دانشگاه استرالیایی پسماند زغالسنگ را به فرصتی برای فلزات حیاتی تبدیل میکند
خاکستر زغالسنگ میتواند در سال تا ۴۵,۰۰۰ تن فلزات عناصر نادر خاکی، بیش از دو برابر تولید استرالیا در سال ۲۰۲۱ و نزدیک به ۳۰ درصد از تولید جهانی کنونی، تولید کند.
محققان در دانشگاه موناش Monash استرالیا در ملبورن یک روش پاکتر و کارآمدتر برای استخراج عناصر نادر خاکی (REEs) از خاکستر [بادی] زغالسنگ، باطلههای معدنی و زبالههای الکترونیکی توسعه دادهاند، که یک جایگزین بالقوه برای استخراج مرسوم این کانیهای حیاتی ارائه میدهد.
خاکستر پرندهی زغالسنگ، که پودر بسیار ریزی است حاصل از سوختن زغالسنگ قهوهای، مدتهاست بهعنوان یک معضل زیستمحیطی شناخته میشود؛ بهطوریکه میلیونها تن از آن در سدهای خاکستر یا محلهای دفن زباله در سراسر استرالیا انباشته شدهاند. فرآیند دانشگاه موناش در تلاش است تا این ماده را نه بهعنوان یک ضایعه، بلکه بهعنوان یک منبع ارزشمند بازتعریف کند.
استرالیا دارای ذخایر عناصر نادر خاکی است و چندین پروژه معدنی در حال توسعه دارد، اما معادن جدید میتوانند ۱۰ تا ۱۵ سال برای توسعه زمان ببرند، به سرمایه قابل توجهی نیاز دارند و چالشهای زیستمحیطی و اجتماعی ایجاد میکنند. رویکرد معدنکاری شهری موناش، تمام ۱۷ عنصر نادر خاکی را با راندمان بیش از ۹۰ درصد بازیابی میکند. این شامل عناصر نادر خاکی با ارزش بالا مانند نئودیمیم و دیسپروزیم است که در آهنرباهای دائم برای موتورهای الکتریکی و توربینهای استفاده میشوند. علاوه بر این، خاکستر زغالسنگ حاصل از زغالسنگ قهوهای ویکتوریا معمولاً حاوی عناصر رادیواکتیو مانند توریم یا اورانیوم نیست، که استخراج را ایمنتر و کمتر تحت نظارت میکند.
به گفته موناش، تنها خاکستر زغالسنگ میتواند تا ۴۵,۰۰۰ تن در سال فلز عناصر نادر خاکی تولید کند، بیش از دو برابر تولید استرالیا در سال ۲۰۲۱ و نزدیک به ۳۰ درصد از تولید جهانی کنونی. این میزان برای تولید آهنربا برای حدود ۱۵ میلیون خودروی الکتریکی کافی خواهد بود. ویکتوریا سالانه بیش از یک میلیون تن خاکستر تولید میکند، با حجمهای حتی بیشتر که در سطح ملی انباشته شدهاند. فرآوری این ذخایر میتواند از ردپای زیستمحیطی معدنکاری جدید جلوگیری کرده و در عین حال از مادهای که از قبل موجود است، ارزش ایجاد کند.
موناش اظهار میدارد: "با در نظر گرفتن این ذخایر به عنوان یک منبع، نه زباله، ما میتوانیم فوراً از مواد موجود استفاده کنیم در حالی که از ردپای زیستمحیطی معدنکاری جدید اجتناب میکنیم."
این دانشگاه از آزمایشهای در مقیاس آزمایشگاهی فراتر رفته و اکنون به یک سیستم ۳۰ لیتری دست یافته است؛ همچنین در حال طراحی یک واحد نیمهپیوستهی ۱۰۰ لیتری است. قرار است یک کارخانهی نمایشی نیز در دانشگاه موناش احداث شود. این فناوری تاکنون موفق به دریافت جوایز صنعتی شده و تیم تحقیقاتی در حال همکاری با نهادهای دولتی و شرکای صنعتی برای تجاریسازی این فرآیند است.
