كانت السرعة أحد المحاور الرئيسة في تقرير مارس التاريخي الصادر عن اللجنة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، والذي أطلق عليه الخبراء “التحذير النهائي”.
قدم التقرير بالتفصيل كيف يتسبب تغير المناخ في إحداث الفوضى في جميع أنحاء العالم، وأظهر أن البشرية تسير في طريقها نحو ارتفاع متوسط درجة حرارة الأرض ليتجاوز عتبة 1.5 درجة مئوية فوق مستوى ما قبل ظهور الصناعة، والتي تصبح بعدها تأثيرات المناخ أكثر حدة، ولا رجعة فيها.
قال الأمين العام للأمم المتحدة أنطونيو جوتيريش: “هذا التقرير هو دعوة واضحة لتكثيف جهود المناخ بسرعة على نطاق واسع من قبل كل بلد وكل قطاع”، واصفًا عمل الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ بأنه “دليل إرشادي لنزع فتيل القنبلة المناخية الموقوتة”.
تشمل الحلول التي تم التأكيد عليها في تقرير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، إزالة الكربون من الغلاف الجوي، وخفض استخدام الوقود الأحفوري، والانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة الخالية من الكربون، ما يعني الاستثمار بكثافة في الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وغيرها من الطاقة النظيفة.
للحد من زيادة درجة الحرارة العالمية عند 1.5 درجة مئوية أو قريبة منها، يجب على جميع البلدان إزالة الكربون، خفض استخدام الوقود الأحفوري، والانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة الخالية من الكربون، وكهربة أكبر عدد ممكن من القطاعات.
سيتطلب ذلك عددًا كبيرًا من توربينات الرياح، والألواح الشمسية، والمركبات الكهربائية (EVs)، وبطاريات التخزين، وكلها مصنوعة من العناصر الأرضية النادرة ومعادن مهمة.
تشمل العناصر الأرضية النادرة الحاسمة لانتقال الطاقة 17 عنصرًا أرضيًا نادرًا، و 15 عنصرًا من اللانثانيدات بالإضافة إلى السكانديوم والإيتريوم.
في حين أن العديد من المعادن و العناصر الأرضية النادرة شائعة بالفعل، إلا أنها تسمى “نادرة” لأنها نادرًا ما توجد بكميات كافية لاستخراجها بسهولة أو اقتصاديًا.
عناصر مثل السيليكون والكوبالت والليثيوم والمنجنيز ليست عناصر أرضية نادرة، ولكنها معادن مهمة ضرورية أيضًا لانتقال الطاقة.
سيكون توفير هذه الكميات الهائلة من المعادن بطريقة مستدامة تحديًا كبيرًا، لكن العلماء يستكشفون مجموعة متنوعة من الطرق لتوفير المواد اللازمة لانتقال الطاقة بأقل ضرر للناس والكوكب.
اقرأ أيضًا.. ننفرد بنشر النسخة العربية من الملخص التنفيذي لـ تقرير IPCC التجميعي الأخير
الطلب يزداد على العناصر الأرضية النادرة
من المتوقع أن ينمو الطلب على العناصر الأرضية النادرة بنسبة 400-600 في المائة خلال العقود القليلة القادمة، ويمكن أن تزيد الحاجة إلى المعادن مثل الليثيوم والجرافيت المستخدم في بطاريات السيارات الكهربائية بنسبة تصل إلى 4000 في المائة.
تستخدم معظم توربينات الرياح مغناطيس نيوديميوم، حديد، بورون، وجميعها تحتوي على العناصر الأرضية النادرة مثل النيوديميوم والبراسيوديميوم لتقويتها، والديسبروسيوم والتيربيوم لجعلها مقاومة لإزالة المغناطيسية.
من المتوقع أن ينمو الطلب العالمي على النيوديميوم بنسبة 48٪ بحلول عام 2050، متجاوزًا العرض المتوقع بنسبة 250٪ بحلول عام 2030.
وقد تتجاوز الحاجة إلى البراسيوديميوم العرض بنسبة 175٪.
ومن المتوقع أيضًا أن يتجاوز الطلب على التيربيوم العرض. ولتلبية الطلب المتوقع بحلول عام 2035 على الجرافيت والليثيوم والنيكل والكوبالت، يتوقع الخبراء أننا بحاجة إلى 384 منجم جديد.
كانت الصين توفر 97 في المائة من العناصر الأرضية النادرة في العالم. لقد مكنها الدعم الحكومي والعمالة الرخيصة واللوائح البيئية المتراخية والأسعار المنخفضة من احتكار إنتاج المعادن الأرضية النادرة.
تنتج الصين اليوم 60-70 في المائة من العناصر الأرضية النادرة في العالم وتؤمن أيضًا حقوق التعدين في إفريقيا.
تنتج الولايات المتحدة ما يزيد قليلاً عن 14 في المائة وتنتج أستراليا ستة في المائة من العناصر الأرضية النادرة.
في عام 2018، كانت الولايات المتحدة تعتمد بنسبة 100 في المائة على البلدان الأخرى للحصول على 21 من المعادن المهمة.
بعد أن أوقفت الصين صادرات العناصر الأرضية النادرة إلى اليابان بسبب الصراعات الجيوسياسية، أصبحت العديد من الدول قلقة بشأن الآثار السياسية والاقتصادية للاعتماد على سوق واحدة، وبدأت في تطوير إنتاجها الخاص من العناصر الأرضية النادرة.
وكانت العناصر النادرة أيضًا محورًا مهمًا في الصراع الجيوسياسي البارد بين الصين والولايات المتحدة، حيث تحتكر الصين معظم العناصر النادرة، الموجودة في أراضيها.
أعطت إدارة بايدن، على سبيل المثال، الأولوية لتطوير سلسلة التوريد المحلية للمعادن الأرضية النادرة والمعادن الهامة.
التأثيرات البيئية للتعدين
غالبًا ما يتسبب التعدين في تلوث الأرض والمياه والهواء، وانتشار النفايات السامة، ونضوب المياه، وإزالة الغابات، وفقدان التنوع البيولوجي، والاضطراب الاجتماعي.
على الرغم من حقيقة أنه يخضع للوائح البيئية الفيدرالية والولائية، فإن تعدين المعادن هو الملوث السام الأول في الولايات المتحدة.
من الصعب استخراج العناصر الأرضية النادرة دون التسبب في أضرار بيئية بسبب طريقة استخراجها.
تتضمن إحدى الطرق إزالة التربة السطحية، ثم إنشاء حوض ترشيح حيث تُستخدم المواد الكيميائية لفصل العناصر الأرضية النادرة عن الركاز.
يمكن أن تتسرب المواد الكيميائية السامة إلى المياه الجوفية وتسبب التعرية وتلوث الهواء.
أسلوب آخر هو الحفر في الأرض واستخدام الأنابيب والخراطيم البلاستيكية لضخ المواد الكيميائية في الأرض.
ثم يتم ضخ المزيج الناتج في أحواض الترشيح للفصل، مما يؤدي إلى نفس المشكلات البيئية.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن العناصر الأرضية النادرة توجد غالبًا بالقرب من الثوريوم المشع واليورانيوم، فإن النفايات المتبقية بعد فصل العناصر الأرضية النادرة عن المخلفات، تحتوي على مواد كيميائية وأملاح ومواد مشعة.
عادة ما يتم تخزين المخلفات في البرك التي يمكن أن تتسرب وتلوث موارد المياه.
ذكرت مجلة Harvard International Review أن التعدين لإنتاج طن واحد من العناصر الأرضية النادرة ينتج عنه ما يقرب من 30 رطلاً من الغبار، و 9600-12000 متر مكعب من غاز العادم بما في ذلك مواد مثل حمض الهيدروفلوريك وثاني أكسيد الكبريت، و 75 مترًا مكعبًا من مياه الصرف الصحي، وطن واحد من بقايا مشعة، أي 2000 طن من النفايات السامة إجمالاً.
أنتج أكبر منجم للعناصر الأرضية النادرة في العالم، Bayan-Obo في الصين، أكثر من 70000 طن من نفايات الثوريوم المشعة التي يتم تخزينها في بركة مخلفات تسربت إلى المياه الجوفية.
كما أن التنقيب عن معادن أخرى مثل الكوبالت (اللازم لبطاريات المركبات الكهربائية) ملوث أيضًا.
تطلق عملية استخراج الكوبالت، الكبريتيد في الهواء والماء، مكونًا حامض الكبريتيك.
يمكن أن تلوث هذه المياه الحمضية الجداول أو تتسرب إلى المياه الجوفية.
تسبب منجم واحد في حزام الكوبالت في أيداهو بالولايات المتحدة، والذي استخرج الكوبالت والفضة وخام النحاس، في تلويث المنطقة كلها وروافد نهر السلمون.
