電動車、綠能快速發展,全球稀土需求將增加 152%!要從哪弄來那麼多稀土?

rare earth
採礦示意圖

稀土元素是電子元件的重要原料。隨著行動裝置、電動車、綠能需求的提升,人類對稀土元素的需求也水漲船高。目前稀土大多源自於採礦,但採礦有高放射、高污染的問題;此外,目前的稀土回收技術也有高耗能、高汙染的狀況。還有什麼方式,能滿足人類對稀土的需求?

2030 年,全球稀土需求預計成長 152%

稀土元素是 17 種元素的總稱,包含鈧和釔,以及鑭系元素中的 15 個元素。雖然名稱叫「稀」土,但除了鉕,其他稀土元素在地殼中的含量相當高,鈰的含量甚至與銅相近,為地殼含量第 25 名的元素。

問題是,稀土元素會與其他元素結合並形成合金,難以分離。此外,稀土元素在地殼的分布相當分散,很少有稀土元素集中成易於商業開採的礦床,因此開採難度很高。

但隨著電動車與綠能的需求增加,人類對稀土的需求也提升。光是一台風機,就需要多達 600 公斤的稀土。根據《ACS publication》上的 報告 ,過去 15 年,全球對稀土的需求量已經翻倍。目前全球對稀土的年需求量為 12.5 萬噸,根據《MDPI》上的 研究 ,預計 2030 年的需求量將達 31.5 萬噸,成長幅度 152%,全球將面臨龐大的需求壓力。

目前採礦、回收稀土的技術皆會產生汙染

目前全球的稀土大多來自於開採,但因為稀土分布分散,需要大面積開採,因此成本高昂。其次,稀土開採過程也會同時提取釷和鈾,這兩個是放射性元素,會產生大量的有毒與放射性物質。另外,中國生產的稀土佔全球供給量 70% 以上,中美貿易戰突顯稀土供應集中的風險。

目前產業界已有回收稀土元素的技術,能夠從電腦、手機、電池提取稀土元素。回收技術分為濕法冶金(hydrometallurgical)與火法冶金(pyrometallurgical),但這兩種方式都有缺點。

濕法冶金是透過腐蝕性溶液回收稀土元素,但這會產生強酸、強鹼等腐蝕性廢物。火法冶金使用高溫提取稀土,但需要約攝氏 1,000 度的高溫,能源需求大,會產生大量溫室氣體,以及戴奧辛、呋喃等污染物。

產業界正在開發新稀土回收技術:電沉積

目前產業界正在開發電沉積(electrodeposition)回收稀土的技術,透過低電流提取廢棄電子元件的稀土,將它們沉積在特定的位置。迪肯大學(Deakin University)的資深研究人員 Cristina Pozo-Gonzalo 表示,她們的團隊與西班牙的 Tecnalia 研究中心合作,優化回收釹的技術。

釹具有優異的磁性,大量應用於手機、硬碟、電動車、風機等設備,是需求量相對大的稀土元素。Pozo-Gonzalo 設計一種環保型成分的電解液,回收過程不會產生副產物,也提升回收的釹金屬數量。此外,回收時的設備工作溫度不超過攝氏 100 度,也降低溫室氣體的排放。目前研究團隊已在實驗室進行概念驗證,接下來要研究如何量產。

對抗全球暖化已勢在必行,電動車、綠能產業正在起飛,但它們需要龐大的稀土元素,同樣也會造成環境的負擔。除了開採與傳統回收技術,產業界也積極尋找新的回收工藝,期望降低汙染,提升對環境的友善程度。

參考資料

The Conversation》、《Ensia》、《ACS Publications》、《MDPI

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pxhere CC Licensed

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