В течение последнего десятилетия периодическая нехватка металлов, необходимых для создания широкого спектра высокотехнологичных продуктов, вдохновила на попытки количественно оценить критичность этих материалов, определяемую относительной важностью использования элементов и их глобальной доступностью.Многие металлы, традиционно используемые в производстве, такие как цинк, медь и алюминий, не имеют признаков уязвимости. Но другие металлы, имеющие решающее значение для производства новых технологий, такие как смартфоны, инфракрасная оптика и медицинская визуализация, может оказаться труднее получить в ближайшие десятилетия, сказал Томас Грэдель, профессор промышленной экологии им. Клифтона Р. Массера в Йельской школе.
Лесное хозяйство Экологические исследования и ведущий автор статьи.Исследование, основанное на предыдущих исследованиях, отраслевой информации и интервью с экспертами, представляет собой первую рецензируемую оценку критичности всех металлов и металлоидов на планете.«Металлы, которые мы использовали в течение длительного времени, вероятно, не будут представлять большой проблемы.
Мы используем их в течение долгого времени, потому что их довольно много и они широко распространены географически», — сказал Грэдел. «Но некоторые металлы, которые стали использоваться для технологий только в последние 10 или 20 лет, доступны почти полностью как побочные продукты. Вы не можете добывать специально для них; они часто существуют в небольших количествах и используются для специальных целей. нет достойных заменителей ".
Эти результаты иллюстрируют срочность разработки новых продуктов, которые упрощают восстановление материалов для повторного использования, сказал Грэдел.В документе, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, содержится пятилетняя оценка Йельской группой критичности ресурсов металлов планеты перед лицом растущего глобального спроса и возрастающей сложности современных продуктов.По мнению исследователей, критичность зависит не только от геологического обилия.
К другим важным факторам относятся возможность поиска эффективных альтернатив в производственных процессах, степень геополитической концентрации рудных месторождений, состояние горных технологий, регулирующий надзор, геополитические инициативы, региональная нестабильность и экономическая политика.Чтобы оценить состояние всех металлов, исследователи разработали методологию, которая характеризует критичность в трех областях: риск поставок, экологические последствия и уязвимость к ограничениям поставок, наложенным человеком.
Они обнаружили, что ограничения на поставку многих металлов, имеющих решающее значение для развивающегося сектора электроники (включая галлий и селен), являются результатом рисков со стороны предложения. Экологические последствия добычи и переработки представляют собой самые большие проблемы с металлами платиновой группы, золотом и ртутью. Для легирующих элементов стали (включая хром и ниобий) и элементов, используемых в жаропрочных сплавах (вольфрам и молибден), наибольшая уязвимость связана с ограничениями на поставку.К факторам, способствующим возникновению проблем чрезвычайной критичности, относятся высокая геополитическая концентрация первичного производства (например, от 90 до 95% мировых поставок редкоземельных металлов поступает из Китая); отсутствие доступных заменителей (нет адекватного заменителя индия, который используется в дисплеях компьютеров и сотовых телефонов); и политическая нестабильность (значительная часть тантала, широко используемого в электронике, поступает из разрушенной войной Демократической Республики Конго).
Исследователи также проанализировали, как с годами менялись показатели рециркуляции, а также степень, в которой различные отрасли промышленности могут использовать «не первичные» источники материалов. По словам Грэделя, некоторые материалы, такие как свинец, подвергаются высокой степени вторичной переработки, поскольку обычно используются в больших объемах.
Но относительно редкие материалы, которые стали критически важными для современной электроники, гораздо труднее перерабатывать, потому что они используются в таких ничтожных количествах, и их трудно извлечь из все более сложных и компактных новых технологий.«Я думаю, что эти результаты должны послужить сигналом для дизайнеров продуктов, чтобы они тратили больше времени на размышления о том, что происходит после того, как их продукты больше не используются», — сказал он. «Так много того, что затрудняет переработку этих материалов, — это их дизайн.
Кажется, пришло время подумать еще немного о том, что из этого получится».