Редкоземните елементи: Съвременни методи за търсене на нови находища на Земята и в космоса

Редкоземните елементи са незаменими за модерната индустрия и прехода към възобновяеми източници на енергия, което ги прави стратегически ресурс с нарастващо геополитическо значение.

Има постоянен научен интерес към разработване на по-екологични методи за добив и рециклиране, както и да се търсят нови находища (дори в космоса), което да намали зависимостта от ограничените първични източници.

Рециклирането на редкоземни елементи

Рециклирането на редкоземни елементи става все по-значимо, тъй като тези метали са стратегически ресурси, от които зависи производството на съвременни технологии – от електроника и енергийни системи до военна техника. Освен това, рециклирането намалява зависимостта от първични, често геополитически чувствителни находища, и намалява екологичните въздействия от добива.

Основните предизвикателства пред рециклирането на редкоземните елементи са фактът, че те често са интегрирани в сложни устройства, където са смесени с други метали и материали, което затруднява разделянето им. Друг проблем е нелесното им извличане - химичната и физическата природа на редкиземните затруднява традиционните методи за добив, като често се изискват специализирани процеси.

Различните компоненти на iPhone са приготвени за рециклиране. Кредит: ETX

Методи за рециклиране:

1. Механично разделяне: Физическа обработка на електронни отпадъци чрез раздробяване и сортировка. Този етап подготвя материалите за следващите химически процеси.

2. Химическо екстрахиране: Използване на киселини, разтворители или йонообменни смоли за разтваряне на матрицата и отделяне на РЗЕ от другите материали.

3. Биотехнологични подходи: Изследват се микроорганизми и биохимични процеси, които могат селективно да абсорбират или разтварят редкиземните елементи, предлагайки по-екологична алтернатива на традиционните методи.

В момента тенденциите са към усъвършенстване на химическите процеси с цел по-висока ефективност и по-ниски разходи, разработка на интегрирани системи, които съчетават механичното, химическото и биологичното третиране. и повишено внимание към екологичните аспекти чрез минимизиране на използваните химикали и отпадъците.

Търсене на нови находища

Традиционните находища, особено в Китай, доминират световния пазар, но нарастващото търсене и екологичните притеснения стимулират търсенето на нови източници. Новите находища включват:

Разсипни залежи

Редкоземните елементи могат да се намират в т.нар. "разсипни минерални находища", които представляват натрупвания по земната повърхност на дребни скални отломки или минерали, възникнали вследствие разрушаването и отнасянето на основни находища на полезни изкопаеми или в минерални отпадъци от други минни операции или промишлени остатъци. Макар редкоземните елементи тук да са в малки концентрации, количеството им допуска икономически изгодното им извличане.

Океански и морски седименти

Изследват се възможностите за извличане на редкиземни от морските утайки и пясъчни плажове, въпреки техническите предизвикателства.

Геоложки региони с по-малко разработени находища

Изследванията се насочват към райони в Африка, Южна Америка и Азия, където може да се съдържат нови залежи, все още неразкрити в мащаб.

Изглед към откритата мина за редкоземни елементи Лайнъс (Lynas) в Лавъртън, Западна Австралия. Кредит: Facebook pic/Lynas Western Australia

Тенденции в търсенето на нови находища

Тенденцията е да се използват нови технологии в геоложкото картографиране като спектроскопия и геофизични методи като съвременните сензори и техники, включително въздушна и сателитна картография, които позволяват по-прецизно идентифициране на потенциални залежи.

Анализът на големи обеми (big data) от геоложки данни с помощта на машинно обучение подпомага предвиждането на нови местоположения на редкиземни минерали.

Комбинираните усилия за рециклиране и откриването на нови находища са от съществено значение за осигуряването на дългосрочна стабилност на доставките на редкиземни елементи. Тези подходи не само намаляват екологичния отпечатък от традиционния добив, но и стимулират развитието на нови технологии, които ще подкрепят прехода към по-екологични и устойчиви индустриални практики.

Добив на редкоземни елементи от астероиди

Ограничените земни запаси на диспрозий, тербий и неодим (ключови за батерии, магнити и електроника) биха могли да бъдат попълнени от космоса. Космическият добив би избегнал унищожаването на екосистеми и замърсяването, характерни за минната индустрия на Земята.

Добивът на редкоземни елементи от астероиди е концепция, която изглежда като научна фантастика, но всъщност е сериозно изследвана и потенциално постижима технология! Астероидите са богати на различни метали и редки минерали, включително платинени групи, никел, кобалт и потенциално редкоземни елементи.

Астероидите са остатъци от ранните етапи на формирането на Слънчевата система и съдържат концентрирани количества метали и минерали. Някои астероиди имат състав, много подобен на земната мантия или ядро, което означава, че там може да има висока концентрация на редкоземни елементи, които на Земята са разпръснати в малки количества.

Разбира се, космическият добив на редкоземни елементи има много проблеми, включително технологични бариери, високи разходи, а и космическото право е неясно по отношение на собствеността върху извънземните ресурси, макар че договорът на ООН за космоса позволява изследване и ползване на ресурси.

Но вече има някои държавни агенции и части компании, които работят по този въпрос:

НАСА стартира мисията Psyche на 13 октомври 2023 г. от космическия център Кенеди за изследване на 16 Психея, голям богат на метал астероид, разположен в Главния астероиден пояс между Марс и Юпитер. Освен научните задачи, мисията има за цел да се изучи състава на астероида Психея, за който се подозира, че съдържа значителни количества редки метали. Тази мисия ще пристигне през август 2029 г. и след това ще продължи поне 21 месеца, за да картографира орбитата и да проучи свойствата на астероида.

Европейска космическа агенция също се присъединява към надпреварата за космически ресурси. ЕКА разработва технология за използване на ресурсите на място, налични на Луната, за да се намали зависимостта от скъпи доставки от Земята и да се даде възможност за по-устойчиво присъствие в космоса. Почвата на Луната или реголитът може да бъде обработен за извличане на годен за дишане кислород и метали, като силиций, желязо и алуминий за строителството, докато водният лед от сенчестите кратери може да осигури питейна вода, допълнителен кислород и водород за ракетно гориво.

Нужните за човечеството благородни метали може да се намерят в астероидите от тип М (метален). Кредит: Royalty-Free photo: Grey planet | PickPik, Public Domain List

През 2015 г. американският Конгрес приема законопроекта HR 2262, даващ право на американски граждани за владение на ресурси, добити извън границите на планетата Земя, а също уреждащ и други детайли за комерсиализацията на космоса, например, поддръжката на НАСА от частни космически компании до 2025 г.

Конгресмените наричат този законов акт "SPACE Act of 2015", което е акроним на "Spurring Private Aerospace Competitiveness and Entrepreneurship" (Стимулация на предприемачеството и конкуренцията в областта на частното усвояване на космоса").

Добивът на космически ресурси от астероиди постепенно влиза в плановете на частната инициатива. През 2014 г. две американски частни компании са получили лиценз от НАСА за разработване на астероиди. Компаниите Deep Space Industries, Asteroid Mining Corporation и Planetary Resources (сега част от ConsenSys) имат намерение да започнат добив на полезни изкопаеми от астероидния пояс в обозримото бъдеще

Калифорнийската стартъп компания AstroForge ще даде своя принос за комерсиализиране на минното дело в космоса с първата частна мисия за кацане на друго тяло извън системата Земя-Луна. Мисията включва космическия кораб на компанията Vestri, който да кацне на астероид близо до Земята, но кой точно, не е оповестено. Компанията обяви новата мисия заедно с подробности за 40 милиона долара ново финансиране.

SpaceX, макар и не пряко фокусирана върху добив, SpaceX работи по ракети, които биха направили космическия добив по-достъпен.

Deep Space Industries има амбиции да добива ресурси от астероиди. Кредит: DSI

Макар че мащабен добив на полезни изкопаеми от астероиди може да е на десетилетия разстояние, бързите темпове на развитие на космическите технологии (по-евтини ракети, по-добра роботика, AI) правят тази перспектива все по-реалистична. Възможно е до средата на века да видим първите космически мини, които добиват ценни елементи за нуждите на Земята и бъдещите космически колонии.

Още по темата

27/02/2025

Физика

Редкоземните елементи: По света и в Украйна, и почти всичко, което трябва да знаете за тях

02/09/2024

Космос

Първата частна мисия до астероид ще бъде на стартъп за добив на ценни метали

13/10/2021

Земята

Чист добив с бактерии, хранещи се с метал

20/07/2015

Космос

Стартира първият апарат за добив на полезни изкопаеми в космоса