موناش میگوید این رویکرد میتواند به ایجاد یک عرضه پاک و محلی از عناصر نادر خاکی کمک کند، از تولید داخلی حمایت کند، شغلهای منطقهای ایجاد کند و وابستگی به زنجیرههای تأمین خارجی را کاهش دهد، در حالی که ضایعات به جا مانده از تولید برق با زغالسنگ را نیز پاکسازی میکند.
"این بیش از یک پیشرفت فناورانه است، این فرصتی است برای تغییر شکل تفکر استرالیا در مورد منابع. معدنکاری شهری میتواند از تولید محلی حمایت کند، وابستگی ما به زنجیرههای تأمین خارجی را کاهش دهد، و شغلهایی در جوامع منطقهای ایجاد کند. همچنین به ما این امکان را میدهد که ضایعات به جا مانده از تولید برق با زغالسنگ را در این فرآیند پاکسازی کنیم. معدنکاری شهری به استرالیا فرصتی میدهد تا در عرضه پاک و بومی عناصر نادر خاکی پیشرو جهان باشد، در حالی که مشکل ضایعات به جا مانده را نیز حل میکند. این میتواند شغلهای منطقهای ایجاد کند، از تولید محلی حمایت کند و وابستگی ما به زنجیرههای تأمین خارج از کشور را کاهش دهد."
این دانشگاه میگوید: "این یک فرصت نادر است. و ما نیازی به استخراج آن نداریم، فقط باید در مورد آن تجدید نظر کنیم."
موناش با شرکای صنعتی و دولتی برای عرضه این محصول به بازار همکاری میکند. "با حمایت مناسب، ما میتوانیم یک زنجیره تأمین چرخشی و تاب آورتر برای آینده استرالیا بسازیم، و این کار را با آزاد کردن ارزش از آنچه در حال حاضر داریم انجام دهیم."
تحلیل و جمع بندی
بر اساس دادههای موجود در متن و جهت شفافسازی پتانسیل کشف شده، جدول زیر برای مقایسه میزان تولید عناصر نادر خاکی ارائه میگردد:
این جدول به وضوح پتانسیل عظیم رویکرد "معدنکاری شهری" دانشگاه موناش را نشان میدهد. با ظرفیت بالقوه ۴۵,۰۰۰ تن در سال عناصر نادر خاکی از خاکستر زغالسنگ، این فناوری میتواند به طور قابل توجهی سهم استرالیا را در تولید جهانی این فلزات حیاتی افزایش دهد. در حالی که تولید استرالیا در سال ۲۰۲۱ حدود ۲۴,۰۰۰ تن بود، ۴۵,۰۰۰ تن پیشنهادی از این روش جدید، جهشی بزرگ در راستای خودکفایی و کاهش وابستگی به زنجیرههای تامین خارجی است. همچنین، سهم ۳۰ درصدی از تولید جهانی کنونی، موناش را به یک بازیگر مهم در تامین عناصر نادر خاکی تبدیل میکند، که این امر میتواند ساختار بازار جهانی را تحت تاثیر قرار دهد و وابستگی به چین (که در سال ۲۰۲۴ حدود ۲۷۰,۰۰۰ تن از تولید جهانی را به خود اختصاص داده) را کاهش دهد. این پتانسیل نه تنها از بعد کمی و اقتصادی، بلکه از منظر زیستمحیطی (کاهش نیاز به معادن جدید و استفاده از پسماند) نیز حائز اهمیت است.
گزارش دانشگاه موناش فرصتی منحصربهفرد را در بازار عناصر نادر خاکی (REEs) معرفی میکند: تبدیل خاکستر زغالسنگ، که پیشتر یک معضل زیستمحیطی بود، به منبعی با ارزش برای فلزات حیاتی. این فناوری میتواند تا ۴۵,۰۰۰ تن در سال REE تولید کند که به طور چشمگیری تولید استرالیا را افزایش داده و وابستگی جهانی به منابع سنتی را کاهش میدهد. برای مدیران سرمایهگذاری، این نوآوری نشاندهنده پتانسیل تغییر پارادایم در عرضهREE، با پیامدهای مثبت بر ثبات زنجیره تأمین، اهداف زیستمحیطی و فرصتهای سرمایهگذاری در فناوریهای پاک و بازیافت منابع است. عدم وجود عناصر رادیواکتیو در خاکستر ویکتوریا، ریسکهای نظارتی و عملیاتی را کاهش میدهد. پیشبینی میشود تقاضا برایREEها، به ویژه نئودیمیم و دیسپروزیم، با گسترش خودروهای الکتریکی و انرژیهای تجدیدپذیر، افزایش یابد، که این فناوری را جذابتر میکند.
