يتزايد الطلب العالمي على المعادن الحرجة المستخدمة في البطاريات وشبكات الطاقة مع ثورة التحول الأخضر العالمية، لكن التأثير السلبي الكبير على البيئة يشكل تحدياً حقيقياً للمستقبل.
تُزال مساحات شاسعة من الغابات يومياً لاستخراج النيكل والكوبالت، كما أن الخامات الأرضية تحتوي على نسبة ضئيلة جداً من المعادن المطلوبة مثل النحاس، مما يعني إنتاج كميات هائلة من النفايات للحصول على كمية صغيرة من المعدن الخام.
يقدم فريق من الباحثين حلاً مبتكراً قد يغير قواعد اللعبة في صناعة التعدين، يتمثل في استخراج النحاس النقي من خامات أعماق البحار عن طريق صهرها في فرن القوس الكهربائي، ثم استخدام بلازما الهيدروجين كعامل مختزل بدلاً من الفحم، مما ينتج عنه سبيكة تحتوي على عناصر أخرى مثل النيكل والكوبالت.
في التجربة الجديدة، طور فريق البحث طريقة لاستخلاص المعادن عن طريق صهر الخامات البحرية في فرن القوس الكهربائي باستخدام “بلازما الهيدروجين” كعامل مختزل بدلاً من الفحم، مما يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ويخفض استهلاك الطاقة.
تتيح العملية أيضاً فصل النحاس النقي أولاً، يليها تكوين سبيكة تحتوي على النيكل والكوبالت، مما يسهل خطوات المعالجة اللاحقة ويساعد على تقليل النفايات وتجنب إزالة الغابات المرتبطة غالباً بالتعدين الأرضي التقليدي.
خطوة واحدة مستدامة
يكمن الابتكار العلمي الرئيسي في تطوير عملية كهربائية بالكامل وذات خطوة واحدة لاستخراج النحاس والنيكل والكوبالت من العُقيدات متعددة الفلزات في أعماق البحار.
على عكس طرق الاستخراج الحالية، لا تعتمد الطريقة الجديدة على مصادر الطاقة القائمة على الكربون أو العوامل المختزلة الكيميائية مثل فحم الكوك أو الفحم.
تتطلب الطرق التقليدية مراحل متعددة، تشمل التكليس والاختزال الكيميائي والتكرير، وهي عمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة وتنتج كميات كبيرة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
في المقابل، يدمج الابتكار الجديد كل هذه الخطوات في مرحلة واحدة تعمل بالكهرباء، تنتج مباشرة سبيكة معدنية مكررة. ونتيجة لذلك، حققت التجربة انخفاضاً مقدراً بنسبة 84% في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وبنسبة 18% في إجمالي استهلاك الطاقة مقارنة بأحدث الطرق.
يعد استخراج النحاس مباشرة دون استخدام أي عوامل مختزلة خارجية إنجازاً بالغ الأهمية. لأول مرة، يمكن استخراج النحاس من العُقيدات متعددة الفلزات من خلال التحكم الحراري الدقيق باستخدام استراتيجية مصممة خصيصاً للمعالجة الحرارية. من خلال إدارة ظروف التسخين والتبريد بعناية، يمكن استخراج النحاس النقي مباشرة من العُقيدات.
بينما يؤدي الاستخدام المزدوج للكربون في طرق استخراج المعادن التقليدية إلى انبعاثات كبيرة لثاني أكسيد الكربون أثناء المعالجة، فإن عملية الاختزال القائمة على بلازما الهيدروجين يتم تزويدها بالطاقة الحرارية من الكهرباء المتجددة بدلاً من الاحتراق، ويتم استبدال العوامل المختزلة القائمة على الكربون بالهيدروجين.
وبالتالي، يتم إزالة الأكسجين من أكاسيد المعادن عبر الاختزال بالهيدروجين، منتجاً بخار الماء كناتج ثانوي رئيسي بدلاً من انبعاثات كبيرة للغازات الدفيئة، مع تحسين كفاءة الطاقة المبلغ عنها أيضاً. وهذا يسلط الضوء على المزايا البيئية لهذا المسار لاستخراج المعادن الحيوية بشكل مستدام.
الاعتبارات البيئية
يشكل الاستخراج واسع النطاق للعُقيدات متعددة الفلزات من أعماق البحار تحدياً بيئياً يجب معالجته. توجد هذه العُقيدات في بعض النظم البيئية الأقل استكشافاً على الأرض، وقد يؤثر الاضطراب الكبير لقاع البحر على موائل المحيط العميق، ويعطل التوازنات البيولوجية بطيئة النمو، ويغير بنية الرواسب.
تشمل المخاوف الإضافية تشكيل أعمدة الرواسب، والتأثيرات المحتملة على النظم البيئية في المياه الوسطى، والشكوك المحيطة بالتعافي على المدى الطويل، وفقدان التنوع البيولوجي.
تكمن التحديات الرئيسية في الفهم غير الكافي للعديد من هذه الآثار البيئية بسبب محدودية البيانات، والطبيعة التراكمية وطويلة الأمد لعواقب التعدين في أعماق البحار، والتي قد لا تظهر إلا على فترات ممتدة. وهذا يؤكد أهمية اتباع نهج وقائي وإجراء تقييم علمي شامل.
