عندما أُغلق المنجم الأخير في بلدة سينوفيك الصغيرة في جمهورية التشيك في عام 1993، لم يخسر العمال وظائفهم فحسب، بل خسرت المنطقة أيضاً شرياناً اقتصادياً أساسياً.

اليوم، بعد مضي ربع قرن تقريباً، يبدو أن ذلك الشريان سيفاجئ الجميع ويعود لينبض في تلك المنطقة، نتيجة لتعطش العالم للتكنولوجيا الجوالة.

في شهر أكتوبر الماضي، أشارت صحيفة "فاينانشال تايمز" أن حكومة التشيك وقّعت على مذكرة تفاهم مع شركة تعدين أسترالية لاستخراج المخزون الكبير من الليثيوم الموجود في المنطقة.

احتياطات الطاقة

مع ازدياد اعتمادنا على التطورات التكنولوجية، بما في ذلك الأجهزة الجوالة والسيارات الكهربائية، التي تعتمد على بطاريات الليثيوم-أيون، يتزايد الطلب العالمي على مجموعة واسعة من العناصر بشكل سريع.

وتستخدم الأجهزة الحديثة مجموعة من العناصر التي تشمل الذهب والنحاس والبلاديوم والبلاتين. وتتطلب هذه المعادن عمليات معالجة صناعية ثقيلة مضرة بالبيئة، كالتعدين والشحذ واستخدام المواد الكيميائية.

كما تبرز مخاوف تتعلق بشحّ مخزونها.

ويشير بعض الخبراء إلى ضرورة زيادة إنتاج الليثيوم وحده من بضعة آلاف من الأطنان إلى 3 ملايين طن سنوياً خلال الأعوام الـ20 المقبلة لمجاراة التطور، مع تحوّل وسائل النقل من استخدام الوقود الأحفوري إلى القيادة الذاتية التي تعمل بالبطارية.

كما تتطلب المعادن الأخرى في بطاريات الليثيوم-أيون ، بما فيها مجموعة من العناصر المعروفة باللانثانيدات، معالجة تعدين صناعية ثقيلة مشابهة قبل استخدامها.

ومع ذلك، لا ينبغي أن تكون عمليات التعدين الجديدة هي الحلّ الوحيد. إذ أن رماد الفحم التقليدي قد يكون الحلّ الأنسب.

كشف معادن نادرة

يمكن أن تساهم التقنيات التي يتمّ تطويرها في جامعة بيردو في استخلاص معادن اللانثانيدات النادرة من الرماد الذي لم يكن مرغوبا في السابق.

وتتوفر اللانثانيدات في المغانط التي تُستخدم لتوليد الطاقة، والسيارات الكهربائية، والبطاريات، ومحفّزات تكرير البترول، والفوسفورات في أجهزة التلفاز والهواتف.

وقالت البروفيسورة ليندا وانغ، المسؤولة عن الابتكارات في جامعة بيردو، في هذا الصدد: "توجد المعادن النادرة في خامات المعادن بكميات ضئيلة للغاية، أي بضعة آلاف من الأجزاء بالمليون".

"وغالباً ما تستخدم تقنيات قديمة تعود إلى خمسينيات القرن الماضي لفصل هذه العناصر وتنقيتها، تتطلب 1800 مرحلة مختلفة متسلسلة ومتوازية لاستخلاصها وتنقيتها على التوالي. وقد تكون هذه العمليات خطرة ومكلفة وغير فعالة".

وتقول وانغ أن تقنيات الفصل الحالية تنتج كميات كبيرة من المخلفات الكيميائية التي تصعب إعادة تدويرها: "أحد المواقع العشرة الأكثر تلوثاً في العالم هو بحيرة بشرية الصنع في الصين، حيث يتمّ تخزين المخلفات السائلة الناتجة عن عملية استخلاص المعادن النادرة".

درجات الفصل

يعتمد ابتكار وانغ على تقنيات كروماتوغرافية لفصل العناصر في مزيج سائل عبر الترشيح.

وتضيف وانغ: "يمكن لهذه العمليات الجديدة أن تفصل ’المعادن النادرة‘ بنسبة نقاء وكميات تفوق 95 في المائة".

"يستخدم هذا الابتكار الفريد مواد ’تيتانيا‘ الماصّة ’التي تجمع الجزيئات‘، التي تتميز بقوتها وتكلفتها الزهيدة، مما يجعل العمليات فعالة وميسورة التكلفة. ونحن الفريق الأول في العالم الذي طور هذه التقنية".

وتضيف وانغ أن المنتجات الثانوية للعملية تتضمن هلام السيليكا وأوكسيد الألومنيوم وأكاسيد معدنية أخرى ذات قيمة تجارية، مما يجعل العملية بكاملها مربحة واقتصادية.

التخلص من أكوام الرماد القاتلة

بالإضافة إلى مساهمتها في خلق صناعة جديدة، تعتقد جامعة بيردو أن هذه التكنولوجيا قد تؤهل الولايات المتحدة لدخول سوق إنتاج المعادن النادرة الذي تقدّر قيمته بنحو 4 مليارات دولار أمريكي.

وتشمل التأثيرات الجانبية الأخرى لهذه التكنولوجيا مساهمتها في التخلص من أكوام المخلفات الملوثة، المعروفة بقدرتها على إحداث أضرار بيئية بقيمة مليارات الدولارات إن دخلت المجاري المائية.

ويوجد حالياً نحو 1.5 مليار طن من رماد الفحم في الولايات المتحدة، والذي يمكن استخدامه لإنتاج المعادن النادرة على مدى عقود مقبلة.

وتضيف وانغ أن العناصر الموجودة في رماد الفحم تجعله "غنيا بقدر بعض احتياطيات خام المعادن". وتنتج الولايات المتحدة حوالي 129 مليون طن منها من رماد الفحم سنوياً، و"يعاد تدوير أقل من نصفها إلى منتجات منخفضة القيمة".

لا يزال الطريق طويلاً

تعترف وانغ بأن الطريق لا تزال طويلة قبل إتقان العملية، لكنها تقول إنها استُخدمت بنجاح في العديد من عمليات الفصل الكروماتوغرافي الصعبة، بما في ذلك تنقية النظائر الطبية والسكريات والأحماض الأمينية والإنسولين والبوليمرات وغيرها.

وتضيف: "إننا واثقون من قدرتنا على إنتاج معادن نادرة عالية النقاء من رماد الفحم".

ويتعين على العالم، في الوقت ذاته، إيجاد طريقة لاستخراج المعادن عبر وسائل أخرى لإعادة التدوير تكون أقل تلويثاً للبيئة من التعدين.

ووجدت دراسة أجريت في عام 2016 أن أقل من 1 في المائة من الليثيوم ينتج عن عمليات إعادة التدوير، بينما وجد تقرير صدر في عام 2012 أن 5 في المائة فقط من بطاريات الليثيوم-أيون أعيد تدويرها في دول الاتحاد الأوروبي.

وعلى الرغم من أن عالماً يستخدم بطاريات الليثيوم-أيون قد يكون أكثر رفقاً بالبيئة من عالم يستخدم الوقود الأحفوري في نواحٍ عديدة، إلا أنه لا يزال علينا أن نسعى جاهدين لتقليل الضرر البيئي المحتمل للتكنولوجيا الحديثة.