Новости химической науки > Истощение запасов некоторых элементов может вызвать проблемы

Быстрое развитие технологий последних двух десятилетий привело к созданию мощных и компактных компьютеров, тонких мониторов и телевизоров, смартфонов и высокоэффективных электродвигателей.

Ключом для таких технологических прорывов стали новые материалы, содержащие когда-то считавшиеся экзотическими и бесполезными d-элементы тантал и ниобий, а также f-элементы – иттрий и диспрозий.

По мере того, как потребители просят от разработчиков и инженеров все более и более совершенные продукты возникает вопрос о том, насколько запасы этих и некоторых других элементов смогут обеспечить устойчивое развитие технологий, связанных с электроникой и источниками питания, равно как и о том, насколько насущно необходимо подбирать замену этим элементам, или же вообще – пришла пора разрабатывать альтернативные технологии.

Подходящей замены элементам, применяющимся в современных технологиях, не существует. (Рисунок из Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2013, DOI: 10.1073/pnas.1312752110)

Для оценки состояния и возможных перспектив исследователи из Йельского университета решили провести новый всесторонний анализ областей применения 62 металлов и производительности альтернатив металлам, применяющимся в современных технологиях, в том случае, если такая альтернатива есть.

Выводы, которые на основании подобного анализа формулирует Томас Гредель (Thomas Graedel) нельзя назвать утешительными. Для десятка металлов элементы, которые могли бы заместить их, либо будут работать гораздо хуже своих аналогов, а для ряда таких металлов замены попросту нет.

Тем не менее, Гредель говорит, что на настоящее время пока еще сложно сказать, насколько скоро высокотехнологическая промышленность почувствует недостаток этих металлов, главным образом из-за того, что в настоящий момент исследователи не обладают таким объемом информации, который бы позволил формулировать какие-то выводы. Однако, несмотря на отсутствие окончательной ясности в этом вопросе, видно, что некоторые моменты вызывают большую обеспокоенность сейчас, чем в прошлом.

Как отмечает Гредель, простая замена одного материала другим может стать очень непростой задачей. Главный вывод, который можно сформулировать по итогам исследования, заключается в том, что при нехватке какого-то компонента, необходимого для современной технологии, более перспективной задачей являются не поиски замены материала, а разработка новых технологий, которые бы позволили преодолеть нехватку того или иного малораспространенного элемента.

Эндрю Бладворт (Andrew Bloodworth), эксперт по металлоразведке из Геологической службы Великобритании в основном соглашается с выводами Гределя, подчеркивая, что применение редкоземельных металлов в настоящее время связано с тем, что для выбранных технологий они на самом деле являются наилучшим вариантом – простая замена традиционного материала на другой практически всегда ведет к понижению производительности. И, по мнению Бладворта, решить эти проблемы в отделенной перспективе будет возможно путем замены функциональных технологий, например – переход от тачскринов, в которых работает смешанный оксид индия-олова к альтернативам, работающим на графене или углеродных нанотрубках.

Однако Брладворт не уверен в том, что проблема доступности «высокотехнологических металлов» вскоре будет чувствоваться остро. Он подчеркивает, что мы еще не можем говорить о том, что хорошо изучили земную кору и обнаружили все пригодные для разработки месторождения лантаноидов, большая часть которых попадает на современный рынок сырья из КНР, которая по сути и является основным регулятором цен.

По словам Бладворта, для тактической решения проблемы с металлами высоких технологий необходимо не только обнаружить новые месторождения редких земель, но также и разработать более эффективные процессы их концентрирования и извлечения из руд, а также повысить роль переработки вторичного сырья для извлечения этих ценных металлов.

Источник: Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2013, DOI: 10.1073/pnas.1312752110

метки статьи: #геохимия, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология