يشرح الدكتور دانييل مادير كيف أدت محاولة التوفير في التلوث والإضرار بالاتحاد السوفييتي إلى هيمنة الصين على سوق المعادن النادرة - والآن يحاول الغرب إعادة العجلة إلى الوراء
بقلم الدكتور دانييل مادير، زيفاتا - وكالة أنباء العلوم والبيئة/
الهواتف، والحواسيب، والسيارات الكهربائية، وحتى التقنيات العسكرية للملاحة وكشف التهديدات، جميعها تحتوي، من بين أشياء أخرى، على أنواع من المعادن النادرة. مع أن هذه المعادن لا تُشكل جزءًا كبيرًا من المنتج، إلا أنها... لا يمكن الاستغناء عنهلكن إنتاجها ومعالجتها يخضعان لاحتكار الصين. ونظرًا لتقلبات العلاقات الأمريكية الصينية، فمن الحكمة أن يفكر الغرب في مصادر جديدة للمعادن النادرة. وقد بحثت دراسة في كيفية... إعادة التدوير إعادة تدوير مكونات السيارات الكهربائية واستخراج المعادن النادرة منها لإعادة استخدامها. بهذه الطريقة، يُمكن تقليل الاعتماد على الدول الأخرى، وتقليص نطاق تعدين المعادن، وتقليل إنتاج النفايات، وحماية البيئة بشكل أكبر. هل تم إيجاد الحل الأمثل لإعادة تدوير الموارد الطبيعية؟
صلصة المعدن النادر
يقول الدكتور دانيال مادار، الباحث والاستشاري في مجال العلوم البيئية في شركة SP Interface: "تُمكّن بعض المعادن النادرة من تجميع مغناطيسات صغيرة وقوية". ويضيف: "نعتمد عليها لأن استخدام مواد أخرى سيجعل المغناطيس في مكونات مثل المحركات أكبر حجمًا، مما يُهدر الطاقة. يتطلب استخدام مواد أخرى بطاريات أكبر بعشر مرات أو أكثر، وهذا غير مناسب للطائرات بدون طيار والسيارات، على سبيل المثال". ويشير إلى وجود محاولات لإيجاد بدائل، ولكن حتى في الحالات التي تم فيها التوصل إلى حل مُحتمل، فإنه لا يزال محدود النطاق، وغير متاح فورًا، وغير مُجدٍ اقتصاديًا.
وفقًا لمدار، نشأ الاحتكار الصيني على مدى الخمسين عامًا الماضية نتيجةً لتحرك اقتصادي متعمد من الغرب للتخلي عن إنتاج ومعالجة المعادن على أراضيه. ويوضح قائلًا: "شجع الغرب، بقيادة الولايات المتحدة، نقل عمليات المعالجة والإنتاج الصناعي إلى الصين الشيوعية بهدف خفض تكاليف الإنتاج (لأن القوى العاملة في الصين أقل تكلفة)، وكذلك بهدف الإضرار بالاتحاد السوفيتي الشيوعي السابق (عدو الغرب خلال الحرب الباردة) من خلال تعزيز العلاقات مع الصين".
أدى هذا التحرك لاحقًا إلى انخفاض التلوث الصناعي في الغرب، لأن اللوائح البيئية الصارمة في الغرب صعّبت على الصناعات الملوثة الاستمرار في الوجود فيه، بينما شجعت اللوائح البيئية التي لم تكن موجودة في الصين (حتى قبل حوالي 15 عامًا) على تأسيس الصناعات هناك، كما يقول. في أبريل، ردًا على الرسوم الجمركية التي فرضها ترامب على واردات السلع إلى الولايات المتحدة، أعلنت الصين قيودًا على تصدير المواد التي تحتوي على معادن مثل الساماريوم، والغادولينيوم، والتربيوم، والديسبروسيوم، واللوتيتيوم، والسكانديوم، والإيتريوم. ومنذ ذلك الحين، تحسنت العلاقات بين الولايات المتحدة والصين.