تحلیل کمی
بر اساس دادههای ارائه شده در گزارش و تکمیل شده با جستجوهای تکمیلی:
پتانسیل تولیدی چشمگیر: فناوری موناش قادر است تا ۴۵,۰۰۰ تن در سال فلز عناصر نادر خاکی (شامل نئودیمیم و دیسپروزیم) از خاکستر زغالسنگ تولید کند. این رقم بیش از دو برابر تولید ۲۴,۰۰۰ تنی استرالیا در سال ۲۰۲۱ است و نزدیک به ۳۰ درصد از تولید جهانی کنونی (حدود ۳۹۰,۰۰۰ تن در سال ۲۰۲۴ طبقUSGS ) را تشکیل میدهد. این میزان میتواند برای تولید آهنرباهای ۱۵ میلیون خودروی الکتریکی در سال کافی باشد. این حجم تولید بالقوه، تغییر قابل توجهی در توازن عرضه و تقاضا ایجاد خواهد کرد، به ویژه در شرایط رشد پایدار تقاضای جهانی برایREEها.
افزایش عرضه و اثرات قیمتی: با توجه به تقاضای فزاینده در صنایع خودروی الکتریکی و انرژیهای تجدیدپذیر، افزایش عرضه ۴۵,۰۰۰ تنی از یک منبع جدید و پاک، میتواند به تثبیت یا حتی کاهش نوسانات قیمتی در میانمدت کمک کند.
قیمت نئودیمیم در تاریخ ۱۳ آگوست ۲۰۲۵ حدود ۱۱۸.۶۰ دلار بر کیلوگرم و دیسپروزیم حدود ۴۵۳.۹۰ دلار بر کیلوگرم گزارش شده است. نئودیمیم از ابتدای سال ۲۰۲۵ رشد ۲۳.۴۱ درصدی داشته، در حالی که دیسپروزیم از ابتدای ۲۰۲۴ رشد ۲۸.۵۵ درصدی را تجربه کرده است. این روند صعودی قیمتی، بر اهمیت افزایش عرضه پایدار تأکید میکند.
مزیت هزینهای بالقوه: "معدنکاری شهری" از پسماندهای موجود استفاده میکند و نیاز به هزینههای گزاف توسعه معادن جدید (۱۰ تا ۱۵ سال زمان و سرمایه قابل توجه) را از بین میبرد. این رویکرد، در صورت تجاریسازی موفق، میتواند ساختار هزینهای رقابتیتری نسبت به روشهای سنتی داشته باشد.
پتانسیل ذخایر: ویکتوریا سالانه بیش از یک میلیون تن خاکستر تولید میکند و ذخایر ملی آن حتی بیشتر است. این حجم عظیم پسماند، یک منبع پایدار و عظیم برای سالهای متمادی فراهم میکند.
تحلیل کیفی و ژئوپلیتیک
امنیت زنجیره تأمین و کاهش وابستگی: در حال حاضر، چین بازیگر غالب در بازار REE است و حدود ۷۰ درصد از تولید جهانی معادن و ۸۷ درصد از تولید تصفیهشده را در سال ۲۰۲۲ کنترل میکند. این تسلط، نگرانیهای ژئوپلیتیکی قابل توجهی را در مورد ثبات زنجیره تأمین برای کشورهای مصرفکننده مانند ایالات متحده، اروپا، ژاپن و کره جنوبی ایجاد کرده است. فناوری موناش میتواند به استرالیا کمک کند تا یک "زنجیره تأمین محلی، پاک و مقاوم" ایجاد کرده و وابستگی خود و شرکای استراتژیکش را به منابع خارجی، به ویژه چین، کاهش دهد. این امر یک گام مهم در راستای تنوعبخشی به منابع و افزایش امنیت ملی کشورهای غربی است.
