فلزاتی برای آینده کم کربن (بخش نخست)

این 6 فلز برای آینده بدون کربن مهم هستند

انتظار میرود که با تلاش جهانی برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای، استقرار تجدیدپذیرها (انرژی و..) و وسایل نقلیه الکتریکی به سرعت افزایش یابند.

این فنآوریهای کم کربن در حال حاضر به مواد کلیدی انگشت شماری متکی میباشند. برخی از آنها تا کنون استفاده اندکی داشتهاند. این، پرسشهایی را در مورد اینکه آیا مقادیر کافی از این مواد برای معدنکاری جهت تضمین توسعه آن وجود دارد، را ایجاد مینماید. برخی دیگر، نگران ظهور تنگناهای احتمالی میباشند، زیرا تولید فلزات برای تأمین تقاضا افزایش مییابد، یا اینکه اثرات زیست محیطی معدنکاری میتواند نتیجه ذخیره کردن(کاهش) کربن را در جای دیگری متاثر سازد (دیگر پیامدهای منفی احتمالی).

در این تحلیل نگاهی به برخی از قابل توجه ترین فلزات جذاب شده است و اینکه از کجا تامین میشوند، مقادیر موجود آنها و اینکه آیا آنها توانایی مقابله با ریسکهای پیش روی اهداف اقلیمی توافق نامه پاریس را دارند، مورد بررسی قرار گرفته است:

کدام فلزات برای فن آوری کم کربن مورد نیاز می باشند؟

چه مقدار از این فلزات مورد نیاز خواهد بود؟

فلزات کم کربن از کجا تامین خواهند شد؟

آیا افزایش قیمت به این معنی مقادیر کم جهانی فلزات کلیدی است؟

آیا کمبودها باعث توقف کربن زدایی میشوند؟

چه مشکلاتی پیامد استخراج آنها خواهد بود؟

 

کدام فلزات برای فن آوری کم کربن مورد نیاز میباشند؟

فنآوریهای انرژی پاک اغلب به برخی فلزات کلیدی متکی میباشند که برای تداوم، به توسعه آنها نیاز میباشد. به ویژه دو فلز لیتیوم و کبالت، با وجود استفاده فلزات دیگر، ترس از زنجیره تامین آنها در سالهای اخیر همواره وجود داشته است.

لیتیوم، یک فلز نرم به رنگ سفید-نقرهای که سبک ترین عنصر جدول تناوبی میباشد،  یک جزء حیاتی در باتریهای لیتیومی-یونی است. این فلز در هر وسیلهای از تلفنهای هوشمند تا خودروهای الکتریکی (EVs)، بزرگترین مصرف کننده آنها، مورد استفاده قرار میگیرند. باتری لیتیومی-یونی باتری منتخب برای غالب سازندههای خودرو مانند تسلا، بی ام و، فورد و نیسان میباشند.

فرآوری باتری لیتیومی-یونی برای خودروی الکتریکی Chevrolet’s Volt . منبع: Jim West / Alamy Stock Photo

 

کبالت، یک فلز خاکستری- نقره ای اغلب محصول جانبی معدنکاری مس و نیکل میباشد، دیگر مولفه ضروری در کاتد باتریهای لیتیومی-یونی است. این فلزات استفادههای متنوعی در دیگر صنایع و کاربردهای نظامی دارد.

نیکل مولفه دیگر مورد نیاز برای باتریها میباشد، انتظار میرود که هواره نسبت بزرگی از باتریهای آینده را تشکیل دهد. نیکل در گذشته برای موارد دیگر، به ویژه در تولید فولاد ضد زنگ مورد استفاده قرار میگرفت، و معادن این فلز در کشورهای بسیار زیادی توزیع شدهاند، این بدان معنی است که نگرانی کمتری در مورد تامین آن وجود دارد.

منگنز نیز در باتریها مورد استفاده قرار میگیرد، به علاوه اینکه یک جزء اساسی در فولاد بوده و کاربرد گستردهای در جای دیگر مانند غذای دام دارد.

مس به عنوان یک رسانا در صنعت برق (بادی)، سیمکشیهای معمولی موتورها و سکهها مورد استفاده قرار میگیرد. مس و منگنز در میان بیشترین فلزات استخراج شده دنیا قرار دارند.

فلزات نادر خاکی، موسوم به عناصر نادر خاکی (REEs)، گروهی 17 گانه از عناصر با ترکیب شیمیایی مشابه میباشند. هر کدام ویژگیهای منحصر به فردی دارد، که این ویژگی آنها در زمره مهمترین مولفههای در محدودهای از فنآوریها از روشنایی کم مصرف و مبدلهای کاتالیک تا آهنرباهای مورد استفاده در توربینهای بادی، خودورهای الکتریکی و دیسکهای سخت کامپیوتری، گنجانده است. نئودیمیوم و پراسودیمیوم، همراه با یکدیگر موسم به "NdPr"، که در مگنتهای موتورهای الکتریکی کاربرد دارند، به دلیل رشد تقاضا و قیمتشان اخیرا در صدر اخبار قرار گرفتهاند.

گزارشهای منتشر شده وزارت انرژی آمریکا و اتحادیه اروپا عناصر نادر خاکی، کبالت و چندین فلز دیگر را بر اساس اهمیت آنها برای انرژی پاک، ریسک بالای تامین و فقدان جایگزین در دسته مواد حیاتی قرار دادهاند.

بسیاری از دیگر فلزات با گستردگی کم و زیاد در تولید انرژی پاک و فن آوری کم کربن مورد استفاده قرار میگیرند. به عنوان مثال، ایندیم و گالیم که در پوششهای نوار فتوولتائیک کاربرد دارند، توسط اتحادیه اروپا به عنوان مواد حیاتی گزارش شدهاند.

گزارش بانک جهانی (2017)، دهها فلز را نام برد که با افزایش استفاده از باد، خورشید و باتری میتوانند بازار رو به رشدی داشته باشند. جدول زیر از بانک جهانی، فلزات اکتشاف شده، سناریوها و کاربردهای آنها را در فن آوریهای کم کربن را نشان میدهد.

 

البته، این فلزات نه تنها در فنآوریهای کم کربن، بلکه در هر وسیله ای از تلفنهای هوشمند تا ساخت سلاح مورد استفاده قرار میگیرند.

 

مطابق نظر دیوید آبراهام، فلزات نادر مانند کبالت و REEs، نسبت به مس با حجم تولید میلیونها تن در سال، به میزان صدها یا هزاران تن تولید میشوند، اکنون پایه و اساس صنایع مدرن جهانی مانند صنعت انرژی پاک میباشند. دنیا همانطور که اکنون به نفت وابسته است، بسیار سریع به آنها وابسته خواهد شد.

" امروزه شرکتها از عناصری استفاده میکنند که دانشمندان دههها قبل آنها را به عنوان ناخالصیهای محض (از کانسنگ) جدا میکردند.... اکنون ما شاهد یک تغییر و جابجایی اساسی درتقاضای منابع خودمان میباشیم. در هیچ مقطع تاریخ بشریت از عناصر بیشتر، در ترکیبهای بیشتر و در مقادیر به طور فزاینده تصفیه شده استفاده نکردهایم. نبوغ ما به زودی از ذخایر مواد ما پیشی خواهد گرفت."

 

چه مقدار از این فلزات مورد نیاز می باشد

به طور گستردهای اذعان شده است که برای برآوردن اهداف توافق نامه پاریس مبنی بر محدود کردن گرمایش در "زیر 2 درجه سانتیگراد" و تلاش برای 1/5 درجه سانتیگراد، به پیشرفت سریع فن آوریهای کم کربن نیاز است.

مطابق گزارش بانک جهانی، این آینده کم کربن قویا تقاضامند محدودهای از فلزات پایه و گرانبها میباشد. به موازات مواد مد نظر مانند کبالت، لیتیوم و عناصر نادر خاکی، فلزاتی چون آلومنیوم، نقره، سرب، نیکل و روی نیز حضور دارند.

"این انتظاری منطقی است که سیستمهای انرژی کم کربن به احتمال زیاد نسبت به سیستمهای کربن زیاد، وابستگی بیشتری به فلزات نداشته باشند. درواقع، تمامی نوشتارهای پیرامون نتایج بررسی مواد و فلزات برای تأمین فنآوریهای پاک، کاملاً اذعان میدارند که ساخت این فنآوریها نسبت به مکانیسمهای سوخت فسیلی سنتی منجر به تقاضای شدید مواد خواهد شد".

یک گزارش مستقل از برنامه محیط زیست سازمان ملل متحدد (UNEP)، یافتههای مشابهی داشته است. این گزارش محاسبه نموده است که فنآوریهای کم کربن تا سال 2050 با سناریوی 2 درجه سانتیگراد در مقایسه با سناریوی 6 درجه سانتیگراد با حفظ تدام وضعیت فعلی سوختهای فسیلی، به بیش از 600 میلیون تن منابع عمدتا فلزی نیاز دارد. با اینحال، سناریوی 2 درجه سانتیگراد، سالانه بیش از 2 میلیارد متر مکعب آب را ذخیره خواهد نمود (جلوگری از هدر روی و مصرف) و در کل 150 هزار کیلومتر مربع زمین کمتری مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

حفظ تعادل فنآوریها و مصرف فلزات مورد استفاده در 30 سال آتی غیر ممکن خواهد بود. اما برخی تحلیلگران در مورد کمبود منابع لیتیوم و کبالت با کاربرد فزاینده باتریهای ذخیره انرژی و خودروهای الکتریکی، هشدار دادهاند. همچنین هراسهایی پیرامون توسعه چرخه "رونق و رکود" برای عناصر نادر خاکی مانند نئودیمیوم وجود دارد.

به منظور ارزیابی احتمال یک کمبود، بررسی تخمینهای موجودیت انجام شده توسط سازمان زمین شناسی آمریکا برای بیش از 100 کانی و فلز، مانند بسیاری از فلزات کلیدی برای فنآوریهای کم کربن، راهگشا و مفید خواهد بود.

 

 JOCELYN TIMPERLEY

 

 پایان بخش نخست