يُعدّ تقييدٌ كالذي أُعلن عنه في أبريل مثالاً على التحديات التي تواجه نمط الحياة العصري الذي أصبح يعتمد على سلاسل توريد دولية معقدة. «في السنوات الأخيرة، وخاصةً منذ جائحة كورونا، أدرك الغرب وجود مشكلة استراتيجية الاعتماد على الصين في الباقييقول مادار. لقد شهدنا جميعًا كيف يتزعزع استقرار إمدادات المنتجات في أوقات الأزمات السياسية والأمنية والاقتصادية والصحية. ومع ذلك، وفي ضوء أزمة المناخ والحاجة إلى التحول إلى الطاقة المتجددة التي ستُشغّل المزيد من الأجهزة الكهربائية، تبرز الحاجة إلى مصدر دائم لهذه المعادن الأساسية. وفي إطار مساعيها للحد من هذا الاعتماد، أعادت دول مختلفة فتح مناجم كانت مغلقة أو أنشأت مرافق لمعالجة المعادن على أراضيها.
تتطور القدرة على استخراج المعادن النادرة من النفايات بسرعة. الصورة: unsplash
إعادة تدوير السيارات
خيار آخر هو إعادة تدوير المواد الموجودة بالفعل في حوزة المستهلكين والدول واستخدامها بحرية. نشر فريق بحثي من جامعة بولونيا شرط الذي يتناول إمكانية إعادة تدوير هذه المعادن من المكونات الموجودة في المركبات الكهربائية خارج الاستخدام.
وفقًا للمقال، تتطور القدرة على استخراج المعادن النادرة من النفايات بسرعة: بحلول عام ٢٠٥٠، من المتوقع أن يأتي ثلاثة أرباع إمدادات المعادن في أوروبا من هذا الطريق. ومع ذلك، حتى الآن، كانت هذه المعادن المهمة شبه منسية في صناعة إعادة التدوير العالمية. بينما تركز إعادة تدوير المعادن على استخراج معادن أخرى مثل الحديد والألمنيوم والنحاس، لا يُعاد تدوير سوى ١٪ من المعادن النادرة عالميًا.
وكالة تتوقع وكالة الطاقة الدولية أن يزداد استخدام المركبات الكهربائية من حوالي 30 مليون مركبة في عام 2022 إلى 250 مليون مركبة بحلول عام 2030. ستزيد هذه الزيادة من الحاجة إلى مغناطيسات "نيو"، المكونة من العناصر الكيميائية الحديد والبورون ومعدن النيوديميوم الأرضي النادر. تتميز هذه المغناطيسات بخصائص مغناطيسية قوية تُمكّن من تصميم محركات أصغر وأكثر كفاءة. ووفقًا للوكالة، مع تزايد استخدام المركبات الكهربائية وتزايد عدد السيارات التي تنتهي صلاحيتها، من المحتم أن تُطرح مسألة تحسين وتطوير القدرة على استخراج المغناطيسات من المحركات الكهربائية على جدول الأعمال.
تفكيك المركبات
تناولت الدراسة الإمكانات العملية والاقتصادية لإعادة تدوير المعادن والمغناطيسات من مكونات مختلفة، مثل المحركات الكهربائية، ومكيفات الهواء، ونظام التوجيه المعزز، وناقلات الحركة، في مركبات متنوعة. أُجري الاختبار في منشآت معالجة وإعادة تدوير المعادن في إيطاليا، وشمل مركبات تُمثل أنواعًا مختلفة من السيارات. مثّلت سيارة فيات 500 الكهربائية سيارة صغيرة، وسيارة فيات دوكاتو الكهربائية شاحنة صغيرة، وسيارة جيب كومباس الهجينة سيارة هجينة. أُخذ في الاعتبار مقدار العمل المطلوب لتفكيك كل مكون، وكمية المواد النادرة التي يُمكن إعادة تدويرها، لكل سيارة. ثم قارن الفريق قيمة المعادن التي تمكنوا من استخراجها بتكلفة العمالة اللازمة للحصول عليها، وذلك لتحديد الجدوى الاقتصادية لإعادة التدوير.
تم استخراج أكثر من 300 غرام من معدن النيوديميوم النادر من المحركات الكهربائية لطرازي فيات، وعُثر على عشرات الغرامات الإضافية منه في سيارة الجيب الهجينة. إجمالاً، يمكن استخراج معادن نادرة بقيمة تتراوح بين 60 و90 يورو من سيارات فيات الكهربائية، وحوالي 30 يورو من سيارة الجيب. قد يبدو هذا مبلغًا زهيدًا مقارنةً بتكلفة السيارة، لكن قيادتها تعتمد على أدائها.
