Můžeme najít čistší způsoby, jak extrahovat prvky vzácných zemin?

Sedmnáct prvků periodické tabulky nabylo na důležitosti kvůli jejich použití v chytrých telefonech, elektrických vozidlech, lékařských zařízeních a dalších technologiích. Jsou ceněny pro svou speciální chemii, která jim dává zvláštní magnetické vlastnosti a další výhody. Tyto vlastnosti pocházejí z jedinečné konfigurace valenčních elektronů prvků – vnějších elektronů běžně používaných v chemických vazbách. V prvcích vzácných zemin zůstávají některé valenční elektrony blízko atomového jádra a mají tendenci neinteragovat s vnějším prostředím atomů, a proto zřídka tvoří vazby. Výsledkem je, že mají předvídatelné, spolehlivé chemické vlastnosti.

Lidé dosud vytěžili asi 4,5 milionu metrických tun prvků vzácných zemin a víme, že na Zemi zbylo pouze 90,9 milionu metrických tun. Při dnešním tempu výroby nám tyto materiály dojdou za 60 až 100 let. Probíhají však snahy o nalezení dalších ložisek kovů, které ve skutečnosti nejsou nijak zvlášť vzácné, ale je obtížné je extrahovat, protože se obvykle nacházejí v nízkých koncentracích spolu s dalšími prvky.

Současné způsoby těžby jsou pomalé, energeticky náročné a vysoce poškozují životní prostředí. Produkují kyselý a radioaktivní odpad a vyplavují toxické chemikálie do země. „Musíme vymyslet způsoby, jak to udělat lépe a čistěji,“ říká Justin Wilson, profesor chemie na Kalifornské univerzitě v Santa Barbaře. On a jeho kolegové nedávno testovali nový způsob získávání prvků vzácných zemin z recyklovaného elektronického odpadu. „Jsem optimistou, že můžeme společně najít řešení těchto problémů, pokud federální vláda zůstane odhodlána poskytovat financování tohoto výzkumu,“ poznamenává Wilson.

O podpoře vědecké žurnalistiky

Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceňované žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a nápadech, které formují náš dnešní svět.

CO JSOU PRVKY VZÁCNÝCH ZEMĚ?

Tyto chemikálie jsou většinou lanthanoidy, které spolu se skandiem a ytriem zaujímají předposlední řadu periodické tabulky. Jejich jedinečné vlastnosti vyplývají z velké části z konfigurace elektronů v podúrovni zvané 4f shell. „Když jsem studoval chemii v prváku, nikdo o těchto prvcích nikdy nemluvil; byly to jen ty na konci periodické tabulky,“ říká Wilson. Nyní je jejich použití v elektronice „umístilo do centra pozornosti“.

KOLIK UŽ SE UŽ VYTĚŽELO?

Většina dosud vytěžených prvků vzácných zemin pochází z Číny, která je světovou jedničkou v infrastruktuře a odborných znalostech pro těžbu těchto minerálů. Hlavním americkým zdrojem je ložisko Mountain Pass v jižní Kalifornii. Vzhledem k rostoucí poptávce po prvcích však země po celém světě aktivně hledají jejich nové prodejny.

KOLIK ZBÝVÁ?

Největší známou celosvětovou zásobu prvků vzácných zemin má také Čína, následovaná Brazílií, Indií a Austrálií. Vzhledem k závodu v objevování nových ložisek by se tato čísla mohla změnit. Mnoho zemí, které se před nedávným technologickým boomem spokojily s tím, že nechaly Čínu vést v těžbě vzácných zemin, si stále více uvědomují důležitost místních možností. To platí zejména v USA od doby, kdy prezident Donald Trump uvalil nová cla na dovoz.

VYPADÁ SE, ŽE ZBYLO HODNĚ. TAK V ČEM JE PROBLÉM?

Prvky vzácných zemin jsou ve skutečnosti hojnější než drahé kovy, jako je platina a zlato. Výzvou však je najít jejich těžitelné zdroje; jsou často přítomny v malých množstvích a je obtížné je oddělit od ostatních prvků. Jejich extrakce je pracný, vícestupňový proces.

• Přístup otevřené těžby: Tato technika zahrnuje odstranění rudy ze země a její přepravu do vyluhovacího jezírka, kde chemikálie oddělují různé kovy. DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ: Toxické chemikálie ve vyluhovacím jezírku mohou unikat do podzemních vod a kontaminovat zásoby vody. Proces také produkuje toxický odpad.

• Přístup in situ vyluhování: Při této metodě potrubí pumpuje chemikálie přímo do země, aby vyplavily prvky vzácných zemin. DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ: Chemikálie jsou toxické a stejně jako při povrchové těžbě mohou kontaminovat podzemní vody. Obě metody produkují toxický prach, odpadní plyny a radioaktivní odpad.

ODDĚLENÍ

Po počátečním procesu jsou těžební produkty transportovány do zpracovatelských zařízení pro řadu chemických úprav, které izolují jednotlivé prvky vzácných zemin. Tyto prvky jsou poté rafinovány na kovy a připraveny k použití. DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ: Tento proces je náročný na energii a zdroje. A celková sekvence extrakce vytváří obrovské množství odpadu: na každou vyrobenou tunu prvků vzácných zemin vznikají tisíce metrických tun toxických vedlejších produktů.

Je čas postavit se za vědu

Pokud se vám tento článek líbil, rád bych vás požádal o podporu. Scientific American sloužil jako obhájce vědy a průmyslu již 180 let a právě teď může nastat nejkritičtější okamžik v této dvousetleté historii.

Byl jsem a Scientific American předplatitel od mých 12 let a pomohlo mi to utvářet můj pohled na svět. SciAm vždy mě vzdělává a těší a vzbuzuje úctu k našemu obrovskému, krásnému vesmíru. Doufám, že to udělá i vám.

Pokud vy přihlásit se k odběru Scientific Americanpomáháte zajistit, aby se naše pokrytí soustředilo na smysluplný výzkum a objevy; že máme zdroje na podávání zpráv o rozhodnutích, která ohrožují laboratoře v USA; a že podporujeme začínající i pracující vědce v době, kdy hodnota samotné vědy příliš často zůstává nepoznaná.

Na oplátku získáte zásadní zprávy, strhující podcastyskvělá infografika, nepřehlédnutelné newsletteryvidea, která musíte vidět, náročné hrya nejlepší vědecké psaní a zpravodajství. Můžete dokonce darovat někomu předplatné.

Nikdy nebyl důležitější čas, abychom vstali a ukázali, proč na vědě záleží. Doufám, že nás v této misi podpoříte.