อนาคตของการขุดธาตุหายากอย่างยั่งยืน
ธาตุหายากคืออะไร และพบได้ที่ใด? ธาตุหายาก (REEs) ประกอบด้วยธาตุโลหะ 17 ชนิด ซึ่งประกอบด้วยแลนทาไนด์ 15 ชนิดตามตารางธาตุ: ธาตุส่วนใหญ่นั้นไม่ได้หายากอย่างที่ชื่อกลุ่มบ่งบอก แต่ถูกตั้งชื่อในศตวรรษที่ 18 และ 19 เมื่อเปรียบเทียบกับธาตุ "ดิน" อื่นๆ ทั่วไป เช่น ปูนขาวและแมกนีเซีย ซีเรียมเป็น REE ที่พบมากที่สุดและมีมากกว่าทองแดงหรือตะกั่ว อย่างไรก็ตาม ในแง่ธรณีวิทยา REE มักไม่ค่อยพบในแหล่งแร่ที่มีความเข้มข้น เนื่องจากชั้นถ่านหินทำให้การขุด REE ประสบความยากลำบากทางเศรษฐกิจ แต่กลับพบในหินประเภทที่หายาก 4 ประเภทหลัก ได้แก่ หินคาร์บอเนต ซึ่งเป็นหินอัคนีที่หายากซึ่งเกิดจากแมกมาที่มีคาร์บอเนตสูง หินอัคนีที่มีฤทธิ์เป็นด่าง แหล่งดินเหนียวที่ดูดซับไอออน และแหล่งเพลเซอร์มอนาไซต์ที่เป็นแหล่งเซโนไทม์ จีนขุดแร่หายาก 95% เพื่อตอบสนองความต้องการไลฟ์สไตล์ไฮเทคและพลังงานหมุนเวียน นับตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา จีนได้ครองส่วนแบ่งการผลิต REE โดยใช้แหล่งดินดูดซับไอออนของตนเอง ซึ่งเรียกว่า “ดินเหนียวจีนใต้” การทำเช่นนี้จะประหยัดสำหรับจีน เนื่องจากสามารถสกัด REE จากแหล่งดินเหนียวได้อย่างง่ายดายโดยใช้กรดอ่อนๆ ธาตุหายากถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ไฮเทคทุกประเภท รวมถึง คอมพิวเตอร์ เครื่องเล่นดีวีดี โทรศัพท์มือถือ แสงสว่าง ไฟเบอร์ออปติก กล้องถ่ายรูปและลำโพง และแม้แต่อุปกรณ์ทางทหาร เช่น เครื่องยนต์เจ็ท ระบบนำวิถีขีปนาวุธ ดาวเทียม และระบบต่อต้านขีปนาวุธ เป้าหมายของข้อตกลงปารีสว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศปี 2015 คือการจำกัดภาวะโลกร้อนให้ต่ำกว่า 2 องศาเซลเซียส หรือควรอยู่ที่ 1.5 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นระดับก่อนยุคอุตสาหกรรม ซึ่งทำให้มีความต้องการพลังงานหมุนเวียนและรถยนต์ไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้น ซึ่งต้องใช้รถยนต์พลังงานหมุนเวียนในการดำเนินการด้วย ในปี 2010 จีนประกาศว่าจะลดการส่งออก REE เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้น แต่ยังคงรักษาสถานะที่โดดเด่นในการจัดหาอุปกรณ์ไฮเทคให้กับส่วนอื่นๆ ของโลกไว้ด้วย จีนยังมีสถานะทางเศรษฐกิจที่แข็งแกร่งในการควบคุมการจัดหา REE ที่จำเป็นสำหรับพลังงานหมุนเวียน เช่น แผงโซลาร์เซลล์ กังหันลม กังหันพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง รวมถึงยานยนต์ไฟฟ้า โครงการจับธาตุหายากจากปุ๋ยฟอสโฟยิปซัม ฟอสโฟยิปซัมเป็นผลพลอยได้จากปุ๋ยและประกอบด้วยธาตุที่มีกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ เช่น ยูเรเนียมและทอเรียม ด้วยเหตุนี้ ฟอสโฟยิปซัมจึงถูกเก็บไว้โดยไม่จำกัดเวลา ซึ่งมีความเสี่ยงที่จะก่อให้เกิดมลพิษต่อดิน อากาศ และน้ำ ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Penn State จึงได้ออกแบบวิธีการหลายขั้นตอนโดยใช้เปปไทด์ทางวิศวกรรม ซึ่งเป็นสายกรดอะมิโนสั้นๆ ที่สามารถระบุและแยก REE ได้อย่างแม่นยำโดยใช้เมมเบรนที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ เนื่องจากวิธีการแยกแบบดั้งเดิมไม่เพียงพอ โครงการจึงมีเป้าหมายในการคิดค้นเทคนิคการแยก วัสดุ และกระบวนการใหม่ๆ การออกแบบดำเนินการโดยการสร้างแบบจำลองเชิงคำนวณที่พัฒนาโดย Rachel Getman นักวิจัยหลักและรองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวโมเลกุลที่ Clemson พร้อมด้วยนักวิจัย Christine Duval และ Julie Renner เพื่อพัฒนาโมเลกุลที่จะยึดติดกับ REE เฉพาะ กรีนลีจะดูว่าพวกมันมีพฤติกรรมอย่างไรในน้ำ และจะประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและศักยภาพทางเศรษฐกิจที่แตกต่างกันภายใต้การออกแบบและสถานการณ์การดำเนินงานที่แปรผัน ลอเรน กรีนลี ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมี อ้างว่า “ปัจจุบัน มีธาตุหายากประมาณ 200,000 ตันติดอยู่ในขยะฟอสโฟยิปซัมที่ยังไม่ผ่านการแปรรูปในฟลอริดาเพียงแห่งเดียว” ทีมงานระบุว่าการกู้คืนแบบดั้งเดิมนั้นเกี่ยวข้องกับอุปสรรคด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ โดยปัจจุบันการกู้คืนนั้นใช้วัสดุคอมโพสิตซึ่งต้องใช้การเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลและต้องใช้แรงงานมาก โครงการใหม่นี้จะเน้นไปที่การฟื้นฟูในวิธีที่ยั่งยืน และอาจนำไปใช้ในระดับที่ใหญ่กว่าเพื่อประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ หากโครงการนี้ประสบความสำเร็จ ก็อาจช่วยลดการพึ่งพาจีนในการจัดหาธาตุหายากของสหรัฐอเมริกาได้อีกด้วย ทุนโครงการมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ โครงการ Penn State REE ได้รับเงินทุนสนับสนุนจากทุนสนับสนุน 4 ปี จำนวน 571,658 ดอลลาร์สหรัฐ รวมทั้งสิ้น 1.7 ล้านดอลลาร์ และเป็นความร่วมมือกับมหาวิทยาลัย Case Western Reserve และมหาวิทยาลัย Clemson วิธีทางเลือกในการกู้คืนธาตุหายาก การกู้คืน RRE โดยทั่วไปจะดำเนินการโดยใช้การดำเนินการขนาดเล็ก โดยทั่วไปจะใช้การชะล้างและการสกัดตัวทำละลาย แม้ว่าจะเป็นกระบวนการที่เรียบง่าย แต่การชะล้างต้องใช้สารเคมีอันตรายในปริมาณสูง จึงไม่เหมาะสำหรับใช้ในเชิงพาณิชย์ การสกัดด้วยตัวทำละลายเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพแต่ไม่ได้มีประสิทธิภาพมากนักเนื่องจากต้องใช้แรงงานมากและใช้เวลานาน วิธีการทั่วไปอีกวิธีหนึ่งในการกู้คืน REE คือการขุดทางการเกษตร หรือที่เรียกอีกอย่างว่า e-mining ซึ่งเกี่ยวข้องกับการขนส่งขยะอิเล็กทรอนิกส์ เช่น คอมพิวเตอร์เก่า โทรศัพท์ และโทรทัศน์ จากประเทศต่างๆ ไปยังประเทศจีนเพื่อสกัด REE ตามข้อมูลของโครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติ พบว่ามีขยะอิเล็กทรอนิกส์เกิดขึ้นมากกว่า 53 ล้านตันในปี 2562 โดยมีวัตถุดิบที่ประกอบด้วย REE และโลหะราว 57,000 ล้านดอลลาร์ แม้ว่ามักได้รับการยกย่องว่าเป็นวิธีการรีไซเคิลวัสดุที่ยั่งยืน แต่ก็ยังมีประเด็นปัญหาต่างๆ ที่ต้องได้รับการแก้ไข การทำเหมืองทางการเกษตรต้องใช้พื้นที่จัดเก็บจำนวนมาก โรงงานรีไซเคิล ขยะฝังกลบหลังจากการกู้คืน REE และยังต้องมีต้นทุนการขนส่ง ซึ่งต้องใช้การเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล โครงการมหาวิทยาลัย Penn State มีศักยภาพในการเอาชนะปัญหาบางประการที่เกี่ยวข้องกับวิธีการกู้คืน REE แบบดั้งเดิมได้ หากสามารถตอบสนองวัตถุประสงค์ด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจของตนเองได้
เวลาโพสต์ : 04-07-2022 