يشير هذا إلى أن إعادة تدوير المواد اللازمة للسيارات الكهربائية في هذه المرحلة ليست مجدية اقتصاديًا للعديد من مكوناتها. أي أن تكلفة العمل المبذول في تفكيك السيارة إلى مكوناتها واستخراج المعادن والمغناطيسات تتجاوز قيمة المعادن المستخرجة. يقول مادار: "هذا يعني أنه إذا أرادوا إعادة تدوير المعادن، فسيكون هناك حاجة إلى دعم جزئي". لذلك، يقترح فريق البحث إدراج إمكانية إعادة التدوير ضمن الاعتبارات. تصميمأي أنه في مرحلة تصميم المركبة، يجب مراعاة وضع المكونات القابلة لإعادة التدوير في مكان يسهل على عمال منشأة إعادة التدوير الوصول إليه. على سبيل المثال، يجب أن تكون هذه المكونات أقل اتصالًا ببقية هيكل المركبة، وألا تعيقها الشفرات أو الصفائح الفولاذية. بهذه الطريقة، ستزداد سهولة الوصول إلى المكونات، وسيُختصر وقت العمل المخصص لتفكيك المكون من السيارة، وستُخفض تكاليف إعادة التدوير.
السفر إلى المستقبل
يوضح مادار أن هذا الحل سيستغرق وقتًا طويلًا، وفي غضون ذلك سيستمر العالم في الاعتماد على تعدين المعادن أو مواد أخرى، وسيتم ابتكار تقنيات من شأنها تقليل الحاجة إلى المعادن النادرة. "ربما تنجح هذه الفكرة خلال 20 عامًا في إنشاء سلسلة توريد مستقرة لهذه المواد، وخلق..." الاقتصاد الدائري"، كما يقول. واليوم تدخل المركبات الكهربائية السوق، ولكن معظم المركبات التي تنتهي صلاحيتها ليست كهربائية، وبالتالي فإن إعادة تدوير المعادن مثل النيوديميوم لا يزال يشكل جزءًا هامشيًا من السوق.
ومع ذلك، يرى مادار أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم هذه القضية بشكل أفضل. ويختتم حديثه قائلاً: "ركز البحث على معادن ومركبات محددة. إذا أردنا اختبار جدوى إعادة تدوير المعادن النادرة اقتصاديًا، فعلينا اختبار المزيد من المعادن والمنتجات".
الهواتف، والحواسيب، والسيارات الكهربائية، وحتى التقنيات العسكرية للملاحة وكشف التهديدات، جميعها تحتوي، من بين أشياء أخرى، على أنواع من المعادن النادرة. مع أن هذه المعادن لا تُشكل جزءًا كبيرًا من المنتج، إلا أنها... لا يمكن الاستغناء عنهلكن إنتاجها ومعالجتها يخضعان لاحتكار الصين. ونظرًا لتقلبات العلاقات الأمريكية الصينية، فمن الحكمة أن يفكر الغرب في مصادر جديدة للمعادن النادرة. وقد بحثت دراسة في كيفية... إعادة التدوير إعادة تدوير مكونات السيارات الكهربائية واستخراج المعادن النادرة منها لإعادة استخدامها. بهذه الطريقة، يُمكن تقليل الاعتماد على الدول الأخرى، وتقليص نطاق تعدين المعادن، وتقليل إنتاج النفايات، وحماية البيئة بشكل أكبر. هل تم إيجاد الحل الأمثل لإعادة تدوير الموارد الطبيعية؟
صلصة المعدن النادر
يقول الدكتور دانيال مادار، الباحث والاستشاري في مجال العلوم البيئية في شركة SP Interface: "تُمكّن بعض المعادن النادرة من تجميع مغناطيسات صغيرة وقوية". ويضيف: "نعتمد عليها لأن استخدام مواد أخرى سيجعل المغناطيس في مكونات مثل المحركات أكبر حجمًا، مما يُهدر الطاقة. يتطلب استخدام مواد أخرى بطاريات أكبر بعشر مرات أو أكثر، وهذا غير مناسب للطائرات بدون طيار والسيارات، على سبيل المثال". ويشير إلى وجود محاولات لإيجاد بدائل، ولكن حتى في الحالات التي تم فيها التوصل إلى حل مُحتمل، فإنه لا يزال محدود النطاق، وغير متاح فورًا، وغير مُجدٍ اقتصاديًا.