اقرأ أيضًا.. 3 اتجاهات تلعب دورًا رئيسا في تحول قطاع الطاقة والموارد مستقبلًا .. إزالة الكربون أبرزها
كيف يمكننا توفير انتقال الطاقة بشكل أكثر استدامة؟
مع تزايد الطلب على العناصر الأرضية النادرة والمعادن الهامة، من المرجح أن تستمر ممارسات التعدين التي تضر بالبيئة، إن لم تزداد.
قالت بيرين توليدانو، مديرة البحوث والسياسات في مركز كولومبيا للاستثمار المستدام: “قد يتسبب هذا الضغط في تجاهل وتهميش الضمانات البيئية والضمانات الاجتماعية من أجل التعجيل بالعملية، نحن نعلم أن هناك الكثير من الضغوط الجارية في بعض البلدان، في أفريقيا وأماكن أخرى، مما يعني أن الحكومات قد لا يكون لديها الوقت لاستخدام الإجراءات القانونية الواجبة، لذا قد يعيدنا ذلك إلى مسألة الاستدامة”.
يعمل الباحثون على إيجاد طرق لجعل التعدين أكثر استدامة أو غير ضروري.
فيما يلي بعض الأمثلة، معظمها لا يزال في مرحلة التجريب وغير جاهز بعد للتطبيق على نطاق واسع.
التعدين الأحيائي
تبحث مجموعة متنوعة من المعامل حول العالم عن طرق لاستخدام علم الأحياء في التعدين.
يعمل علماء جامعة كورنيل على تطوير ميكروبات “التعدين الحيوي” لإنتاج الأحماض العضوية التي ترشح العناصر الأرضية النادرة من الخامات أو النفايات الإلكترونية المعاد تدويرها.
إنهم يدرسون أي الجينات أفضل في التبييض البيولوجي، ثم يجبرون الطفرات على تلك الجينات لجعل الميكروبات أكثر كفاءة.
يستخدم الباحثون في جامعة هارفارد بكتيريا من الطحالب البحرية كمرشح، ثم يقومون بصب محلول من عدة عناصر أرضية نادرة من خلاله. فتمتص البكتيريا جميع العناصر. يُغسل المرشح بعد ذلك بمحاليل مختلفة من موازين الأس الهيدروجيني، كل منها يتيح فصل العناصر الأرضية النادرة المختلفة.
كما يعمل باحثون في ألمانيا على استخدام أنواعًا جديدة من البكتيريا الزرقاء لامتصاص العناصر الأرضية النادرة من تعدين مياه الصرف الصحي أو النفايات الإلكترونية المعاد تدويرها.
يمكن استخدام هذه الطريقة حتى مع تركيزات منخفضة من العناصر الأرضية النادرة.
كهرباء
يستخدم الباحثون الصينيون التيارات الكهربائية لتحرير العناصر الأرضية النادرة الثقيلة، تلك التي تحتوي على أعداد ذرية عالية مثل الديسبروسيوم والتيربيوم، من الخامات.
تخلق الطريقة الكهربية الجديدة حقلاً كهربائيًا فوق التربة وتحتها، مما يحسن من كفاءة الترشيح بحيث تكون هناك حاجة إلى كميات أقل من المواد الكيميائية.
تستخرج الطريقة عناصر أرضية نادرة أكثر من التعدين التقليدي مع تلوث أقل.
الزراعة
إذا كانت التربة غنية بالنيكل والكروم والكوبالت وتفتقر إلى العناصر الغذائية الأساسية، فقد لا يمكن استخدامها في الزراعة الغذائية، ولكن يمكن استخراج المعادن من النباتات الصالحة للزراعة فيها.
التعدين الزراعي، أو التعدين النباتي، يقوم على زرع نباتات “مفرطة التراكم” قادرة على امتصاص وتخزين المعادن من التربة في أجزاءها النباتية.
في فرنسا، يقوم العلماء بزراعة نباتات شديدة التراكم لحصاد النيكل، وهو عنصر حاسم في البطاريات وتقنيات الطاقة المتجددة.
بعد حصاد النباتات، يتم تجفيفها وحرقها، حيث يكون الرماد الناتج أكثر ثراءً بالنيكل من أي خام آخر.
تغسل النباتات ثم يتم استخلاص النيكل بواسطة حمض عند درجة حرارة عالية؛ ثم يتم ترشيح المحلول لإزالة الرماد واستعادة النيكل.
تستخدم العملية الكلية طاقة أقل بكثير من التعدين التقليدي، ويمكن أيضًا استخدامها لتطهير التربة الملوثة، مما يجعلها خصبة بما يكفي لزراعة المحاصيل.
على مر السنين، اكتشف الباحثون حوالي 700 من هذه النباتات حول العالم، ويتم اكتشاف وزراعة المزيد لتحسين قدراتها على امتصاص المعادن.
معظم هذه النباتات تراكم النيكل داخلها، لكن بعضها يمتص الثاليوم والزنك والنحاس والكوبالت والمنجنيز.
استبدال المواد
تتمثل إحدى استراتيجيات تقليل الطلب على العناصر الأرضية النادرة في قيام الشركات المصنعة ومصممي المنتجات بهندسة المنتجات التي تستخدم القليل من العناصر الأرضية النادرة أو لا تستخدمها على الإطلاق، أو استبدال العناصر الأرضية النادرة بمواد جديدة أو مختلفة.
على سبيل المثال، صنعت BMW و Renault بعض سياراتهم الكهربائية بدون عناصر أرضية نادرة.
في حين أن هذا قد يجعل البطاريات أقل قوة، إلا أن ذلك يمكن التغاضي عنه لأن السيارات التي تعمل بشكل أساسي في المدن قد لا تحتاج إلى بطارية عمرها طويل.
أعلنت شركة Tesla مؤخرًا أن الجيل القادم من المحركات الكهربائية لن يستخدم أي عناصر أرضية نادرة.
علاوة على ذلك، منذ عام 2017، قللت الشركة من استخدامها للأتربة الثقيلة النادرة في طرازها 3s بنسبة 25 بالمائة.
على صعيد آخر، يطور العلماء في جامعة نورث إيسترن مادة بديلة للمغناطيسات الأرضية النادرة تسمى رباعي التراتينيت.
عثر على التيتراتينيت فقط في النيازك، لكن الباحثين يحاولون إعادة إنشاء عملية استغرقت ملايين السنين من خلال إعادة ترتيب التركيب الذري لمكونات النيكل والحديد داخل المختبر.
كما يدرس الباحثون في معهد المواد الحرجة في مختبر أميس بدائل المغناطيس. وطوروا بالفعل طرقًا للتنبؤ بالمواد التي يمكن تحويلها إلى مغناطيس.
اقرأ أيضًا..هذه التقنيات الخمس هي أفضل أسلحتنا لـ مواجهة تغير المناخ
ماذا عن إعادة تدوير النفايات الإلكترونية؟
قدر برنامج الأمم المتحدة للبيئة أنه تم إنتاج أكثر من 53 مليون طن من النفايات الإلكترونية في عام 2019، بما في ذلك ما قيمته 57 مليار دولار من المواد الخام المزودة بعناصر أرضية نادرة ومعادن ثمينة مثل البلاتين والذهب والفضة.
إعادة تدوير هذه العناصر والمعادن القيمة يمكن أن يقلل من كمية التعدين المطلوبة في المستقبل.
على سبيل المثال، قالت دراسة صدرت عام 2018 إنه يمكن لعمليات إعادة التدوير أن تساعد في تلبية حوالي 30 بالمائة من الطلب المستقبلي على النيوديميوم والبراسيوديميوم والديسبروسيوم.
ومع ذلك، وجدت الدراسة أنه يتم إعادة تدوير حوالي واحد بالمائة فقط من العناصر الأرضية النادرة من المنتجات التي تتضمنها.
تقوم اليابان بإعادة تدوير نفاياتها الإلكترونية للحصول على مواد نادرة منذ عام 2010.
أما الولايات المتحدة، التي تأتي في المرتبة الثانية بعد الصين في إنتاج النفايات الإلكترونية، فقد أعادت تدوير 15 بالمائة فقط من نفاياتها الإلكترونية في عام 2019؛ في المقابل، أعادت أوروبا تدوير 42.5 في المائة من نفاياتها الإلكترونية في نفس العام.
تتم إعادة التدوير إما من خلال ترشيح الأحماض لفصل أكاسيد وأملاح العناصر الأرضية النادرة، ثم وتسخين المعادن وذوبانها، أو باستخدام الكهرباء لفصل المواد، وبالتالي، فإن إعادة التدوير لها آثارها البيئية الخاصة.
لذلك، يستكشف الباحثون طرقًا جديدة مثل الترشيح بالموجات فوق الصوتية والترشيح الحيوي.
طور باحثو جامعة بوردو طريقة مبتكرة وغير مكلفة لإعادة تدوير رماد الفحم وفصل العناصر الأرضية النادرة عن الشوائب الأخرى، باستخدام مواد غير مكلفة وفعالة.
