Миллионы тонн угольной золы, оставшейся после сжигания самого грязного ископаемого топлива на планете, находятся в прудах и на свалках, способных просачиваться в водоемы и загрязнять почву. Но эти токсичные отходы также могут быть сокровищницей редкоземельных элементов, необходимых для продвижения мира к чистой энергии.
Ученые проанализировали угольную золу с электростанций по всей территории США и обнаружили, что она может содержать до 11 миллионов тонн редкоземельных элементов, что почти в восемь раз превышает внутренние запасы США, и оценивается примерно в 8,4 миллиарда долларов, согласно недавнему исследованию, проведенному Техасским университетом в Остине.
Это предлагает огромный потенциальный источник отечественных редкоземельных элементов без необходимости новой добычи, сказала Бриджит Скэнлон, автор исследования и профессор-исследователь в Школе геонаук Джексона Техасского университета. «Это действительно иллюстрирует мантру «от мусора к сокровищу», — сказала она. — По сути, мы пытаемся замкнуть цикл и использовать отходы и извлекать ресурсы из отходов».
Эти так называемые редкоземельные элементы представляют собой кластер металлических элементов с такими названиями, как скандий, неодим и иттрий, которые существуют в ядре Земли. Они играют важную роль в чистых технологиях, включая электромобили, солнечные панели и ветряные турбины.
Несмотря на свое название, эти металлы не являются редкими в природе, но их может быть трудно извлечь и отделить от окружающей их руды, поэтому спрос превышает предложение.
По мере того, как мир отходит от ископаемого топлива, нагревающего планету, будет требоваться больше редкоземельных элементов. Ожидается, что спрос на металлы к 2040 году вырастет в семь раз по сравнению с текущим уровнем, согласно данным Международного энергетического агентства.
Однако поставки в США остаются небольшими. Единственная крупная шахта по добыче редкоземельных элементов — Mountain Pass в Калифорнии. В настоящее время страна импортирует более 95% своих редкоземельных элементов, подавляющее большинство из которых поступает из Китая, что создает проблемы с цепочкой поставок и безопасностью.
«Нам нужно улучшить ситуацию», — сказала Скэнлон CNN. Вот почему были предприняты шаги по поиску нетрадиционных источников редкоземельных элементов, сказала она, «и одним из таких источников является уголь и побочные продукты его переработки».
Угольная зола содержит относительно низкие концентрации редкоземельных элементов по сравнению с тем, что можно добыть непосредственно из подземных месторождений. Преимущество в том, что она легкодоступна. Около 70 миллионов тонн угольной золы производится каждый год в США.
«По всей стране есть огромные объемы этого вещества. И предварительный процесс извлечения… уже сделан за нас», — сказал Дэвин Багдонас, соавтор исследования и научный сотрудник Университета Вайоминга.
Исследование показало, что происхождение угля определяет, насколько просто будет извлекать редкоземельные элементы.
Угольная зола из Аппалачского бассейна содержит наибольшее количество редкоземельных элементов, но только 30% можно извлечь. Угольная зола из бассейна реки Паудер, который охватывает Вайоминг и Монтану, имеет самую низкую среднюю концентрацию элементов, но более 70% можно извлечь.
Процесс извлечения из угольной золы может быть дорогостоящим, сказал Пол Земкевич, директор Института водных исследований в Университете Западной Вирджинии, который не принимал участия в исследовании. Расходы на добычу необходимо сопоставлять с тем, сколько продукта можно извлечь, сказал он CNN.
«Для извлечения редкоземельных элементов необходимы сильные кислоты и основания. Оба варианта дороги», — сказал Земкевич. Угольная зола с Запада может содержать более высокие концентрации щелочных минералов, добавил он, что увеличит затраты, поскольку щелочность нейтрализует кислоту.
Чем больше химикатов требуется для процесса, тем выше потенциальное воздействие на окружающую среду.
Земкевич добавил, что редкоземельные элементы составляют лишь незначительную часть угольной золы, поэтому их извлечение «не изменит объем, требующий утилизации и хранения». Угольная зола содержит такие загрязняющие вещества, как ртуть, мышьяк и свинец, что делает ее очень опасным потоком отходов.
Однако авторы исследования предполагают, что прибыль от извлечения редкоземельных металлов можно использовать для компенсации затрат на улучшение способа хранения и утилизации угольной золы.
В апреле администрация Байдена объявила об инвестициях в размере 17,5 млн долларов в проекты по извлечению редкоземельных металлов из угля и его отходов.
Министр энергетики Дженнифер Грэнхолм заявила в своем заявлении, что финансирование «укрепит нашу национальную безопасность, одновременно помогая восстановить производственный сектор Америки и оживить энергетические и горнодобывающие предприятия по всей стране».
Некоторые высказывают опасения, что переработка угольной золы во что-то ценное может быть использована для стимулирования производства большего количества угля — самого грязного из ископаемого топлива, используемого для обогрева планеты.
Это не то, о чем Скэнлон слишком беспокоится. «Мы будем использовать в основном устаревшие отходы», — сказал Скаллон. По данным Министерства энергетики, в настоящее время в США хранится более 2 миллиардов тонн угольной золы. «Нет никаких признаков того, что будущая зависимость от угольной золы как сырья для критически важных материалов будет стимулировать угольную энергетику», — сказал представитель DOE.
По словам Скэнлона, более широкая цель — найти способы получения из угля различных продуктов в дополнение к редкоземельным элементам, чтобы извлекать из него пользу, не сжигая его.
