美國迎來稀土資料出產比賽，有草創公司從煤灰中提取稀土元素
氣候變化帶來的應戰日益加重，拋棄化石燃料和選用低碳技能是咱們應對應戰的最佳挑選。
稀土元素是其間許多技能的要害成分，它們將在必定程度上決議哪些國家將完成其減排或前進非化石燃料發電份額的方針。但包含美國在內的一些國家越來越憂慮這些元素的供給是否會堅持穩定。
依據世界動力署的數據，到 2040 年，稀土元素的需求估量將到達現在水平的三到七倍，對鋰等其他要害礦藏的需求或許會添加 40 倍。
2016 年的《巴黎協議》規矩，簽署國有責任削減排放以操控全球溫度上升，要完成這一方針，全球礦藏供給要在同一時刻內翻四倍。但依照現在的速度，供給量只會翻一倍。
獲取稀土元素始于質料獲取，總共有三種首要辦法：直接從地球上發掘；從作廢的電子產品等東西中收回；從非慣例來歷提取，包含煤灰等工業廢物和礦藏廢物。
美國的直接發掘來歷有限。坐落加利福尼亞州的 Mountain Pass 稀土礦和加工廠，是僅有一個活潑的、能出產稀土元素的礦山。
開新礦或許需求幾十年的時刻。因而，學界和業界都致力于經過探究收回或非慣例來歷來添加新的獲取途徑并前進可繼續性。
尋覓要害資料
在 2022 年的 50 種指定“要害資料”名單上，17 種稀土元素中 16 種榜上有名，這意味著它們在經濟上很重要，但也很簡單遭到供給中止的影響。
這 17 種元素中，鐠可用于飛機發動機，釓可用于核磁共振成像，釹可用于計算機硬盤驅動器。這些元素中包含所謂的“鑭系元素”，即元素周期表第 57 號元素鑭到 71 號元素镥（共 15 種），以及兩種化學性質相似的元素。
“稀土元素”中的“稀有”不是指可用的數量，而是指它們的散布很廣泛，很難在一個當地找到有經濟含義的規劃。
稀土元素的一個非慣例來歷是煤灰，即發電廠焚燒煤炭發生的剩下固體廢物。曩昔，煤灰常常與水混合構成泥漿，貯存在泥漿池或蓄水池中。
這種含有高濃度稀土元素的煤灰或許是美國重要的國內來歷。美國有 1000 多個煤灰貯存池，大多散布在東部地區，但它們地點的鄉鎮大多因工廠封閉而面對應戰。
阿拉巴馬州莫比爾縣的巴里工廠是最大的設備之一，貯存的煤灰超越 2100 萬噸，散布在 600 英畝的土地上。
這些煤灰池并非無害。依據美國環境保護局的說法，假如辦理不妥，它們或許會開釋汞、鎘和砷等物質污染水道、地下水、飲用水和空氣。
應美國動力部 2023 年的要求，非營利環境法令安排 Earthjustice 和專心于避免石油、天然氣和礦藏發掘的損壞性影響的非營利安排 Earthworks 提交了一份查詢文件。
該文件指出，“91% 貯存煤炭焚燒殘留物（CCR，coal combustion residuals）的發電廠正在污染底層地下水，導致它們不再契合聯邦飲用水規范?！?/span>
在極點氣候作業中，煤灰池也或許成為定時炸彈，由此發生的污染物眾多或許會損壞戶外環境和產業，并要挾當地社區健康和安全。
成立于 2021 年的草創公司 Rivalia 以為，咱們能夠從頭運用拋棄煤灰，重建美國國內的稀土元素供給，一起處理煤灰貯存池對健康的損害。
創建 Rivalia 的環境工程師勞拉·斯托伊（Laura Stoy）表明，改進環境問題和復興經濟的兩層要素鼓勵著她。
在佐治亞理工學院攻讀研討生期間，斯托伊開端開發 Rivalia 的旗艦技能，現在正在美國動力部阿貢國家實驗室的鏈式反應立異項目中對其進行擴展。
2019 年，佐治亞理工學院支撐了該公司為其技能申請專利（現在正在批閱中），Rivalia 持有該技能的獨家許可證。
這項技能能夠從煤灰中提取稀土元素，留下富含這些元素的溶液和含有鐵和其他金屬的剩下固體。
經過接連的加熱和冷卻，稀土能夠經過質子交流機制轉移到離子液體中。
酸基復原技能和鹽基浸出能夠削減終究溶液中的鐵含量，之后有必要進一步別離稀土以出產純金屬或氧化物。
Rivalia 能夠將初級產品出售給能夠處理后續加工過程的公司和運用稀土的制作商，并將剩下固體出售給混凝土出產商。斯托伊表明，Rivalia 的作業將出產可用于清潔產品和代替動力的資料。
