Retieji žemės elementai. I dalis. Išteklių deficito šmėkla

Neretam iš mūsų visos šios technologijos tapo neatsiejama kasdienybės dalimi. Retai kada stabtelime susimąstyti, kokiems cheminiams elementams už šiuos patogumus mes turėtume būti dėkingi. Praktiškai visus asmeninio pobūdžio technologinius įrenginius ar naujoves vienija bendra ypatybė – jų sudėtyje tikrai yra ypatingai mažai mums pažįstamų elementų iš Mendelejevo lentelės „požemių“. Net jei apie kai kuriuos iš jų (pavyzdžiui, neodimį, disprozį, hafnį, erbį ar tantalą) galbūt niekada nėra tekę girdėti, galimybės, jog šių elementų yra mus supančioje aplinkoje, prilyginamos galimybei, jog skaitydami šį rašinį jūs sėdite.

Kas žino, galbūt apie tuos mažai žinomus elementus artimiausiu metu viešojoje erdvėje girdėsime vis dažniau ir dažniau. Nes daugelio iš šių nepelnytai nežinomų elementų paklausa auga svaiginamais tempais. Auga taip, jog netrukus gali viršyti pasiūlą. Tai nelabai dera su mūsų nepasotinamu alkiu technologijų naujovėms, tiesa? Keisčiausia, jog prie grėsmingos deficito ribos šių elementų išteklius nesulaikomai artina ir taip vadinamų „žaliųjų technologijų“ revoliucija – ausinėse ar kompiuterio kietajame diske esančių neodimio ar disprozio kur kas daugiau reikia konstruojant vėjo jėgaines ar elektromobilių variklius.

Gali būti, jog artėja šių žaliavos šaltinių krizė. Praėjusių metų gruodį paskelbtoje „Itin vertingų medžiagų strategijoje“ („Critical Materials Strategy“), JAV Energetikos departamentas išskyrė keliolika cheminių elementų, kurie yra gyvybiškai svarbūs švarios energijos technologijose. Šešetui iš jų buvo priskirtas „kritinis išteklių kiekio laipsnis“, reiškiantis, jog per artimiausius penkerius metus gamyboje jų tiesiog gali pritrūkti. Tai – indis ir penki kiti retieji elementai: europis, neodimis, terbis, itris bei disprozis. „Beveik kritinis išteklių kiekio laipsnis“ priskirtas dar trims – ceriui, lantanui ir telūrui.

Iš kur tiek triukšmo?

Pasakyti, jog visų šių elementų Žemės plutoje nėra, būtų netikslu. Nors jie, geriausiu atveju, tesudaro keletą milijardųjų litosferos dalių.

„Bėda ta, kad mes tiesiog nežinome, kur tie trupinėliai slypi, – tvirtina Kolorado kalnakasybos mokyklos geologas Miurėjus Hicmanas (Murray Hitzman). – Mums šie elementai anksčiau nebuvo tokie vertingi. Kasybos metu jie paprastai būdavo atskiriami kaip beveik nereikalingi šalutiniai populiariųjų geologinių išteklių (aliuminio, cinko, vario) gavybos produktai. Kitaip tariant, anksčiau jie buvo laikomi šių metalų gavybos šiukšlėmis. Štai kasant varį, telūro anksčiau mums likdavo daugiau negu reikia. Tačiau telūras dabar tampa kertiniu cheminiu elementu naujos kartos saulės energijos panelių gamyboje. Anksčiau telūras nebuvo toks paklausus – jo, kaip šalutinio vario gavybos produkto, iškasdavome daugiau negu jo reikėjo rinkoje, todėl telūro kaina tapo sąlyginai žema.“

„Žiūrėkime, kas iš to išėjo. Su moderniosiomis technologijomis reikalų turintys žmonės, žvelgdami į telūro kainą, mato ir galvoja, kad jis ne toks jau ir brangus. Taigi, kame problemos? – situaciją nušviečia Masačiusetso technologijų instituto fizikas Robertas Džafė (Robert Jaffe). Beje, jis yra jungtinio Amerikos fizikų bendrijos (American Physical Society) ir Medžiagų tyrimo bendrijos (Materials Research Society) komiteto, rengusio šių metų vasarį pristatytą „Energetikai gyvybiškai reikšmingų elementų“ („Energy Critical Elements“) ataskaitą, vadovas. – Tačiau dabar tų retųjų Žemės elementų statusas radikaliai pasikeitė – kiekvienas iš jų nūdienos kalnakasyboje vertintinas kaip prioritetinė rūda. Statuso kaita dramatiškai augina ir jų kainas. Bei sudaro klaidingą iliuziją, jog mes žinome, kur šių elementų išteklių reikia ieškoti. Tačiau to mes kaip tik ir nežinome.“

