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重塑稀土元素在无区域牺牲的未来

向气候中性能源经济转型的紧迫挑战之一,将是实现稀土元素的可持续供应。这17种元件在消费类电子产品和国防应用中使用的数量相对较少。但对于风力涡轮机和电动汽车来说,它们的需求量要大得多。

“稀土”这个标签是18世纪地质学中一个特殊的人工产物,当时这些元素的矿物形式首次被发现。今天,我们知道这些元素的可开采矿床可以在世界各地找到。然而,这种稀有的错误观念常常为获取这些金属的破坏行为提供了理由。

目前的生产集中在世界上少数几个地方,主要是在中国。市场压力和政府优先事项的共同作用造成了严重的环境破坏,给附近居民的健康造成了可怕的代价。这给了中国政府在国际事务中的影响力,同时也伤害了弱势群体。

我们需要设想一种更公正的生产方式。在不牺牲地点和人员的情况下增加稀土元素产量会是什么样子?

稀土生产的牺牲区

从地质学上讲,稀土元素可能并不稀少,但很难大量获得。量子化学的特性使这些元素如此有用,但也使它们难以分离和提纯。今天的工业分离过程会产生大量有害的副产品,包括浓酸和放射性废料。

当今世界绝大多数稀土元素来自中国包头地区,因为在上世纪90年代,中国政府决定推行一项政策,使中国在世界出口中占据主导地位。这一政策明知该区域地雷周围人民的健康付出了巨大代价,并对环境造成了严重破坏。钍是一种中度放射性的金属,以挪威雷神托尔(Thor)的名字命名。其他用于提取稀土元素的有毒化学物质包括草酸和盐酸。

量子化学的特性使这些元素如此有用,但也使它们难以分离和提纯。
学者们称这种方法为“牺牲区”的创建。在过去,许多政府(包括美国)在政治上没有权力的人居住的地方建立了牺牲区,以追求这些珍贵的稀土金属。

2010年,在尖阁列岛(Senkaku Islands,中国称钓鱼岛)的领土争端中,中国利用稀土供应向日本施压。政府封锁了对日本的出口,而日本依赖日本开发风力涡轮机、混合动力汽车和太阳能电池板等产品。在危机感的刺激下,稀土价格飙升,世界各地的政策制定者开始注意到这一点。从那时起,新的稀土矿床在全球各地被发现,包括太平洋岛屿、澳大利亚和美国等,以满足全球的高需求。

这次明显的稀土“危机”的一个主要结果是有人提议创建新的牺牲区。在格陵兰岛,亚马逊河,甚至月球上都有采矿和分离工作。

地理学家朱莉·米歇尔·克林格(Julie Michelle Klinger)记录道这些提议是如何误导地把它们可能破坏的地区框定为发展成熟的“前沿”。边疆的论调抹杀了已经在那里生活的人。虽然月球可能还没有一个固定的居所,但一项国际条约已经就位,将它作为全人类的遗产加以保护。在月球上采矿会破坏这个协议。事实上,稀土危机似乎经常成为一些人控制其他人的借口。

另一种视觉

更公正的前进之路始于绿色化学.我们能否重新设计生产工艺和产品,以降低稀土生产的毒性和对环境的影响?

研究给出了一些方法。

宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)高级稀土分离化学专家埃里克·舍尔特(Eric Schelter)对此进行了研究发展了使用配体的技术(与原子结合形成配位复合体的离子)在室温下使用普通的实验室设备分离钕和镝,而不是目前使用的极其耗能和高热量的过程。

无酸技术溶解回收稀土艾姆斯实验室(Ames Laboratory)的研究人员伊肯娜·恩莱贝迪姆(Ikenna Nlebedim)、丹尼斯·普罗迪乌斯(Denis Prodius)和安雅·维莱娜·穆德林(Anja-Verena Mudring)研发了碎片硬盘驱动器。

满足对稀土元素的需求需要承诺支持负责任的生产。
在欧洲的大学联盟中,欧盟资助了一个项目开发设计电动汽车的新方法所以它们更容易回收。

企业也可以在开拓回收稀土元素的新方法方面发挥重要作用。一个引人注目的举动,就是苹果用一个名叫黛西的机器人做实验(PDF)将回收的产品拆解以更有效地回收各种金属,包括稀土。该公司还可以采取措施,使其设备更容易维修和升级,而无需更换。

虽然科学和商业是解决方案的一部分,但创新本身不会导致一个更公正的世界。即使是非常高效的回收做法,也无法生产出足够的稀土,用于制造数万个风力涡轮机和数百万辆电动汽车所需的大型磁铁。

满足这一需求需要承诺支持负责任的生产。我们还需要增加发达国家的稀土元素产量,更好地保护人类健康,并加强环境监管执法。

从历史上看,政府在鼓励和管理从石油和玉米到合成橡胶和仿制药等更特殊的物质等广泛商品的生产方面发挥了关键作用。美国和其他有能力执行控制和处理污染的生产程序的国家都有稀土元素矿石的地质来源。鼓励重新开始国内生产的同时,还可以为正在进行的环境保护提供补贴,如废水处理、尾矿库的维护和广泛的监测网络,以警告可能出现的污染。

一个前进的方向

稀土元素对我们的未来至关重要。它们的生产不可能是无污染的,但我们可以用不剥削某些人而为其他人谋取利益的方式来制造它们。虽然更多的研究是有价值的,但企业和政府的行动可以利用我们现在所知道的。政策建议,如绿色新政需要为他们设想的绿色未来提供必要的物质基础。

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