مزایای زیستمحیطی و اجتماعی: رویکرد "معدنکاری شهری" موناش چالشهای زیستمحیطی و اجتماعی مرتبط با معدنکاری سنتی (مانند تخریب زیستگاهها، آلودگی آب و خاک) را کاهش میدهد. استفاده از پسماندهای موجود (خاکستر ، باطلهها و زبالههای الکترونیکی) نه تنها از ردپای زیستمحیطی جدید جلوگیری میکند، بلکه به پاکسازی ضایعات به جا مانده نیز کمک مینماید. عدم وجود عناصر رادیواکتیو در خاکستر ویکتوریا، ایمنی فرآیند را افزایش داده و ریسکهای نظارتی را کاهش میدهد. این جنبهها، اعتبار زیستمحیطی استرالیا را در تولید کانیهای حیاتی تقویت میکند.
استرالیا نیز با استراتژی مواد معدنی حیاتی 2030-2023 خود، به دنبال رشد بخش کانیهای حیاتی و توسعه فرآوری پاییندستی برای افزایش ارزش اقتصادی و ایجاد اشتغال در داخل کشور است. ابتکار موناش این اهداف را محقق میسازد:
تولیدکنندگان معدنی: برای تولیدکنندگان سنتی REE در استرالیا، این فناوری یک فرصت برای تنوعبخشی به عملیات و کاهش وابستگی به روشهای پرهزینه و دارای ریسک زیستمحیطی ارائه میدهد.
سرمایهگذاران بورسی: سرمایهگذاری در این فناوری نوظهور فرصتهایی در بخش اقتصاد چرخشی و فلزات سبز ایجاد میکند که با اهداف ESG (زیستمحیطی، اجتماعی، حاکمیتی) همسو است.
صنایع مصرفکننده (خودروسازان برقی، انرژی تجدیدپذیر): این صنایع به دنبال زنجیرههای تأمین پایدار، اخلاقی و مطمئن برایREEها هستند. عرضهREEهای تولید شده از پسماند در استرالیا، یک منبع پایدار و از نظر زیستمحیطی مسئولانه را فراهم میکند و به شرکتها کمک میکند تا اهداف پایداری خود را برآورده سازند.
تحلیل سناریو
1. سناریوی خوشبینانه
روند: فناوری موناش به سرعت تجاریسازی شده و در مقیاس وسیع (هم در استرالیا و هم در سطح جهانی) به کار گرفته میشود. سرمایهگذاریهای دولتی و خصوصی قابل توجهی جذب میشود و واحدهای ۱۰۰ لیتری و کارخانههای نمایشی با موفقیت عمل میکنند. کشورهای دیگر نیز به دنبال پیادهسازی این فناوری برای بهرهبرداری از پسماندهای خود هستند.
پیامد برای قیمت و عرضه: عرضه جهانی عناصر نادر خاکی به طور قابل توجهی افزایش مییابد، که میتواند به ثبات قیمتی و کاهش نوسانات شدید کمک کند، به خصوص برای نئودیمیم و دیسپروزیم. وابستگی به یک منبع خاص (چین) کاهش مییابد و زنجیرههای تأمین متنوعتر و مقاومتر میشوند. ممکن است در ابتدا، با افزایش عرضه از منابع جدید، شاهد تعدیل قیمتی باشیم، اما رشد تقاضای بلندمدت، قیمتها را در سطوح جذاب نگه خواهد داشت.
فرصت/ریسک: فرصت عظیم برای سرمایهگذاران در فناوریهای پاک، بازیافت و اقتصاد چرخشی. ریسک برای تولیدکنندگان سنتی REE که نتوانند با مدل هزینهای و زیستمحیطی جدید رقابت کنند.
2. سناریوی بدبینانه
روند: فناوری موناش با چالشهای فنی در مقیاسپذیری روبرو میشود، هزینههای عملیاتی تجاریسازی بالاتر از حد انتظار است، یا حمایت دولتی و سرمایهگذاری صنعتی کافی جلب نمیشود. ممکن است موانع نظارتی غیرمنتظرهای بروز کند.
تأثیر بر بازار: عرضه جدید عناصر نادر خاکی به بازار محدود یا با تأخیر وارد میشود، و وضعیت "وضع موجود" با وابستگی بالا به چین و نوسانات قیمتی ناشی از عدم تعادل عرضه و تقاضا ادامه مییابد. هدف استرالیا برای خودکفایی و تنوعبخشی به زنجیره تأمین با تأخیر یا شکست روبرو میشود.
فرصت/ریسک: ریسک برای سرمایهگذاران اولیه در این فناوری. فرصت برای تولیدکنندگان سنتی REE که سلطه خود را حفظ میکنند. صنایع مصرفکننده همچنان با چالشهای امنیت تأمین و نوسانات قیمتی روبرو خواهند بود.
3. سناریوی ادامه وضع موجود
روند: توسعه فناوری موناش با سرعت فعلی ادامه مییابد اما تأثیر عمدهای بر تولید جهانی در کوتاهمدت و میانمدت (تا ۵ سال آینده) ندارد. وابستگی به منابع سنتی REE و زنجیرههای تأمین موجود (عمدتاً چین) ادامه مییابد. پروژههای معدنکاری سنتی جدید همچنان با چالشهای زیستمحیطی و سرمایهای مواجه هستند.
تأثیر بر بازار: قیمتها عمدتاً تحت تأثیر عوامل کلان جهانی (تقاضای چین و هند، رشد صنعتEV، سیاستهای تجاری) و نوسانات عرضه از منابع سنتی باقی میمانند. بازار REE همچنان حساس به تحولات ژئوپلیتیکی و اختلالات زنجیره تأمین خواهد بود.
ریسکها و فرصتها
ریسکها برای سرمایهگذاران: نوسانات بالای قیمتی، ریسکهای ژئوپلیتیکی، و عدم اطمینان در مورد پایداری زنجیره تأمین. سرمایهگذاری در فناوریهای جایگزین و بازیافت ممکن است با کندی رشد مواجه شود.
فرصتها برای سرمایهگذاران: فرصت برای معاملهگران کوتاهمدت و سرمایهگذاران در شرکتهای معدنی REE موجود که از محدودیت عرضه بهره میبرند. افزایش آگاهی از اهمیتREEها، ممکن است منجر به حمایتهای دولتی بیشتر از پروژههای غیرچینی شود.
تحلیل از دیدگاه ذینفعان مختلف
دانشگاه موناش و محققان: این دانشگاه به عنوان یک پیشرو در نوآوری فناورانه، به دنبال تجاریسازی موفق این روش است تا هم به اهداف علمی و هم به اهداف اجتماعی (حل مشکل پسماند) دست یابد. منافع آنها در کسب جوایز، اعتبار علمی، و جذب سرمایهگذاری برای تحقیقات آینده است.
دولت استرالیا: دولت به دنبال تقویت اقتصاد داخلی، ایجاد شغلهای منطقهای، افزایش امنیت ملی از طریق کاهش وابستگی به زنجیرههای تأمین خارجی و بهبود وجهه زیستمحیطی کشور است. حمایت از این پروژه با "استراتژی مواد معدنی حیاتی" استرالیا کاملاً همسو است.
شرکتهای معدنی سنتیREE: این شرکتها ممکن است در ابتدا این فناوری را به عنوان یک رقیب بالقوه ببینند، اما در بلندمدت میتوانند آن را به عنوان یک فرصت برای تنوعبخشی به سبد تولیدی خود و کاهش ردپای زیستمحیطی عملیات خود بپذیرند.
سرمایهگذاران: پتانسیل بازدهی بالا از سرمایهگذاری در یک فناوری نوآورانه که مشکل پسماند را حل کرده و به امنیت زنجیره تأمین کمک میکند. جذابیت ESG و همسویی با ترندهای جهانی انرژی پاک. نیاز به ارزیابی دقیق ریسکهای تجاریسازی و مقیاسپذیری.
مصرفکنندگان صنعتی (خودروسازان برقی، تولیدکنندگان توربین، صنایع الکترونیک): این صنایع به دنبال منابع پایدار، اخلاقی و مطمئن برایREEها هستند. این فناوری میتواند به آنها یک منبع جدید و باثبات ارائه دهد که ریسکهای زنجیره تأمین را کاهش داده و به اهداف پایداری آنها کمک میکند.
جوامع محلی و گروههای زیستمحیطی: این ذینفعان از کاهش پسماندهای زغالسنگ، کاهش نیاز به معدنکاری جدید و ایجاد فرصتهای شغلی "سبز" در مناطق خود بهرهمند خواهند شد.
جمعبندی
فناوری توسعه یافته توسط دانشگاه موناش نقطه عطفی در مدیریت پسماندهای صنعتی و تأمین عناصر نادر خاکی به شمار میرود. این رویکرد "معدنکاری شهری" نه تنها راه حلی پایدار برای مشکل خاکستر زغالسنگ ارائه میدهد، بلکه پتانسیل دارد تا موقعیت استرالیا را در بازار جهانیREEها تقویت کرده و به امنیت زنجیره تأمین جهانی این فلزات حیاتی کمک شایانی کند.
این گزارش نشان میدهد که در صورت موفقیت تجاریسازی، این فناوری میتواند تولید استرالیا را بیش از دو برابر افزایش دهد و سهم قابل توجهی از عرضه جهانی را به خود اختصاص دهد، که این امر نوسانات قیمتی ناشی از عدم تعادل عرضه و تقاضا را کاهش خواهد داد. از منظر ژئوپلیتیکی، این ابتکار با سیاستهای ملیگرایی منابع همسو بوده و به کاهش وابستگی کشورهای مصرفکننده به یک منبع واحد (چین) کمک میکند. مزایای زیستمحیطی و اجتماعی آن نیز قابل توجه است.
توصیههای عملی
برای سرمایهگذاران
زیر نظر گرفتن پیشرفت تجاریسازی: پیگیری دقیق مراحل تجاریسازی فناوری موناش، به ویژه مقیاسپذیری واحد ۱۰۰ لیتری و عملکرد کارخانه نمایشی. این پیشرفتها سیگنالهای مهمی برای موفقیت آتی خواهند بود.
تمرکز بر "اقتصاد چرخشی": این فناوری در دسته سرمایهگذاریهای "اقتصاد چرخشی" قرار میگیرد. به دنبال شرکتهایی باشید که در توسعه و بهکارگیری این دست فناوریها فعال هستند.
ارزیابی ریسک و پاداش: در حالی که پتانسیل بالاست، ریسکهای اجرایی و فناورانه در هر نوآوری وجود دارد. تنوعبخشی به سبد سرمایهگذاری در بخش کانیهای حیاتی، شامل هم تولیدکنندگان سنتی و هم شرکتهای فناوری نوظهور، توصیه میشود.
توجه به عوامل ژئوپلیتیکی: ادامه نظارت بر سیاستهای تجاری جهانی، تحریمها و ابتکارات ملیگرایی منابع در کشورهای مختلف برای ارزیابی ریسکها و فرصتهای بازارREE.
برای مصرفکنندگان صنعتی
برقراری مشارکتهای استراتژیک: به طور فعال با دانشگاه موناش و شرکای تجاری آن برای تضمین دسترسی به عرضه آتی عناصر نادر خاکی از این منبع جدید و پایدار همکاری کنید.
تنوعبخشی به منابع تأمین: عدم اتکا به یک یا دو منبع اصلی. این فناوری فرصتی برای افزودن یک منبع پایدار و اخلاقی به زنجیره تأمین فراهم میکند.
سرمایهگذاری در تحقیق و توسعه داخلی: با توجه به اهمیتREEها در محصولات نهایی، سرمایهگذاری در R&D داخلی برای بهینهسازی استفاده از این فلزات و بررسی جایگزینها (در صورت لزوم) منطقی است.
ارزیابی اهداف پایداری: استفاده از REEهای تولید شده از پسماند میتواند به شرکتها کمک کند تا اهداف ESG خود را برآورده سازند و به تقاضای مصرفکنندگان برای محصولات "سبزتر" پاسخ دهند.