此外，一些公司還能夠經過從頭運用固體殘留物來代替排放量大的波特蘭水泥（混凝土中的首要成分），然后協助削減混凝土出產過程中的碳腳印。
Rivalia 更喜愛運用現有的廢物，而不是沒有焚燒的煤炭。這種辦法是有風險的?？紤]到稀土元素的含有量較低和有毒污染物的初始濃度較高，從非慣例資源中提取稀土元素或許比直接發掘本錢更高。
不過，斯托伊表明，鑒于供給多樣化的需求，這將是一項戰略舉動。這也是一個運用廣泛存在的拋棄資料的時機，這些資料幾乎沒有其他用處，也不能發明明顯的經濟價值。
此前，美國煤灰儲量中稀土元素的價值約為 43 億美元（依據 2013 年的價格）。時至今日，這個數字或許現已添加了許多。
作為一家適當新的草創公司，該公司仍處于研制階段，現在正專心于下降發掘本錢。
在美國國內出產稀土元素的比賽，至少在必定程度上是為了找出怎么故較低的本錢完成這一點。
但是，企業不太或許將出產本錢下降到特別有競賽力的水平。專家們期望將溢價轉嫁到顧客頭上，以便吸收一部分本錢。
美國動力部化石動力和碳辦理辦公室的碳礦石項目經理伊萬·格蘭尼特（Evan Granite）表明：“咱們期望為美國的資料出產拓荒一個新市場，這些資料的出產過程是環保的，一起尊重出產工人和契合品德?！?/span>
監管安排現已開端著手處理煤灰問題，因而想要運用這種資料的草創公司需求親近重視全部開展。在 2008 年和 2014 年發生損壞性走漏后，美國環保局于 2015 年開端對煤灰池的辦理進行監管。
監管安排最近更新了 2015 年出臺的規矩，要求掩蓋或處理此前曾被豁免的較老的、不活潑的煤灰池。
依據 2015 年的規矩，Earthjustice 安排表明，假如煤灰池間隔地下水不到五英尺，那么僅掩蓋池塘是不行的。在這種情況下，只要充沛發掘才干避免潛在的損壞。
任何一種挑選，加蓋或發掘，都會使 Rivalia 等公司更難取得煤灰。斯托伊說，她以為這是現在要決斷采納舉動的一個理由。
斯托伊表明，關于為煤炭副產品發明新市場的潛在或許性，她堅持慎重的情緒，由于這或許會危及美國的清潔動力開展。較為挖苦的是，假如公用事業公司停止運用煤炭，Rivalia 所依靠的原資料就會漸漸干涸。
但是，她現在并不憂慮，即便沒有新的產出，美國現在也有 20 億噸煤灰，并且許多其他國家好像在可預見的未來都將繼續焚燒煤炭。
Earthjustice 的高檔法令顧問麗薩·伊萬斯（Lisa Evans）說，處理這些煤灰時有必要當心。她說，即便公司是出于整理的意圖，也需求額定的監管，以保證它們妥善處理副產品。
她說：“多年來，我調查整個職業得到的經歷是，人們不會做任何不需求做的作業?！彼龔浹a道，政府還應保證社區知曉鄰近的發掘活動。
現代化發掘
要害稀土資料的另一個非慣例來歷是尾礦，即礦山發掘后留下的經濟價值較低的殘留物。Earthjustice 安排的伊萬斯表明，美國環保局沒有對尾礦進行監管，雖然尾礦會形成與煤灰相似的環境風險。
Phoenix 公司是一家總部坐落美國馬薩諸塞州的草創公司，致力于從礦場中提取稀土元素。Phoenix 的兩位開創人在受采礦影響的社區長大。
除了磁鐵中最常用的四種稀土（釹、鐠、鏑和鋱）外，Phoenix 還收回了電池金屬、鉑族金屬、低碳鐵和其他資料。它稱其為“組合辦法”，以前進經濟可行性。
與Rivalia 相同，Phoenix 將剩下資料從頭用于混凝土等其他資料上。該公司表明，這是長時間貯存碳質資料的一種辦法，經過捕獲它們并避免它們終究進入供水體系來削減對環境的影響。
Phoenix 的聯合開創人安東尼·巴拉頓（Anthony Balladon）說，Phoenix 致力于讓發掘更現代化，削減所需的動力、設備和資金。他說：“你能夠開發出新的化學手法來獲取稀土，而不必靠‘蠻力’?！?/span>
在取得含有稀土的氧化濃縮物后，Phoenix 運用別離技能提取出所需的終究產品。隨后經過一些辦法復原為金屬和合金產品，能夠下降 35% 至 45% 的能量需求。