Neadekvati retųjų cheminių elementų kaina – ne vienintelė bėda. Dar vienas galvos skausmas yra toks: daugelis tų dabar taip reikalingų retųjų Žemės elementų iki šiol buvo aptikti rūdose, kuriose yra nedideli radioaktyvių elementų (torio ar urano) kiekiai. 1998 m. cheminis tokių rūdų apdorojimas vienintelėje JAV retųjų elementų kasykloje „Mountain Pass“ (Kalifornija, JAV) buvo uždraustas dėl minėtų radioaktyvių elementų keliamos grėsmės aplinkai. Užtikrinti saugumą šioje kasykloje ir iš naujo ją atidaryti planuojama dar šiemet.

O iki tol pasaulinį retųjų žemės elementų poreikį tenkina Kinija – beveik visos retųjų elementų kasyklos (jose iškasami 97 proc. reikiamos rūdos) mūsų planetoje susikoncentravę būtent šios šalies teritorijoje. Tačiau nuo 2005-ųjų Kinija ėmėsi itin griežtos retųjų elementų eksporto politikos ir paisė vien tik vis labiau klestinčių savųjų pramoninių bendrovių interesų.

Tokiu būdu, nuo liguistos priklausomybės naftos produktams Vakarų pasaulį atjunkyti mėginantys politikai netikėtai susidūrė su bjauria staigmena – naujosios „žaliosios“ technologijos toli gražu nelaiduoja energetinės nepriklausomybės. „Pasaulyje nėra tokios valstybės, kurios teritorijoje būtų pakankami retųjų mineralų ištekliai“, – tvirtina R. Džafė.

Ką gi dabar daryti? Anot JAV Energetikos departamento Eimso laboratorijos (DoE's Ames Laboratory) Ajovoje metalurgo Karlo Gšnaiderio (Karl Gschneidner), rasti alternatyvių medžiagų, pasižyminčių tokiomis pat technologinėmis savybėmis, kokiomis pasižymi retieji elementai, yra maža tikėtina. Specialistas tvirtina, jog, pavyzdžiui, europis raudoną spalvą televizorių ekranuose generuoja jau daugiau kaip 50 metų. O neodiminiai magnetai garsiakalbiuose naudojami maždaug 25-erius metus.

„Nuo pat pradžių žmonės ieškojo, kuo juos būtų galima pakeisti, tačiau nieko konkretaus taip ir nesurado“, – teigia K. Gšnaideris.

Ko galima pasimokyti iš renio?

Kiti siūlo prisiminti cheminio elemento renio istoriją. Renis, ko gero, yra rečiausias natūraliai susidarantis cheminis elementas. Žemės plutoje jo yra tik maždaug 0,7 milijardosios dalies. Prieš dešimtį metų renis buvo itin svarbus elementas kaitrai atsparių superlydinių sudėtyje – šie naudojami gaminant oro lainerių variklius, taip pat pramoninėje energetikoje.

2006 m. didžiausia gamintoja „General Electrics“ pastebėjo, jog gresia šio elemento stygius ir pradėjo tiek perdirbimo būdu išgavinėti renį iš senų ir jau nebenaudojamų turbinų, tiek vykdyti tyrimų programą, kurios pagrindu buvo sukurti superlydiniai su labai mažais renio kiekiais arba išvis be renio. Renio deficito problema buvo išspręsta.

Be abejo, retųjų elementų perdirbimo pramonė yra vienas iš realių resursų besiformuojančiai deficito problemai spręsti. „Telūras turėtų būti vertingesnis už auksą, nes jis toks yra – jis yra žymiai retesnis, – pažymi R. Džafė. – Nepaisant to, perdirbamas mažiau nei vienas procentas nebenaudojamų telūro lydinių. Tai nurodoma gegužę publikuotoje Jungtinių Tautų Aplinkos Programos naujausioje ataskaitoje.“