برای تولید حجم زیادی از ابزارها و سیستم‌های مورد نیاز روزانه بشر، از تلفن‌های هوشمند گرفته تا لپ‌تاپ‌ها و باتری خودروهای الکتریکی، استفاده از مواد معدنی حیاتی ضرورت خواهد داشت. در واقع نقش این مواد استراتژیک در حال حاضر در مقایسه با گذشته بیشتر برجسته شده و اهمیت فراوانی پیدا کرده است.

به گزارش پایگاه خبری و تحلیلی «فلزات‌آنلاین» و به نقل از وب‌سایت سازمان «The Conversation»، واقعیت این است که زندگی مدرن بشر در حال حاضر مدیون استفاده از مواد معدنی حیاتی است. استفاده از لیتیوم، کبالت، نیکل و گرافیت در تولید باتری‌ها و به‌کارگیری گالیوم در ساخت سیستم‌های مخابراتی که امکان اتصال ثابت را فراهم می‌کنند، موجب شده است مواد معدنی حیاتی همانند ویتامین‌های ضروری مورد نیاز در ساخت فناوری مدرن در نظر گرفته شوند. بر همین اساس، اگرچه حجم بسیار کمی از آن‌ها در تولید این ابزارها استفاده می‌شود اما همین حجم بسیار کم نیز برای ساخت ابزارهای ذکر شده حیاتی تلقی خواهد شد.

در حال حاضر آمریکا به عنوان یک کشور قدرتمند اقتصادی که حجم زیادی از ابزارهای فناورمحور دنیا را تولید می‌کند، برای تامین مواد معدنی مورد نیاز صنایع داخلی خود به شدت به واردات این مواد استراتژیک متکی است. طبق آمارهای منتشر شده، آمریکا در سال ۲۰۲۴ حدود ۸۰ درصد از عناصر نادر خاکی، حدود ۱۰۰ درصد گالیوم و گرافیت طبیعی و ۴۸ تا ۷۶ درصد از لیتیوم، نیکل و کبالت مورد نیاز صنایع داخلی خود را از طریق واردات تامین کرد.

افزایش تقاضای جهانی، وابستگی زیاد به واردات مواد معدنی حیاتی و تنش‌های ژئوپلیتیکی فزاینده از جمله عواملی بوده که تامین این مواد معدنی را به یک نگرانی فزاینده و چالشی در زنجیره تامین آمریکا و به طور کلی در سطح جهان تبدیل کرده است. سوالی که در همین رابطه می‌توان مطرح کرد، اینکه «آیا آمریکا می‌تواند با توسعه صنایع داخلی تولید و فرآوری مواد معدنی حیاتی، اتکای خود به واردات این موادارزشمند معدنی را کاهش دهد؟». در ادامه پاسخ به این پرسش از زوایای مختلف مورد ارزیابی و بررسی قرار خواهد گرفت.

چه عواملی مانع از توسعه صنعت مواد اولیه حیاتی در آمریکا شده است؟

عناصر نادر خاکی، بخش کوچکی از مواد معدنی حیاتی هستند که استفاده از آن‌ها در بسیاری از صنایع مهم به ویژه در تولید ابزارهای فناورمحور مدرن، ساخت وسایل نقلیه الکتریکی، سیستم‌های مبتنی بر انرژی‌های نو و صنایع نظامی ضروری به نظر می‌رسد. به عنوان مثال، از نئودیمیم به عنوان یک عنصر نادر خاکی در ساخت آهن‌رباهای قدرتمند مورد استفاده در دیسک‌های سخت کامپیوتری، لیزرها و توربین‌های بادی استفاده می‌شود. همچنین، استفاده از گادولینیم برای ساخت دستگاه‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی موسوم به «MRI» حیاتی بوده و عناصری مانند ساماریم و سریم، نقشی کلیدی در راه‌اندازی راکتورهای هسته‌ای و سیستم‌های انرژی مبتنی بر انرژی خورشیدی و بادی دارند.

برخلاف نام عناصر نادر خاکی، این عناصر در واقع به هیچ وجه کمیاب نیستند و حجم بسیار زیادی از آن‌ها در پوسته زمین در نقاط مختلف دنیا وجود دارد؛ اگرچه عناصر خاکی کمیاب اغلب در اشکال معدنی به راحتی قابل دسترس نیست و حتی معمولا سنگ‌های معدنی آن پرعیار نبوده، از این رو هزینه تولید و فرآوری آن صرفه اقتصادی برای تولیدکننده این عناصر به دنبال ندارد. بر همین اساس، شناسایی ذخایر عناصر نادر خاکی با عیار کافی یا حجم بالا که صرفه اقتصادی نیز داشته باشد، برای کشورهای تولیدکننده از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در حال حاضر تنها دو ذخیره معدنی عناصر نادر خاکی در آمریکا فعال بوده که یکی در ایالت جورجیا و دیگری در ایالت کالیفرنیا واقع شده است.