Phoenix 的首席技能官托馬斯·維拉隆（Tomás Villalón）表明，Phoenix 的工藝削減了加工過程之間損耗的資料量，并前進了終究產品的純度。
Phoenix 的開創人還強調了該公司工藝的可繼續性。他們說該工藝不運用風險資料，完成了零直接碳排放。該公司現在正在為商業客戶出產稀土金屬，估量到 2026 年，每年將出產 3000 多噸制品稀土金屬。
維拉隆估量，Phoenix 將在未來很長一段時刻里“不愁生意”，由于每年至少有 100 億噸尾礦呈現。
磁鐵需求添加
一些公司將收回資料作為可收回稀土的來歷。Noveon 公司致力于從拋棄的商業磁鐵中提取要害資料，例如電機、醫療設備或數據中心篩選的硬盤，還有因制作缺點或老舊而從供給鏈中篩選出來的磁鐵。
Noveon 運用這些資料出產新式燒結釹鐵硼磁體，這也是風力渦輪機發電機和電動汽車電機的要害部件。
依據美國動力部的猜測，到 2050 年，美國對這些稀土磁體的需求將添加四倍以上。Noveon 的首席商務官彼得·阿菲烏尼（Peter Afiuny）說，這在必定程度上是由于工業技能的前進。
他說：“工業泵、壓縮機、暖通空調體系……咱們 50% 的電力耗費都是由這些電機驅動的。假如你正在努力完成碳中和，你就需求晉級這些體系，前進它們的功率?！?/span>
非我國的（高功能）磁體制作商不到 10 家，而 Noveon 是美國僅有一家。阿菲烏尼表明，其所有資料都是在美國國內收購的。
阿菲烏尼說，該公司出產一種名為“EcoFlux”的新式高功能磁體，其所需的資料比傳統磁體更少。
雖然收回磁鐵的功能很難追上用非收回資料出產的磁鐵，但阿菲烏尼表明，Noveon 具有一項改進磁性資料成分和功能的專有技能，再加上其具有專利的“磁鐵到磁鐵”技能，能夠完成收回高達 99.5% 的資料。
他彌補道，Noveon 現在具有多個客戶，并在其德克薩斯州工廠進行商業規劃的出產。他說，該公司計劃在五年內每年出產 1 萬噸。
這些新磁鐵的客戶與收回舊磁鐵資料的客戶是同一類，例如運用電機為消費電子產品、醫療或汽車產品供給服務的公司。
那么，這些代替來歷能否替代現有的進口需求？在最近宣告在美國國家工程院雜志 The Bridge 上的一篇論文中，美國動力部的研討人員估量，關于鍺等一些要害資料，煤灰能夠滿意美國近 4000 年的需求。但關于大多數資料，供給只能繼續不到 20 年，其間關于鎳而言，供給量只能堅持一年多一點。
格蘭尼特說，所以咱們還需求更多的新來歷：“你將需求許多不同的廢料和非傳統來歷來滿意長時間需求，由于咱們估量對許多要害金屬的需求將不斷添加?！?/span>
研討人員主張，咱們能夠考慮更廣泛的廢物來歷，包含鋁出產過程中發生的“赤泥”、石油出產中的“產出水”，以及來自海底乃至是外太空的資料。
方針優先
2015 年至 2021 年間，美國動力部向從慣例和非慣例資源中提取稀土元素的相關項目撥款至少 2700 萬美元。
2022 年和 2023 年，政府還宣告至少有 10 億美元的資金可用于支撐相關作業，其間包含《兩黨基礎設備法》中的很多資金。
其他美國官方安排也宣告，會支撐那些協助添加美國要害資料供給的公司，這表明人們對方針議程上的長時間支撐有一種緊迫感。Rivalia、Phoenix 和 Noveon 都獲益于美國政府的支撐，這表明政府樂意將賭注押在不同規劃和開展階段的公司身上。
這些資金分配往往提醒了美國各屆政府的優先事項，不論其動機怎么，他們好像在稀土元素的重要性上定見共同。
Rivalia 的斯托伊說：“這是美國兩黨廣泛支撐的作業。從研討贊助的視點來看，我以為這是十分安全的。政府對此感興趣，并將長時間贊助。”
跟著完成稀土元素和要害資料自給自足的比賽加重，美國或許會進一步擴展相關安排的數量和潛在來歷的多樣性。
斯托伊說，雖然競賽日益劇烈，但每個人都有開展空間。她說：“我想在一個有許多人出產稀土的大生態體系中占有一席之地。這對每個人來說都是最好的成果。”
支撐：Ren
運營/排版：何晨龍
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