Екологія
Металам у вашому смартфоні немає заміни
- Опубліковано: Вівторок, 23 червня 2015, 20:08
Кілька століть тому список широко використовуваних матеріалів зводився до деревини, цегли, заліза, міді, золота та срібла. Сьогодні ж різноманітність просто вражає.
Наприклад, чіп у вашому смартфоні містить 60 різних елементів. Наше життя настільки залежить від цих матеріалів, що нестача лише деяких з них може відправити людство в розвитку на десятиліття назад.
Якщо ми коли-небудь зіткнемося з такою нестачею, що ми будемо робити? Томас Гредель з Єльського університету в США зі своїми колегами вирішив знайти відповідь на це питання. Для аналізу він вибрав 62 самих рідкісних металу і металлоида.
На першому етапі вчений вирішив сформувати повний список сфер використання цих елементів. І завдання виявилася напрочуд складною. У сучасному світі використання металів здебільшого відбувається за закритими дверима корпорацій і під покровом комерційної таємниці. І навіть якщо є можливість з'ясувати, як застосовуються деякі елементи, визначити відповідні обсяги та пропорції вдається не завжди. Таким чином, вчені вирішили прийняти до уваги використання матеріалів, які щороку з'являються в наявності в результаті розробки надр та переробки відходів.
Наступним етапом було визначити, чи існує яка-небудь заміна металів у таких сферах використання. Як пише Томас Гредель, найкращу альтернативу знайти не завжди легко. Властивості елементів унікальні, і заміна часто зменшує продуктивність виробу. Але вона можлива.
Підтвердженням тому можуть служити два приклади. У 1970-х роках в магнітах повсюдно використовувався кобальт. Коли громадянська війна в Заїрі викликала брак цього металу, вченим з General Motors і інших організацій довелося розробити магніти на основі інших елементів. А нещодавно брак ренію для виробництва високолегованих сплавів для газових турбін привела компанію General Electric до розробки альтернативи, в якій практично не використовується реній.
Пошук замінників, проведений Грьоделем, ґрунтується на аналізі наукової літератури, опитування дизайнерів продукції та матеріалознавців. Результати роботи представляють собою тверезе нагадування про те, наскільки життєво важливі деякі метали, і незалежні фахівці назвали звіт тривожним дзвіночком.
Жоден з 62 елементів не має замінників, настільки ж добре виконують необхідну функцію, а 12 металів з 62 взагалі не мають альтернативи. У їх число увійшли реній, родій, лантан, європій, діспрозій, тулий, ітербій, ітрій, стронцій, талій, магній і марганець.
Економісти протягом довгого часу вважали, що нестача якого-небудь матеріалу швидко призведе до розробки відповідного замінника. Таку думку почасти підкріплювалося фактами вдалої заміни у минулому, зокрема, це вищеописані випадки з кобальтом і ленням. Але метали – це особливі елементи. «Ми продемонстрували, що пошук альтернативи металу вкрай проблематичний. Замінник повинен імітувати особливі властивості, а це надзвичайно складно в деяких сферах застосування», - говорить Гредель.
Чіткість і ясність фактів вражає, так як ніхто ще не аналізував значимість металів настільки детально. Та найбільшим досягненням Томаса в цій роботі стало візуальне подання важливості цих елементів. Вчений розробив тривимірну карту, де три осі означають ризик поставок, екологічні наслідки і можливі складнощі при обмеженні поставок.
Увагу громадськості було залучено до нестачі викопних ресурсів у 2010 році, коли Китай раптово обмежив експорт групи металів під назвою рідкоземельні елементи. Ціни на них злетіли в п'ять разів, що змусило компанії по всьому світу взятися за відкриття своїх шахт для видобутку рідкоземельних елементів. Це в свою чергу серйозно вплинуло на вартість безлічі пристроїв від персональних гаджетів до вітряних турбін.
Слід зазначити, що використання деяких металів може дійти до вищої точки. Наприклад, у багатьох країнах промисловість досягла межі насичення залізом і алюмінієм. Однак це стосується тільки простих металів. Ринок ніколи не буде перенасичений більш рідкісними елементами навіть при відмінних методи переробки.
Крім Китаю деякі країни, такі як США, Південна Африка, Австралія, Конго і Канада, володіють найрізноманітнішими і великими запасами металів. «Національні потрясіння або тривала політична нестабільність в будь-якій з цих країн зробить серйозні коливання в матеріальному світі, в якому ми живемо», - зазначає Томас Гредель.
Facepla.net за матеріалами Livescience