Современный мир стремится идти по пути отказа от ископаемого топлива и перехода на различные электронные системы и электродвигатели. Для их работы обязательно должны использоваться редкоземельные металлы, и именно они займут центральное место в «зеленой революции», поскольку пока только с их помощью можно создать высокопроизводительные магниты. А они, в свою очередь, необходимы в процессе получения возобновляемой энергии. Например, они часто используются в таких механизмах, как ветряные турбины, высокотехнологичные генераторы и электромобили. Однако достать эти столь востребованные материалы не всегда легко. Но отчаиваться не стоит, ведь ученые видят решение в загадочном металле, который имеет космическое происхождение.
Редкоземельных металлов не очень мало, но их сложно добывать и находятся они почти все в одной стране.
Содержание
Где добывают редкоземельные металлы
Несмотря на свое название, редкоземельные металлы не так уж и редки, но они рассеяны по земной поверхности в относительно низких концентрациях. Таким образом добыча полезных ископаемых может быть сложной и повлечь за собой риски для окружающей среды.
В настоящее время Китай доминирует на этом рынке — на его долю приходится около 80 процентов редкоземельных металлов, полученных в последнее время. Руководство страны уже даже рассмотрело возможность на запрет экспорта этого ресурса в ответ на политику США в отношении Китая. То есть из-за сложной политической обстановки будущее экспорта редкоземельных металлов в некоторые регионы становится неопределенным.
Каким странам нужны редкоземельные металлы
Не только США, но и другие государства стремятся конкурировать на этом рынке и разведывать новые запасы. Например, в Калифорнии есть рудник Маунтин-Пасс — единственное предприятие по добыче и переработке редкоземельных металлов в США. Тем не менее, растет интерес к альтернативным вариантам их добычи.
Добыча редкоземельных металлов — сложная, дорогая и не самая экологичная процедура.
Месторождения редкоземельных элементов существуют и в других местах, но добыча полезных ископаемых очень разрушительна: приходится изымать и перерабатывать огромное количество материала, чтобы получить небольшой объем редкоземельных элементов. Из-за воздействия на окружающую среду и сильной зависимости от Китая ведется срочный поиск альтернативных материалов, которые смогут заменить редкоземельные металлы — отметил в своем заявлении в октябре 2022 года профессор Линдсей Грир с факультета материаловедения и металлургии Кембриджского университета.
Присоединяйтесь к нам в Telegram!
Какие материалы из метеоритов можно создать на Земле
Еще в 2022 году профессор Грир и ее команда наткнулись на возможный ответ. Заменой столь важного сегодня ресурса может стать тетратенит — железо-никелевый сплав, который обладает многими магнитными свойствами, присущими редкоземельным металлам.
До недавнего времени существовало серьезное препятствие в использовании этого космического минерала. Тетратаенит встречается в метеоритах, прилетевших к нам из космоса. Его свойства обусловлены атомной структурой, которая формируется в течение миллионов лет по мере медленного остывания метеорита – это не совсем тот быстрый и легкий минерал, который мог бы спасти положение.
Можно ждать пока такой материал прилетит из космоса, а можно создать его в лаборатории.
В 1960-х годах учёным удалось создать искусственный тетратенит путём обдувки нейтронами железо-никелевых сплавов, но этот метод сложен, дорог и не пригоден для массового производства.
Спустя более чем 60 лет, в 2022 году, произошел прорыв. Ученые Кембриджского университета под руководством профессора Грир нашли удивительно простой способ массового производства тетратенита.
Как создают ресурсы, которые формируются миллионы лет
Они работали с железо-никелевыми сплавами и обнаружили, что фосфор — элемент, который также содержится в метеоритах, помогает атомам железа и никеля двигаться быстрее. Это позволяет атомам формироваться в нужную, сложную, упорядоченную структуру. Самое главное, что этого не приходится ждать миллиона лет. Согласно их исследованию, правильное сочетание железа, никеля и фосфора увеличило образование тетратенита на 11–15 порядков. Для понимания, это значит, что надо приписать 11-15 нулей к единице, и вот в это огромное количество раз процесс стал более эффективным.
Миллионы лет для появления такой красоты ждать больше не придется.
Что было удивительно, так это то, что никакой специальной обработки не потребовалось: мы просто расплавили сплав, залили его в форму и получили тетратенит. Предыдущее мнение в этой области заключалось в том, что невозможно получить тетратенит, если не предпринять что-то экстремальное, потому что в противном случае вам придется ждать миллионы лет, чтобы он сформировался. Этот результат полностью перевернул наше представление об этом материале — сказал Грир.
До сих пор остаются вопросы относительно того, можно ли использовать этот процесс для получения тетратенита с теми же магнитными свойствами, которые необходимы для развития возобновляемой инфраструктуры. Однако это случайное открытие предполагает, что решения часто могут возникнуть совершенно неожиданно.
