя с соавторами, подчеркивая, что широкое применение редкоземельных металлов в настоящее время связано с тем, что для выбранных технологий они, на самом деле, являются наилучшим вариантом – простая их замена на элементы-аналоги практически всегда ведет к понижению производительности работы высокотехнологических продуктов. По мнению Бладворта, решить эти проблемы в отдаленной перспективе будет возможно путем замены самих технологий, например – переходом от тачскринов, в которых работает смешанный оксид индия-олова, к альтернативным устройствам, работающим на графене или углеродных нанотрубках.

Однако Бладворт не уверен в том, что проблема доступности «высокотехнологических металлов» в ближайшее время будет чувствоваться сколько-нибудь остро. «Мы еще не можем говорить о том, что хорошо изучили земную кору и обнаружили все пригодные для разработки месторождения лантаноидов, большая часть которых контролируется сегодня Китаем, который, по сути, и является основным регулятором цен на TR- элементы»,- заявил Бладворт.

По словам английского ученого, для положительного решения существующей проблемы с «металлами высоких технологий» необходимо не только выявить новые месторождения редких земель, но также и разработать более эффективные процессы концентрирования и извлечения этих ценных металлов из руд, а также повысить роль переработки вторичного сырья.

Источник: chemport.ru