يقول العلماء إن رماد الفحم غني بالعناصر الأرضية النادرة مثل بعض الخامات، وإنه يمكن توسيع نطاق هذه التقنية، لاسترداد المواد القيمة من 129 مليون طن من رماد الفحم التي تنتجها الولايات المتحدة سنويًا.
لكن بشكل عام، لا تزال عمليات إعادة تدوير النفايات الإلكترونية تواجه معوقات مثل عدم كفاية البنية التحتية وعمليات التجميع باهظة الثمن وغير الفعالة.
تحت البحر وفي الفضاء
يمكن قريبًا إعطاء الضوء الأخضر للتعدين في أعماق البحار، حيث تعمل السلطة الدولية لقاع البحار على وضع اللمسات الأخيرة على لوائح تعدين قاع المحيط في أعماق البحار.
تريد شركة Nauru Ocean Resources Inc، وهي تابعة لشركة معادن كندية، استخراج العقيدات المتعددة المعادن من قاع المحيط بين هاواي والمكسيك.
تحتوي هذه العقيدات على الكوبالت والنيكل والنحاس والمنجنيز الضروري لصنع البطاريات.
سيتطلب جمعها آلات كبيرة تتخلص من قاع المحيط، وتولد غيومًا من الرواسب وربما تعطل النظم البيئية البحرية.
يقول بعض الخبراء إن هذا قد يعرض خدمات النظام البيئي التي توفرها الميكروبات البحرية، وأساس الشبكة الغذائية، وقدرة المحيط على تخزين الكربون للخطر، وذلك قبل أن يفهم العلماء المدى الكامل لفوائدها.
يقول تقرير جديد صادر عن منظمة Fauna & Flora International، وهي منظمة للحفظ، أن التعدين في أعماق البحار من شأنه أن يتسبب في أضرار واسعة النطاق لا رجعة فيها.
دعت ألمانيا وفرنسا وإسبانيا وتشيلي ونيوزيلندا وكوستاريكا والعديد من دول جزر المحيط الهادئ وغيرها، إلى فرض حظر على التعدين في أعماق البحار حتى يمكن تقييم الآثار على البيئة البحرية بشكل كامل.
مع نمو الآثار البيئية لأراضي التعدين وقاع المحيط، يمكن أن يصبح التعدين في الفضاء خيارًا قابلاً للتطبيق وأكثر استدامة.
لن تكون انبعاثات غازات الاحتباس الحراري مهمة في الفضاء، ولن تكون هناك أنظمة بيئية تتلف، على الرغم من أن التعدين من شأنه أن يلحق الضرر بالبيئات البكر.
تنص معاهدة الفضاء الخارجي لعام 1967، التي وقعتها 113 دولة، على أن الفضاء مجاني للاستكشاف والاستخدام من قبل جميع البلدان، وأنه لا يمكن لأي دولة أن تدعي ملكية الأجرام السماوية، لكن ليس من الواضح كيف يمكن تطبيق ذلك على استغلال الموارد على القمر أو الكويكبات.
شكلت الأمم المتحدة مجموعة لتطوير مبادئ استكشاف واستغلال لهذه الموارد الفضائية.
تحتوي التربة الموجودة على سطح القمر على العديد من العناصر القيمة، بما في ذلك السيليكون اللازم للألواح الشمسية ورقائق الكمبيوتر، والحديد، والمغنيسيوم، والألمنيوم، والمنجنيز، والتيتانيوم، والنيوديميوم، وعناصر مجموعة البلاتين.
رغم أن الأرض تحتوي على وفرة أكبر من العناصر الأرضية النادرة، لكن القمر يمكن أن يحتوي أيضًا على عناصر أرضية نادرة بتركيزات منخفضة.
لا يزال للتعدين الفضائي بعض التأثيرات البيئية على الغلاف الجوي للأرض، ولكن أقل بكثير من التعدين على الأرض نفسها.
في عام 2018، قام باحثون في جامعة باريس ساكلاي في فرنسا بحساب انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من إطلاق الصواريخ، واحتراق وقود الصواريخ، والعودة إلى الغلاف الجوي.
كشفوا عن أن استخراج كيلوجرام من البلاتين من كويكب ما سيؤدي إلى إطلاق 150 كيلوجرامًا من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض، بينما ينتج عن إنتاج كيلوجرام من البلاتين على الأرض 40 ألف كيلوجرام من ثاني أكسيد الكربون.
تابعنا على نبض