Το hi-tech "καταπίνει" τα εξωτικά στοιχεία

[Nikoscot]

"Ενημερώθηκε: 28.08.2011 // 13:16

Βρίσκονται στα βαθειά υπόγεια του περιοδικού πίνακα, πάνω τους όμως στηρίζονται οι νέες εξελίξεις


Καθώς ανάβετε το φως του γραφείου σας μια απόκοσμη λάμψη φωτίζει την ταμπλέτα σας που είναι αφημένη στην επιφάνειά του. Την ξεκλειδώνετε και γλιστράτε το δάχτυλό σας στην κατασκευασμένη με ίνδιο οθόνη αφής της. Μέσα σε δευτερόλεπτα παλμοί πληροφοριών χοροπηδούν στις στρωμένες με έρβιο λεωφόρους του Internet. Θέλετε λίγη μουσική για να συνοδεύσετε το σερφάρισμά σας; Χωρίς καλά καλά να το σκεφθείτε, οι Beach Boys αναδύονται μέσα από τους μαγνήτες νεοδυμίου των ακουστικών σας.

Για πολλούς από εμάς η σκηνή αυτή αποτελεί μια δεδομένη καθημερινότητα. Σπανίως «βγαίνουμε» από αυτήν για να σκεφθούμε πόση πρόοδο έχουν σημειώσει τα υλικά που υποστηρίζουν την υλική μας εξέλιξη. Παρ' όλα αυτά, όλα σχεδόν τα προσωπικά μας γκάτζετ και οι τεχνολογικές καινοτομίες έχουν κάτι κοινό: βασίζονται σε κάποια άγνωστα σε εμάς υλικά βγαλμένα από τα βαθιά υπόγεια του περιοδικού πίνακα. Ακόμη όμως και αν δεν έχετε ακούσει ποτέ το όνομα στοιχείων όπως το άφνιο, το έρβιο ή το ταντάλιο, το πιθανότερο είναι ότι τα περισσότερα από αυτά βρίσκονται κάπου γύρω σας.

Σύντομα πάντως μπορεί να αρχίσετε να ακούτε περισσότερο αυτά τα ονόματα. Η ζήτηση για πολλά από αυτά τα άγνωστα ως τώρα στοιχεία αυξάνεται θεαματικά, τόσο ώστε σε λίγο αναμένεται να ξεπεράσει την προσφορά των αποθεμάτων τους. Αυτό οφείλεται σε έναν βαθμό στην ακόρεστη δίψα μας για τα μηχανήματα της τελευταίας λέξης της τεχνολογίας αλλά και στην επανάσταση της πράσινης ενέργειας. Και αν τόσα ακουστικά ή σκληροί δίσκοι υπολογιστών εξαρτώνται από τις μαγνητικές ιδιότητες του νεοδυμίου ή του δυσπροσίου, μια ανεμογεννήτρια ή ένας ηλεκτροκινητήρας απαιτεί ακόμη μεγαλύτερη ποσότητά τους. Αντίστοιχα οι ίδιες ιδιότητες που κάνουν το ίνδιο απαραίτητο για κάθε οθόνη αφής το καθιστούν ιδανικό για την επόμενη γενιά φωτοβολταϊκών.

Μεγάλη η ζήτηση, στο κόκκινο η προσφορά

Ολα αυτά σημαίνουν ότι οδεύουμε προς μια κρίση. Στην έκθεσή του περί της Στρατηγικής των Κρίσιμων Υλικών που δημοσιεύτηκε πέρυσι τον Δεκέμβριο το αμερικανικό υπουργείο Ενέργειας αξιολόγησε 14 στοιχεία ως ιδιαίτερης σημασίας για τις τεχνολογίες καθαρής ενέργειας. Εντόπισε ότι έξι από αυτά αντιμετωπίζουν «κρίσιμο» κίνδυνο διακοπής της προσφοράς τους μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια: πρόκειται για το ίνδιο και πέντε «σπάνιες γαίες», το ευρώπιο, το νεοδύμιο, το τέρβιο, το ύτριο και το δυσπρόσιο. Τρία ακόμη - το δημήτριο, το λανθάνιο και το τελλούριο - τα χαρακτήρισε σε «σχεδόν κρίσιμη» κατάσταση.

Το πρόβλημα δεν είναι ότι αυτά τα στοιχεία δεν υπάρχουν. Αντιθέτως, συνιστούν αρκετά τμήματα ανά δισεκατομμυριοστό του φλοιού της Γης. «Δεν ξέρουμε όμως πού ακριβώς βρίσκονται» λέει ο Μάρεϊ Χίτζμαν, οικονομικός γεωλόγος της Σχολής Μηχανικών Μεταλλείων του Κολοράντο στο Γκόλντεν. Παραδοσιακά τα στοιχεία αυτά απλώς δεν είχαν ιδιαίτερη αξία για μας. Τα αποθέματα υλικών του είδους συχνά απομονώνονται ως υποπροϊόντα της εξόρυξης υλικών που χρησιμοποιούνται ήδη σε τεράστιες ποσότητες, όπως το αλουμίνιο, ο ψευδάργυρος και ο χαλκός. Η εξόρυξη χαλκού, π.χ., μας έχει δώσει υπεραρκετό τελλούριο, ένα βασικό συστατικό των φωτοβολταϊκών, ώστε να καλύψουμε τις παρούσες ανάγκες μας - καθιστώντας το φθηνό με τεχνητό τρόπο.

«Αυτοί που ασχολούνται με αυτές τις νέες τεχνολογίες βλέπουν την τιμή, ας πούμε, του τελλουρίου και λένε "ωραία δεν είναι και τόσο ακριβό, οπότε πού είναι το πρόβλημα;"» λέει ο Ρόμπερτ Τζάφι, φυσικός του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Ο κ. Τζάφι ήταν πρόεδρος μιας κοινής επιτροπής της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας και της Εταιρείας Ερευνας Υλικών για τα «Κρίσιμα για την ενέργεια στοιχεία» η οποία έδωσε την έκθεσή της τον περασμένο Φεβρουάριο.

Το πρόβλημα, όπως ξεκαθαρίζει η έκθεση, είναι ότι τα οικονομικά αλλάζουν ριζικά όταν η ζήτηση για τα υλικά αυτά ξεπερνά την προσφορά που υπάρχει έστω και ελάχιστα. «Τότε ξαφνικά αναγκάζεται κανείς να σκεφθεί την άμεση εξόρυξη αυτών των στοιχείων ως κύριων μεταλλευμάτων» λέει. Αυτό ανεβάζει δραματικά το κόστος - αν υποθέσουμε ότι ξέρουμε πού να σκάψουμε.

Η τιμή ενός στοιχείου δεν είναι το μόνο πρόβλημα. Η ομάδα των σπάνιων γαιών, στην οποία ανήκουν πολλά από τα τεχνολογικά πλέον κρίσιμα στοιχεία, βρίσκεται εν γένει μαζί με άλλα υλικά σε μεταλλεύματα τα οποία περιλαμβάνουν επίσης μικρές ποσότητες ραδιενεργών στοιχείων όπως το θόριο και το ουράνιο. Το 1998 η χημική επεξεργασία αυτών των μεταλλευμάτων σταμάτησε στο μοναδικό μεταλλείο σπάνιων γαιών που υπάρχει στις ΗΠΑ, στο Μάουντεν Πας της Καλιφόρνιας, εξαιτίας περιβαλλοντικών ανησυχιών σχετικά με αυτά τα ραδιενεργά ρυπογόνα.

Το μεταλλείο αναμένεται να ανοίξει ξανά με βελτιωμένα μέτρα ασφαλείας ως το τέλος του χρόνου, ως τότε όμως ο κόσμος βασίζεται στην Κίνα για όλες σχεδόν τις προμήθειες σπάνιων γαιών. Από το 2005 η Κίνα έθετε όλο και αυστηρότερα όρια στις εξαγωγές προβάλλοντας ως δικαιολογία την αυξημένη ζήτηση από τις δικές της ανθηρές κατασκευαστικές βιομηχανίες.

Αυτό σημαίνει ότι οι πολιτικοί που ελπίζουν να απαλλάξουν τη Δύση από την καταστρεπτική της εξάρτηση από το πετρέλαιο θα βρεθούν μπροστά σε μια δυσάρεστη έκπληξη: οι νέες και πιο πράσινες τεχνολογίες κάθε άλλο παρά αποτελούν τη συνταγή για την αυτάρκεια. «Δεν υπάρχει χώρα που να έχει αρκετά αποθέματα από όλα αυτά τα ορυκτά ώστε να "κλείσει" τις συναλλαγές της με τον υπόλοιπο κόσμο» λέει ο κ. Τζάφι.

Ανακύκλωση ως την ανεύρεση νέων πόρων

Τι μπορούμε να κάνουμε λοιπόν; Το να βρούμε ευκολότερα διαθέσιμα υλικά που να έχουν τις ίδιες «μαγικές» τεχνολογικές επιδόσεις είναι μάλλον απίθανο, λέει ο Καρλ Γκεσνάιντερ, μεταλλειολόγος στο Εργαστήριο Εϊμς του αμερικανικού υπουργείου Ενέργειας στην Αϊοβα. Το ευρώπιο χρησιμοποιείτο για να παράγει κόκκινο φως στις τηλεοράσεις εδώ και σχεδόν 50 χρόνια, λέει, ενώ οι μαγνήτες νεοδυμίου κυκλοφορούν εδώ και 25 χρόνια. «Από την πρώτη μέρα οι άνθρωποι ψάχνουν τρόπο να αντικαταστήσουν αυτά τα υλικά αλλά κανείς δεν το έχει πετύχει ακόμη» εξηγεί.

Αλλοι αντλούν αισιοδοξία από την επιτυχημένη ιστορία του ρηνίου. Το ρήνιο είναι μάλλον ένα από τα σπανιότερα στοιχεία στη φύση, με παρουσία μόλις 0,7 τμημάτων ανά δισεκατομμύριο στον φλοιό της Γης. Πριν από δέκα χρόνια ήταν ένα από τα κρίσιμα συστατικά των ανθεκτικών στη θερμότητα υπερκραμάτων που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή αεριοστρόβιλων κινητήρων για τα αεροπλάνα και τις βιομηχανικές ηλεκτρογεννήτριες. Το 2006 ο κύριος κατασκευαστής, η General Electric, διέβλεψε ότι θα ερχόταν η κρίση και ξεκίνησε ταυτόχρονα ένα σχέδιο ανακύκλωσης για να ανασύρει το στοιχείο από παλιές τουρμπίνες, καθώς και ένα ερευνητικό πρόγραμμα το οποίο ανέπτυξε υπερκράματα με μικρότερη ή και καμία περιεκτικότητα σε ρήνιο.

Το να μην πετάμε πλέον αυτά τα υλικά είναι ένας προφανής τρόπος για να ενισχύσουμε την προμήθειά τους. «Το τελλούριο θα έπρεπε να θεωρείται πολυτιμότερο από τον χρυσό - και είναι, είναι πιο σπάνιο» λέει ο κ. Τζάφι. Παρ' όλα αυτά, σε πολλές περιπτώσεις λιγότερο από το 1% αυτών των τεχνολογικά κρίσιμων υλικών καταλήγει να ανακυκλώνεται, σύμφωνα με την τελευταία έκθεση για την ανακύκλωση μετάλλων του Περιβαλλοντικού Προγράμματος των Ηνωμένων Εθνών που δημοσιεύτηκε τον περασμένο Μάιο.

Ακόμη και αν βελτιώναμε δραματικά αυτή την επίδοση, κάποια βασική γεωλογική έρευνα για την ανεύρεση νέων πόρων αυτών των στοιχείων είναι ζωτικής σημασίας - και χρειάζεται να γίνει γρήγορα. Οι τεχνικοί προβληματισμοί και η λήψη των απαραίτητων περιβαλλοντικών και κοινωνικών μέτρων ασφαλείας σημαίνουν ότι μπορεί να χρειαστούν 15 χρόνια μετά την αρχική ανακάλυψη ενός αποθέματος του μεταλλεύματος στον ανεπτυγμένο κόσμο ως τη στιγμή της εμπορικής του εκμετάλλευσης, λέει ο κ. Χίτζμαν.

Το ρήνιο και πάλι δείχνει πόσο γρήγορα η κατάσταση μπορεί να αλλάξει. Το 2009 μεταλλωρύχοι σε ένα ορυχείο χαλκού στο Κλονκέρι του Κουίνσλαντ της Αυστραλίας ανακάλυψαν ένα τεράστιο, υψηλού βαθμού κοίτασμα ρηνίου που δεν έμοιαζε με κανένα από όσα ήταν γνωστά ως τότε. «Θα μπορούσε να κορέσει την παγκόσμια αγορά ρηνίου για σεβαστό αριθμό ετών - και ανακαλύφθηκε τυχαία» λέει ο κ. Χίτζμαν.

Τελικά πρέπει να ευχαριστούμε την Κίνα για την απόφασή της να περιορίσει τις εξαγωγές σπάνιων γαιών, λέει ο κ. Τζάφι, γιατί έτσι έθεσε το ζήτημα των τεχνολογικά κρίσιμων στοιχείων μία δεκαετία νωρίτερα από ό,τι θα συνέβαινε κάτι τέτοιο υπό άλλες συνθήκες. Οπως και να έχει, πάντως, το να στερηθούμε αυτά τα εξωτικά υλικά θα αποτελέσει για εμάς ένα τεράστιο πρόβλημα, όπως δείχνει η σύντομη έρευνά μας γύρω από αυτά τα άγνωστα αλλά τόσο απαραίτητα στοιχεία."

Το Βήμα - New Scientist