وفقًا لمدار، نشأ الاحتكار الصيني على مدى الخمسين عامًا الماضية نتيجةً لتحرك اقتصادي متعمد من الغرب للتخلي عن إنتاج ومعالجة المعادن على أراضيه. ويوضح قائلًا: "شجع الغرب، بقيادة الولايات المتحدة، نقل عمليات المعالجة والإنتاج الصناعي إلى الصين الشيوعية بهدف خفض تكاليف الإنتاج (لأن القوى العاملة في الصين أقل تكلفة)، وكذلك بهدف الإضرار بالاتحاد السوفيتي الشيوعي السابق (عدو الغرب خلال الحرب الباردة) من خلال تعزيز العلاقات مع الصين".
أدى هذا التحرك لاحقًا إلى انخفاض التلوث الصناعي في الغرب، لأن اللوائح البيئية الصارمة في الغرب صعّبت على الصناعات الملوثة الاستمرار في الوجود فيه، بينما شجعت اللوائح البيئية التي لم تكن موجودة في الصين (حتى قبل حوالي 15 عامًا) على تأسيس الصناعات هناك، كما يقول. في أبريل، ردًا على الرسوم الجمركية التي فرضها ترامب على واردات السلع إلى الولايات المتحدة، أعلنت الصين قيودًا على تصدير المواد التي تحتوي على معادن مثل الساماريوم، والغادولينيوم، والتربيوم، والديسبروسيوم، واللوتيتيوم، والسكانديوم، والإيتريوم. ومنذ ذلك الحين، تحسنت العلاقات بين الولايات المتحدة والصين.
يُعدّ تقييدٌ كالذي أُعلن عنه في أبريل مثالاً على التحديات التي تواجه نمط الحياة العصري الذي أصبح يعتمد على سلاسل توريد دولية معقدة. «في السنوات الأخيرة، وخاصةً منذ جائحة كورونا، أدرك الغرب وجود مشكلة استراتيجية الاعتماد على الصين في الباقييقول مادار. لقد شهدنا جميعًا كيف يتزعزع استقرار إمدادات المنتجات في أوقات الأزمات السياسية والأمنية والاقتصادية والصحية. ومع ذلك، وفي ضوء أزمة المناخ والحاجة إلى التحول إلى الطاقة المتجددة التي ستُشغّل المزيد من الأجهزة الكهربائية، تبرز الحاجة إلى مصدر دائم لهذه المعادن الأساسية. وفي إطار مساعيها للحد من هذا الاعتماد، أعادت دول مختلفة فتح مناجم كانت مغلقة أو أنشأت مرافق لمعالجة المعادن على أراضيها.
إعادة تدوير السيارات
خيار آخر هو إعادة تدوير المواد الموجودة بالفعل في حوزة المستهلكين والدول واستخدامها بحرية. نشر فريق بحثي من جامعة بولونيا شرط الذي يتناول إمكانية إعادة تدوير هذه المعادن من المكونات الموجودة في المركبات الكهربائية خارج الاستخدام.
وفقًا للمقال، تتطور القدرة على استخراج المعادن النادرة من النفايات بسرعة: بحلول عام ٢٠٥٠، من المتوقع أن يأتي ثلاثة أرباع إمدادات المعادن في أوروبا من هذا الطريق. ومع ذلك، حتى الآن، كانت هذه المعادن المهمة شبه منسية في صناعة إعادة التدوير العالمية. بينما تركز إعادة تدوير المعادن على استخراج معادن أخرى مثل الحديد والألمنيوم والنحاس، لا يُعاد تدوير سوى ١٪ من المعادن النادرة عالميًا.
وكالة تتوقع وكالة الطاقة الدولية أن يزداد استخدام المركبات الكهربائية من حوالي 30 مليون مركبة في عام 2022 إلى 250 مليون مركبة بحلول عام 2030. ستزيد هذه الزيادة من الحاجة إلى مغناطيسات "نيو"، المكونة من العناصر الكيميائية الحديد والبورون ومعدن النيوديميوم الأرضي النادر. تتميز هذه المغناطيسات بخصائص مغناطيسية قوية تُمكّن من تصميم محركات أصغر وأكثر كفاءة. ووفقًا للوكالة، مع تزايد استخدام المركبات الكهربائية وتزايد عدد السيارات التي تنتهي صلاحيتها، من المحتم أن تُطرح مسألة تحسين وتطوير القدرة على استخراج المغناطيسات من المحركات الكهربائية على جدول الأعمال.
تفكيك المركبات
تناولت الدراسة الإمكانات العملية والاقتصادية لإعادة تدوير المعادن والمغناطيسات من مكونات مختلفة، مثل المحركات الكهربائية، ومكيفات الهواء، ونظام التوجيه المعزز، وناقلات الحركة، في مركبات متنوعة. أُجري الاختبار في منشآت معالجة وإعادة تدوير المعادن في إيطاليا، وشمل مركبات تُمثل أنواعًا مختلفة من السيارات. مثّلت سيارة فيات 500 الكهربائية سيارة صغيرة، وسيارة فيات دوكاتو الكهربائية شاحنة صغيرة، وسيارة جيب كومباس الهجينة سيارة هجينة. أُخذ في الاعتبار مقدار العمل المطلوب لتفكيك كل مكون، وكمية المواد النادرة التي يُمكن إعادة تدويرها، لكل سيارة. ثم قارن الفريق قيمة المعادن التي تمكنوا من استخراجها بتكلفة العمالة اللازمة للحصول عليها، وذلك لتحديد الجدوى الاقتصادية لإعادة التدوير.
تم استخراج أكثر من 300 غرام من معدن النيوديميوم النادر من المحركات الكهربائية لطرازي فيات، وعُثر على عشرات الغرامات الإضافية منه في سيارة الجيب الهجينة. إجمالاً، يمكن استخراج معادن نادرة بقيمة تتراوح بين 60 و90 يورو من سيارات فيات الكهربائية، وحوالي 30 يورو من سيارة الجيب. قد يبدو هذا مبلغًا زهيدًا مقارنةً بتكلفة السيارة، لكن قيادتها تعتمد على أدائها.
يشير هذا إلى أن إعادة تدوير المواد اللازمة للسيارات الكهربائية في هذه المرحلة ليست مجدية اقتصاديًا للعديد من مكوناتها. أي أن تكلفة العمل المبذول في تفكيك السيارة إلى مكوناتها واستخراج المعادن والمغناطيسات تتجاوز قيمة المعادن المستخرجة. يقول مادار: "هذا يعني أنه إذا أرادوا إعادة تدوير المعادن، فسيكون هناك حاجة إلى دعم جزئي". لذلك، يقترح فريق البحث إدراج إمكانية إعادة التدوير ضمن الاعتبارات. تصميمأي أنه في مرحلة تصميم المركبة، يجب مراعاة وضع المكونات القابلة لإعادة التدوير في مكان يسهل على عمال منشأة إعادة التدوير الوصول إليه. على سبيل المثال، يجب أن تكون هذه المكونات أقل اتصالًا ببقية هيكل المركبة، وألا تعيقها الشفرات أو الصفائح الفولاذية. بهذه الطريقة، ستزداد سهولة الوصول إلى المكونات، وسيُختصر وقت العمل المخصص لتفكيك المكون من السيارة، وستُخفض تكاليف إعادة التدوير.
السفر إلى المستقبل
يوضح مادار أن هذا الحل سيستغرق وقتًا طويلًا، وفي غضون ذلك سيستمر العالم في الاعتماد على تعدين المعادن أو مواد أخرى، وسيتم ابتكار تقنيات من شأنها تقليل الحاجة إلى المعادن النادرة. "ربما تنجح هذه الفكرة خلال 20 عامًا في إنشاء سلسلة توريد مستقرة لهذه المواد، وخلق..." الاقتصاد الدائري"، كما يقول. واليوم تدخل المركبات الكهربائية السوق، ولكن معظم المركبات التي تنتهي صلاحيتها ليست كهربائية، وبالتالي فإن إعادة تدوير المعادن مثل النيوديميوم لا يزال يشكل جزءًا هامشيًا من السوق.
ومع ذلك، يرى مادار أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم هذه القضية بشكل أفضل. ويختتم حديثه قائلاً: "ركز البحث على معادن ومركبات محددة. إذا أردنا اختبار جدوى إعادة تدوير المعادن النادرة اقتصاديًا، فعلينا اختبار المزيد من المعادن والمنتجات".
