美国迎来稀土资料出产比赛，有草创公司从煤灰中提取稀土元素
气候变化带来的应战日益加重，抛弃化石燃料和选用低碳技能是咱们应对应战的最佳挑选。
稀土元素是其间许多技能的要害成分，它们将在必定程度上决议哪些国家将完成其减排或前进非化石燃料发电份额的方针。但包含美国在内的一些国家越来越忧虑这些元素的供给是否会坚持稳定。
依据世界动力署的数据，到 2040 年，稀土元素的需求估量将到达现在水平的三到七倍，对锂等其他要害矿藏的需求或许会添加 40 倍。
2016 年的《巴黎协议》规矩，签署国有责任削减排放以操控全球温度上升，要完成这一方针，全球矿藏供给要在同一时刻内翻四倍。但依照现在的速度，供给量只会翻一倍。
获取稀土元素始于质料获取，总共有三种首要办法：直接从地球上发掘；从作废的电子产品等东西中收回；从非惯例来历提取，包含煤灰等工业废物和矿藏废物。
美国的直接发掘来历有限。坐落加利福尼亚州的 Mountain Pass 稀土矿和加工厂，是仅有一个活泼的、能出产稀土元素的矿山。
开新矿或许需求几十年的时刻。因而，学界和业界都致力于经过探究收回或非惯例来历来添加新的获取途径并前进可继续性。
寻觅要害资料
在 2022 年的 50 种指定“要害资料”名单上，17 种稀土元素中 16 种榜上有名，这意味着它们在经济上很重要，但也很简单遭到供给中止的影响。
这 17 种元素中，镨可用于飞机发动机，钆可用于核磁共振成像，钕可用于计算机硬盘驱动器。这些元素中包含所谓的“镧系元素”，即元素周期表第 57 号元素镧到 71 号元素镥（共 15 种），以及两种化学性质相似的元素。
“稀土元素”中的“稀有”不是指可用的数量，而是指它们的散布很广泛，很难在一个当地找到有经济含义的规划。
稀土元素的一个非惯例来历是煤灰，即发电厂焚烧煤炭发生的剩下固体废物。曩昔，煤灰常常与水混合构成泥浆，贮存在泥浆池或蓄水池中。
这种含有高浓度稀土元素的煤灰或许是美国重要的国内来历。美国有 1000 多个煤灰贮存池，大多散布在东部地区，但它们地点的乡镇大多因工厂封闭而面对应战。
阿拉巴马州莫比尔县的巴里工厂是最大的设备之一，贮存的煤灰超越 2100 万吨，散布在 600 英亩的土地上。
这些煤灰池并非无害。依据美国环境保护局的说法，假如办理不妥，它们或许会开释汞、镉和砷等物质污染水道、地下水、饮用水和空气。
应美国动力部 2023 年的要求，非营利环境法令安排 Earthjustice 和专心于避免石油、天然气和矿藏发掘的损坏性影响的非营利安排 Earthworks 提交了一份查询文件。
该文件指出，“91% 贮存煤炭焚烧残留物（CCR，coal combustion residuals）的发电厂正在污染底层地下水，导致它们不再契合联邦饮用水规范。”
在极点气候作业中，煤灰池也或许成为定时炸弹，由此发生的污染物众多或许会损坏户外环境和产业，并要挟当地社区健康和安全。
成立于 2021 年的草创公司 Rivalia 以为，咱们能够从头运用抛弃煤灰，重建美国国内的稀土元素供给，一起处理煤灰贮存池对健康的损害。
创建 Rivalia 的环境工程师劳拉·斯托伊（Laura Stoy）表明，改进环境问题和复兴经济的两层要素鼓励着她。
在佐治亚理工学院攻读研讨生期间，斯托伊开端开发 Rivalia 的旗舰技能，现在正在美国动力部阿贡国家实验室的链式反应立异项目中对其进行扩展。
2019 年，佐治亚理工学院支撑了该公司为其技能申请专利（现在正在批阅中），Rivalia 持有该技能的独家许可证。
这项技能能够从煤灰中提取稀土元素，留下富含这些元素的溶液和含有铁和其他金属的剩下固体。
经过接连的加热和冷却，稀土能够经过质子交流机制转移到离子液体中。
酸基复原技能和盐基浸出能够削减终究溶液中的铁含量，之后有必要进一步别离稀土以出产纯金属或氧化物。
Rivalia 能够将初级产品出售给能够处理后续加工过程的公司和运用稀土的制作商，并将剩下固体出售给混凝土出产商。斯托伊表明，Rivalia 的作业将出产可用于清洁产品和代替动力的资料。
此外，一些公司还能够经过从头运用固体残留物来代替排放量大的波特兰水泥（混凝土中的首要成分），然后协助削减混凝土出产过程中的碳脚印。
Rivalia 更喜爱运用现有的废物，而不是没有焚烧的煤炭。这种办法是有风险的。考虑到稀土元素的含有量较低和有毒污染物的初始浓度较高，从非惯例资源中提取稀土元素或许比直接发掘本钱更高。
不过，斯托伊表明，鉴于供给多样化的需求，这将是一项战略举动。这也是一个运用广泛存在的抛弃资料的时机，这些资料几乎没有其他用处，也不能发明明显的经济价值。
此前，美国煤灰储量中稀土元素的价值约为 43 亿美元（依据 2013 年的价格）。时至今日，这个数字或许现已添加了许多。
作为一家适当新的草创公司，该公司仍处于研制阶段，现在正专心于下降发掘本钱。
在美国国内出产稀土元素的比赛，至少在必定程度上是为了找出怎么故较低的本钱完成这一点。
但是，企业不太或许将出产本钱下降到特别有竞赛力的水平。专家们期望将溢价转嫁到顾客头上，以便吸收一部分本钱。
美国动力部化石动力和碳办理办公室的碳矿石项目经理伊万·格兰尼特（Evan Granite）表明：“咱们期望为美国的资料出产拓荒一个新市场，这些资料的出产过程是环保的，一起尊重出产工人和契合品德。”
监管安排现已开端着手处理煤灰问题，因而想要运用这种资料的草创公司需求亲近重视全部开展。在 2008 年和 2014 年发生损坏性走漏后，美国环保局于 2015 年开端对煤灰池的办理进行监管。
监管安排最近更新了 2015 年出台的规矩，要求掩盖或处理此前曾被豁免的较老的、不活泼的煤灰池。
依据 2015 年的规矩，Earthjustice 安排表明，假如煤灰池间隔地下水不到五英尺，那么仅掩盖池塘是不行的。在这种情况下，只要充沛发掘才干避免潜在的损坏。
任何一种挑选，加盖或发掘，都会使 Rivalia 等公司更难取得煤灰。斯托伊说，她以为这是现在要决断采纳举动的一个理由。
斯托伊表明，关于为煤炭副产品发明新市场的潜在或许性，她坚持慎重的情绪，由于这或许会危及美国的清洁动力开展。较为挖苦的是，假如公用事业公司停止运用煤炭，Rivalia 所依靠的原资料就会渐渐干涸。
但是，她现在并不忧虑，即便没有新的产出，美国现在也有 20 亿吨煤灰，并且许多其他国家好像在可预见的未来都将继续焚烧煤炭。
Earthjustice 的高档法令顾问丽萨·伊万斯（Lisa Evans）说，处理这些煤灰时有必要当心。她说，即便公司是出于整理的意图，也需求额定的监管，以保证它们妥善处理副产品。
她说：“多年来，我调查整个职业得到的经历是，人们不会做任何不需求做的作业。”她弥补道，政府还应保证社区知晓邻近的发掘活动。
现代化发掘
要害稀土资料的另一个非惯例来历是尾矿，即矿山发掘后留下的经济价值较低的残留物。Earthjustice 安排的伊万斯表明，美国环保局没有对尾矿进行监管，虽然尾矿会形成与煤灰相似的环境风险。
Phoenix 公司是一家总部坐落美国马萨诸塞州的草创公司，致力于从矿场中提取稀土元素。Phoenix 的两位开创人在受采矿影响的社区长大。
除了磁铁中最常用的四种稀土（钕、镨、镝和铽）外，Phoenix 还收回了电池金属、铂族金属、低碳铁和其他资料。它称其为“组合办法”，以前进经济可行性。
与Rivalia 相同，Phoenix 将剩下资料从头用于混凝土等其他资料上。该公司表明，这是长时间贮存碳质资料的一种办法，经过捕获它们并避免它们终究进入供水体系来削减对环境的影响。
Phoenix 的联合开创人安东尼·巴拉顿（Anthony Balladon）说，Phoenix 致力于让发掘更现代化，削减所需的动力、设备和资金。他说：“你能够开发出新的化学手法来获取稀土，而不必靠‘蛮力’。”
在取得含有稀土的氧化浓缩物后，Phoenix 运用别离技能提取出所需的终究产品。随后经过一些办法复原为金属和合金产品，能够下降 35% 至 45% 的能量需求。
Phoenix 的首席技能官托马斯·维拉隆（Tomás Villalón）表明，Phoenix 的工艺削减了加工过程之间损耗的资料量，并前进了终究产品的纯度。
Phoenix 的开创人还强调了该公司工艺的可继续性。他们说该工艺不运用风险资料，完成了零直接碳排放。该公司现在正在为商业客户出产稀土金属，估量到 2026 年，每年将出产 3000 多吨制品稀土金属。
维拉隆估量，Phoenix 将在未来很长一段时刻里“不愁生意”，由于每年至少有 100 亿吨尾矿呈现。
磁铁需求添加
一些公司将收回资料作为可收回稀土的来历。Noveon 公司致力于从抛弃的商业磁铁中提取要害资料，例如电机、医疗设备或数据中心筛选的硬盘，还有因制作缺点或老旧而从供给链中筛选出来的磁铁。
Noveon 运用这些资料出产新式烧结钕铁硼磁体，这也是风力涡轮机发电机和电动汽车电机的要害部件。
依据美国动力部的猜测，到 2050 年，美国对这些稀土磁体的需求将添加四倍以上。Noveon 的首席商务官彼得·阿菲乌尼（Peter Afiuny）说，这在必定程度上是由于工业技能的前进。
他说：“工业泵、压缩机、暖通空调体系……咱们 50% 的电力耗费都是由这些电机驱动的。假如你正在努力完成碳中和，你就需求晋级这些体系，前进它们的功率。”
非我国的（高功能）磁体制作商不到 10 家，而 Noveon 是美国仅有一家。阿菲乌尼表明，其所有资料都是在美国国内收购的。
阿菲乌尼说，该公司出产一种名为“EcoFlux”的新式高功能磁体，其所需的资料比传统磁体更少。
虽然收回磁铁的功能很难追上用非收回资料出产的磁铁，但阿菲乌尼表明，Noveon 具有一项改进磁性资料成分和功能的专有技能，再加上其具有专利的“磁铁到磁铁”技能，能够完成收回高达 99.5% 的资料。
他弥补道，Noveon 现在具有多个客户，并在其德克萨斯州工厂进行商业规划的出产。他说，该公司计划在五年内每年出产 1 万吨。
这些新磁铁的客户与收回旧磁铁资料的客户是同一类，例如运用电机为消费电子产品、医疗或汽车产品供给服务的公司。
那么，这些代替来历能否替代现有的进口需求？在最近宣告在美国国家工程院杂志 The Bridge 上的一篇论文中，美国动力部的研讨人员估量，关于锗等一些要害资料，煤灰能够满意美国近 4000 年的需求。但关于大多数资料，供给只能继续不到 20 年，其间关于镍而言，供给量只能坚持一年多一点。
格兰尼特说，所以咱们还需求更多的新来历：“你将需求许多不同的废料和非传统来历来满意长时间需求，由于咱们估量对许多要害金属的需求将不断添加。”
研讨人员主张，咱们能够考虑更广泛的废物来历，包含铝出产过程中发生的“赤泥”、石油出产中的“产出水”，以及来自海底乃至是外太空的资料。
方针优先
2015 年至 2021 年间，美国动力部向从惯例和非惯例资源中提取稀土元素的相关项目拨款至少 2700 万美元。
2022 年和 2023 年，政府还宣告至少有 10 亿美元的资金可用于支撑相关作业，其间包含《两党基础设备法》中的很多资金。
其他美国官方安排也宣告，会支撑那些协助添加美国要害资料供给的公司，这表明人们对方针议程上的长时间支撑有一种紧迫感。Rivalia、Phoenix 和 Noveon 都获益于美国政府的支撑，这表明政府乐意将赌注押在不同规划和开展阶段的公司身上。
这些资金分配往往提醒了美国各届政府的优先事项，不论其动机怎么，他们好像在稀土元素的重要性上定见共同。
Rivalia 的斯托伊说：“这是美国两党广泛支撑的作业。从研讨赞助的视点来看，我以为这是十分安全的。政府对此感兴趣，并将长时间赞助。”
跟着完成稀土元素和要害资料自给自足的比赛加重，美国或许会进一步扩展相关安排的数量和潜在来历的多样性。
斯托伊说，虽然竞赛日益剧烈，但每个人都有开展空间。她说：“我想在一个有许多人出产稀土的大生态体系中占有一席之地。这对每个人来说都是最好的成果。”
支撑：Ren
运营/排版：何晨龙
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