Металлам в вашем смартфоне нет замены

Несколько столетий тому назад список широко используемых материалов сводился к древесине, кирпичам, железу, меди, золоту и серебру. Сегодня же разнообразие просто поражает. Например, чип в вашем смартфоне содержит 60 различных элементов. Наша жизнь настолько зависит от этих материалов, что нехватка лишь некоторых из них может отправить человечество в развитии на десятилетия назад.
Если мы когда-нибудь столкнемся с такой нехваткой, что мы будем делать? Томас Гредель из Йельского университета в США со своими коллегами решил найти ответ на этот вопрос. Для анализа он выбрал 62 самых редких металла и металлоида.

На первом этапе ученый решил сформировать полный список сфер использования этих элементов. И задача оказалась на удивление сложной. В современном мире использование металлов в большинстве своем происходит за закрытыми дверями корпораций и под покровом коммерческой тайны. И даже если есть возможность выяснить, как применяются некоторые элементы, определить соответствующие объемы и пропорции удается не всегда. Таким образом, ученые решили принять во внимание использование материалов, которые ежегодно появляются в наличии в результате разработки недр и переработки отходов.
Следующим этапом было определить, существует ли какая-либо замена металлам в таких сферах использования. Как пишет Томас Гредель, наилучшую альтернативу найти не всегда легко. Свойства элементов уникальны, и замена часто уменьшает производительность изделия. Но она возможна.
Подтверждением тому могут служить два примера. В 1970-х годах в магнитах повсеместно использовался кобальт. Когда гражданская война в Заире вызвала нехватку этого металла, ученым из General Motors и других организаций пришлось разработать магниты на основе других элементов. А недавно нехватка рения для производства высоколегированных сплавов для газовых турбин привела компанию General Electric к разработке альтернативы, в которой практически не используется рений.
Поиск заменителей, проведенный Гределем, основывается на анализе научной литературы, опросах дизайнеров продукции и материаловедов. Результаты работы представляют собой отрезвляющее напоминание о том, насколько жизненно важны некоторые металлы, и независимые специалисты назвали отчет тревожным звоночком.
Ни один из 62 элементов не имеет заменителей, настолько же хорошо выполняющих необходимую функцию, а 12 металлов из 62 вообще не имеют альтернативы. В их число вошли рений, родий, лантан, европий, диспрозий, тулий, иттербий, иттрий, стронций, таллий, магний и марганец.
Экономисты в течение долгого времени считали, что нехватка какого-либо материала быстро приведет к разработке подходящего заменителя. Такое мнение отчасти подкреплялось фактами удачной замены в прошлом, в частности, это вышеописанные случаи с кобальтом и рением. Но металлы – это особенные элементы. «Мы продемонстрировали, что поиск альтернативы металлу крайне проблематичен. Заменитель должен имитировать особенные свойства, а это необычайно сложно в некоторых сферах применения», - говорит Гредель.
Четкость и ясность фактов поражает, так как никто еще не анализировал значимость металлов настолько детально. И наибольшим достижением Томаса в этой работе стало визуальное представление важности этих элементов. Ученый разработал трехмерную карту, где три оси означают риск поставок, экологические последствия и возможные сложности при ограничении поставок.
Внимание общественности было привлечено к недостатку ископаемых ресурсов в 2010 году, когда Китай внезапно ограничил экспорт группы металлов под названием редкоземельные элементы. Цены на них взлетели в пять раз, что заставило компании по всему миру взяться за открытие своих шахт для добычи редкоземельных элементов. Это в свою очередь серьезно повлияло на стоимость множества устройств от персональных гаджетов до ветряных турбин.
Следует отметить, что использование некоторых металлов может дойти до высшей точки. Например, во многих странах промышленность достигла предела насыщения железом и алюминием. Однако это касается только простых металлов. Рынок никогда не будет перенасыщен более редкими элементами даже при отличных методах переработки.
Кроме Китая некоторые страны, такие как США, Южная Африка, Австралия, Конго и Канада, обладают самыми разнообразными и большими запасами металлов. «Национальные потрясения или длительная политическая нестабильности в любой из этих стран произведет серьезные колебания в материальном мире, в котором мы живем», - отмечает Томас Гредель.

Facepla.net по материалам Livescience

• < Топ-3 стиральных машин для эко-туризма
• Электрический велосипед на солнечной энергии >

Комментарии: