مواد و ساخت پیشرفته

با تشدید جستجو برای مواد معدنی حیاتی، استارت‌آپ‌ها در حال توسعه راه‌های جدیدی برای افزایش بازده و کاهش ضایعات هستند.

برای مثال یک تولیدکننده نوآور گرافیت، از یادگیری ماشینی برای بررسی نحوه ایجاد آندهای گرافیتی یکنواخت مناسب برای استفاده در باتری‌های خودروهای برقی از طیفی از اشکال طبیعی و مصنوعی بهره گرفته است. این تنها یک مورد از استارتاپ‌هایی است که روش‌های جایگزینی را در جستجوی منابع جدید مواد معدنی حیاتی توسعه می‌دهند و نوآوری مهمی را با افزایش عرضه این مواد ارائه می‌کنند.

دولت‌ها و شرکت‌ها به دنبال منابع جدید مواد معدنی حیاتی هستند تا تقاضای فزاینده برای وسایل نقلیه الکتریکی، باتری‌ها، انرژی‌های تجدیدپذیر و زیرساخت‌های برق‌سازی را برآورده کنند. علی‌رغم موجی از اعلامیه‌های اخیر سرمایه‌گذاری، تحلیلگران برای سال‌های آینده کسری را پیش‌بینی می‌نمایند. فاتح بیرول، مدیر اجرایی آژانس بین‌المللی انرژی رد این رابطه گفت: اگر همه پروژه‌های برنامه‌ریزی‌شده محقق شوند تنها می‌توانند نزدیک به سه‌چهارم نیازهای انرژی را در آینده پوشش دهند!

چین اکثر مواد معدنی حیاتی جهان را پردازش و تولید می‌کند و آمریکایی‌ها همواره این نگرانی دارندکه تنش‌های ژئوپلیتیکی عرضه آنها به تولیدکنندگان آمریکایی قطع کند. محدودیت‌های صادراتی چین برای گالیوم و ژرمانیوم از این موارد است. معدنچیان در جستجوی ذخایر جدید و سرمایه‌گذاری در تاسیسات فرآوری جدید هستند اما این تلاش‌ها برای شروع تولید، سال‌ها و د‌ه‌ها طول خواهد کشید. در این بین دیگران به دنبال نوآوری هستند، به دنبال راه‌های جدیدتری برای افزایش بازده و حتی بازیابی مواد از زباله‌های موجود در معدن!

ثابت شده است که یادگیری ماشینی یکی از راه‌های افزایش بازده و کاهش انتشار کربن ناشی از پردازش مواد معدنی حیاتی است. بیوسورفکتانت‌ها از دیگر ابزارها در این امر به حساب می‌آیند. برای نمونه یک استارتاپ‌ دیگر که در کار تجارت مواد شیمیایی است با هدف افزایش بازده تولید مس به دنبال استفاده از سورفکتانت‌های زیستی از منابع طبیعی مانند مخمر است. بیوسورفکتانت‌ها مواد شیمیایی از میکروب‌ها هستند که کشش سطحی یک ماده معین را می‌شکنند. آنها معمولا در لوازم آرایشی و بهداشتی و آفت‌کش‌ها استفاده می‌شوند.

معمولاً مس به یکی از دو روش فرآوری می‌شود: یا با خیساندن سنگ معدن خرد شده در محلولی از آب و مواد شیمیایی که به مواد معدنی مورد نظر اجازه می‌دهد تا به سطح شناور شوند یا سنگ‌ها را در اسید حل می‌کنند که به آن لیچینگ می‌گویند و به مواد معدنی اجازه می‌دهد تا به سمت بالا شناور شوند و معرفی بیوسورفکتانت‌ها به این بخش از فرآیند، بازده را افزایش می‌دهد.

آنها مدعی هستند که سورفکتانت‌های زیستی آن در شکستن کشش سطحی سنگ‌ها و اتصال به مس بسیار بهتر از مواد شیمیایی موجود هستند. با افزودن بیوسورفکتانت‌ها به همراه سایر مواد شیمیایی در طول فرآیند خیساندن، مس بیشتری روی سطح شناور می‌شود و کمتر هدر می‌رود. به همین ترتیب، افزودن سورفکتانت‌های زیستی به فرآیند لیچینگ به شکستن سطح سنگ محلول کمک می‌کند و اجازه می‌دهد اسید بیشتری به آن نفوذ کند و در نتیجه مس بیشتری را کسب کند. به اعتقاد آنها سورفکتانت‌های زیستی بازده مس را تا هفت درصد افزایش می‌دهند و در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کنند زیرا سنگ کمتری به خرد شدن نیاز دارد. آنها همچنین در حال آزمایش فرآیند خود بر روی سنگ آهن و باطله‌ها هستند.

مس یکی از فلزات کلیدی برای انتقال سبز است. به عنوان مثال وسایل نقلیه الکتریکی شش برابر بیشتر از وسایل نقلیه گازسوز از سیم‌کشی مسی استفاده می‌کنند. از اینرو شرکت‌های معدنی از دو جهت تحت فشار هستند: آنها باید مقدار تحویل مواد برای انتقال را افزایش دهند و از سوی دیگر تحت فشار از سوی سرمایه‌گذاران و مشتریان و جوامع برای سازگاری با محیط‌زیست هستند که فقط فناوری و نوآوری می‌تواند پاسخگوی هر دو جبهه باشد.

ضایعات و باطله‌های معدن همواره یکی از موارد بحث‌های محیط‌زیستی بوده است ولی آنها منابع ارزشمندی برای بازیافت نیز به شمار می‌روند به همین خاطر توجه فناوران را به خود جلب نموده‌اند. برای نمونه استارتاپ‌ دیگری با درک پتانسیل‌های این ضایعات، هدف خود را بازیابی عناصر کمیاب خاکی از باطله‌ها اعلام کرده است. شعار آنها این است که ما می‌خواهیم جهان را در فرآیند تولید فلزات مورد نیاز خود، پاکسازی کنیم!

آنها مکان‌های معدنی را پیدا می‌کنند که ضایعات باطله عاری از عناصر رادیواکتیو مانند توریم و اورانیوم هستند. سپس ضایعات را استخراج و پردازش می‌کنند تا عناصر کمیاب خاکی مورد نیاز در آهنرباهای دائمی برای فناوری‌های سبز مانند وسایل نقلیه الکتریکی و توربین‌های بادی دریایی را بازیابی نمایند. با این وجود هنوز ایده بهره‌برداری از ضایعات معدنی در مقیاس وسیع آزمایش نشده است بنابراین صدها مکان می‌توانند حداقل در تئوری از این روش برای بازیابی مواد معدنی مورد نظر استفاده کنند.