در جنوب شرقی ایالت جورجیا در آمریکا، عناصر نادر خاکی به عنوان محصول جانبی در فرایند استخراج شن و ماسه از معادن تولید می‌شوند. با این حال، کنسانتره‌های استخراج شده در این ایالت به کشورهای دیگر نظیر چین به منظور فرآوری صادر شده و دوباره پس از فرآوری به آمریکا ارسال می‌شود تا در تولید ابزارهای فناورمحور در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر، تولید آهن‌رباهای دائمی و سایر صنایع مورد استفاده قرار بگیرد.

آمریکا همچنان به واردات مواد معدنی حیاتی متکی است

همان‌طور که پیش‌تر به آن اشاره شد، آمریکا برای تامین بسیاری از مواد معدنی حیاتی خود به شدت به واردات این مواد معدنی متکی است. براساس داده‌های منتشر شده در سال ۲۰۲۴ از سوی سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آمریکا، چین منبع اصلی واردات عناصر نادر خاکی به این کشور محسوب می‌شود. بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد تامین حجم تقاضای عناصر نادر خاکی ایالات متحده آمریکا و سایر مواد معدنی حیاتی از طریق افزایش تولید داخلی، به اقدامی بیش از راه‌اندازی چندین معدن نیاز خواهد داشت.

این مسئله بدان معناست که چنین اقدامی در کنار راه‌اندازی معادن جدید، مستلزم توسعه و افزایش به‌کارگیری فناوری‌های جدید و همچنین راه‌اندازی واحدهای فرآوری مواد معدنی حیاتی در داخل آمریکا است. از مهم‌ترین دلایلی که فرآوری مواد معدنی حیاتی در داخل آمریکا توسعه نیافته است، می‌توان به اثرات زیست‌محیطی آن، افزایش تقاضا برای مصرف انرژی و محدودیت‌های نظارتی اشاره کرد.

زمان‌بری راه‌اندازی معادن جدید و توسعه صنایع مواد معدنی حیاتی در آمریکا

به نظر می‌رسد حجم سرمایه‌گذاری در فعالیت‌های اکتشافی مواد معدنی حیاتی، به سرعت در سراسر ایالات متحده آمریکا در حال افزایش است. در همین رابطه و در سال ۲۰۱۷، سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آمریکا طرح نقشه‌برداری ذخایر معدنی موسوم به طرح «Earth MRI» را با هدف شناسایی ذخایر بالقوه مواد معدنی حیاتی در داخل این کشور معرفی کرد.

برخی از مناطق مختلف آمریکا، به ویژه مناطقی که در آن سنگ‌های معدنی حاوی عناصر نادر خاکی در واکنش با آب و در ترکیب با هوا تجزیه می‌شوند، در دسته‌بندی منابع مناسب برای توسعه ذخایر معدنی حیاتی در نظر گرفته شده‌اند. فرایند اکتشاف معدنی در برخی از این ذخایر از جمله در مکان‌هایی در ایالت وایومینگ و مونتانا در آمریکا آغاز شده است؛ البته شناسایی ذخایر معدنی مواد معدنی حیاتی به معنای آغاز فرایند تولید آن ماده معدنی نخواهد بود.

فرایند استخراج از معادن (از فرایند اکتشاف گرفته تا مرحله تولید) در آمریکا ممکن است تا ۲۹ سال به طول بینجامد که بیشترین زمان در نظر گرفته شده در توسعه یک پروژه معدنی محسب می‌شود. در همین راستا، اگرچه این جدول زمانی تحت مدیریت فعلی در مقیاس جهانی و حتی آمریکا ممکن است روندی متغیر به خود بگیرد اما ممکن است شرکت‌ها همچنان با مشکلاتی چون فقدان قطعیت‌ در خصوص تسریع در صدور مجوز فعالیت، توسعه کند زیرساخت‌ها و همچنین مخالفت‌های جوامع مدنی مواجه شوند. همچنین، مدیریت اثرات منفی زیست‌محیطی مانند آلودگی هوا و رشد مصرف انرژی و آب، از جمله عواملی خواهد بود که می‌تواند موجب افزایش هزینه تولید و استخراج مواد معدنی حیاتی شده و طولانی‌تر شدن زمان‌بندی راه‌اندازی پروژه‌های معدنی شود. علاوه‌براین و با توجه به اینکه پروژه‌های اکتشافی مواد معدنی حیاتی در آمریکا هنوز در مراحل اولیه اجرایی خود هستند، بهتر است تلاش‌ها در رابطه با تامین مواد اولیه مذکور در بازار داخلی برای بازه زمانی کوتاه‌مدت و میان‌مدت افزایش پیدا کند.

تمرکز بر بازیابی مواد اولیه قابل بازیافت برای تامین مواد معدنی حیاتی در بازار داخلی آمریکا

به نظر می‌رسد یکی از روش‌هایی که از طریق آن می‌توان در کوتاه‌مدت و یا حتی میان‌مدت ظرفیت تولید مواد معدنی در آمریکا را افزایش داد، تمرکز بر بخش فرایند بازیافت این مواد معدنی است. طبق ارزیابی‌های صورت گرفته از طریق طرح نقشه‌برداری ذخایر معدنی موسوم به طرح «Earth MRI»، ایالت‌های ساحلی اقیانوس اطلس آمریکا مناطق مناسبی برای توسعه ذخایر مواد معدنی حیاتی در نظر گرفته شده‌اند.

یک مسئله جالب در خصوص ایالت‌های ساحلی اقیانوس اطلس آمریکا اینکه از چندین سال گذشته، فعالیت‌های معدنی گسترده‌ای در آن‌ها آغاز شده است و این مناطق از زیرساخت‌های معدنی مناسبی برخوردار هستند؛ از همین رو سرعت تامین مواد معدنی تولید شده در مناطق مذکور و عرضه آن‌ها می‌تواند در بازار داخلی آمریکا افزایش پیدا کند.

در همین راستا، ایالت جورجیا یکی از این ایالت‌هایی به شمار می‌آید که دارای حجم ذخایر زیادی از تیتانیوم، زیرکونیوم و عناصر نادر خاکی است. لازم به ذکر است که از تیتانیوم و زیرکونیوم در صنایعی چون هوافضا، انرژی و پزشکی استفاده می‌شود. این دو مواد معدنی حیاتی در حال حاضر از ذخایر معدنی در ایالت‌های فلوریدا و جورجیا در آمریکا استخراج می‌شوند.

هم‌اکنون در جنوب شرقی ایالت جورجیا عناصر نادر خاکی که از طریق فرایند استخراج ماسه‌های معدنی تولید شده‌اند، به عنوان کنسانتره این عناصر مورد بازیافت و فرآوری قرار می‌گیرند. کانی معدنی کائولن به عنوان خاک رس سفید مورد استفاده در تولید کاغذ، رنگ و ساخت ظروف چینی، بیش از یک قرن است که در ایالت جورجیا استخراج می‌شود. گفتنی است کانی معدنی کائولن حاوی مقادیری قابل ‌توجه از عناصر نادر خاکی است.

طبق آمارهای ارائه شده، در حال حاضر در ایالت جورجیا سالانه بیش از هشت میلیون تن کائولن تولید می‌شود. با این حساب، این ایالت یکی از تولیدکنندگان پیشرو کائولن و یکی از صادرکنندگان بزرگ این کانی معدنی در آمریکا به شمار می‌رود؛ البته تولید کانی معدنی کائولن میلیون‌ها تن باطله معدنی در بخش استخراج و فرآوری را به همراه خواهد داشت که می‌توان از آن به عنوان منبعی قابل ‌اتکا برای بازیافت مواد اولیه حیاتی در آمریکا استفاده کرد. ارزیابی‌های انجام شده در همین راستا نشان می‌دهد حجم قابل ‌توجهی از عناصر نادر خاکی در باطله‌های معدنی ناشی از فرایند استخراج و فرآوری این عناصر وجود دارد.

با توجه به اینکه باطله‌‎های معدنی در سد باطله نگهداری می‌شوند، بنابراین دسترسی به آن بسیار ساده بوده و نیاز به صرف هزینه و زمان بیشتری برای تولید این مواد معدنی همانند آنچه در روند استخراج از معادن اتفاق می‌افتد، نخواهد بود. بر همین اساس تامین و تولید مواد معدنی حیاتی از طریق بازیافت آن‌ها هزینه و زمان بسیار کمتری نیاز خواهد داشت.

در حال حاضر توسعه فناوری‌های جدید مانند بیولیچینگ، استخراج و جداسازی مبتنی بر پیوند لیگاند و جداسازی الکتروشیمیایی شرایطی را فراهم کرده که به کمک آن می‌توان حجم زیادی از مواد معدنی حیاتی موجود در باطله‌های معدنی را بازیافت کرد.

در حال حاضر امکان بازیابی مواد معدنی حیاتی از طریق دسترسی به باطله‌های معدنی، خاکستر زغال‌سنگ و سایر محصولات جانبی صنعتی وجود دارد. صنعت بازیافت در واقع بخشی از ساختار اقتصاد چرخشی محسوب می‌شود که در آن تمرکز بر امکان تولید مواد معدنی حیاتی از طریق بازیافت آن‌ها با هزینه بسیار کمتر و زمان کوتاه‌تر معطوف شده است.

لازم به ذکر است که هم‌اکنون، توسعه و راه‌اندازی زنجیره‌های تامین داخلی جدید در آمریکا یک ضرورت محسوب می‌شود که به واسطه آن، اتکای این کشور را به واردات مواد معدنی حیاتی کاهش داده و حتی موجب توسعه صنعت داخلی این مواد معدنی در کشور مذکور خواهد شد.

در پایان می‌توان بیان کرد که بازیافت باطله‌های معدنی و حتی لوازم الکترونیکی مستهلک شده از جمله منابع مهمی به شمار می‌آیند که در آینده، نقشی برجسته در پایداری زنجیره تامین این مواد اولیه در آمریکا ایفا خواهند کرد.

انتهای پیام//