Kadangi vėjo jėgainėms, saulės baterijoms ir elektriniams automobiliams reikia kur kas daugiau vario, cinko, nikelio ir įvairių egzotiškų metalų, nei tradiciniams kuru varomiems automobiliams, „Pheonix Tailings“ startuolis kalnakasybos atliekas ėmėsi paversti gyvybiškai svarbiais mineralais.
Retųjų žemių metalų naudojimas
Šiandien Kinija dominuoja retųjų žemių elementų apdirbimo srityje ir perdirba apie 60 proc. šių medžiagų visame pasaulyje. Prognozuojama, kad tokių medžiagų paklausa sparčiai augs, todėl Bideno administracija pareiškė, kad tokia padėtis kelia grėsmę nacionaliniam ir ekonominiam saugumui.
Šiuo metu Jungtinėse Valstijose ir daugelyje kitų pasaulio vietų nenaudojami dideli kiekiai retųjų žemių metalų. Problema ta, kad jie sumaišyti su didžiuliais kiekiais toksiškų kasybos atliekų.
„Phoenix Tailings“ kompanija didina medžiagų, įskaitant retųjų žemių metalus ir nikelį, gavybos iš kasybos atliekų proceso mastą.
Kompanija oksiduotam metalui surinkti naudoja vandenį ir perdirbamus tirpiklius, tada metalą įdeda į įkaitintą išlydytos druskos mišinį ir naudoja elektros energiją.
Startuolis, kurio vieni iš įkūrėjų yra MIT absolventai, teigia, kad jos bandomoji gamykla Voburne, Masačusetso valstijoje, yra vienintelė vieta pasaulyje, kurioje retųjų žemių metalai gaminami be toksiškų šalutinių produktų ar anglies dioksido išmetimo.
Procese naudojama elektros energija, tačiau „Phoenix Tailings“ šiuo metu ją kompensuoja atsinaujinančiosios energijos sutartimis.
Kompanija tikisi iki 2026 m. pagaminti daugiau kaip 3 000 tonų metalų, o tai sudarytų apie 7 proc. visos praėjusiais metais JAV pagamintos produkcijos.
Dabar, remiama Energetikos departamento, „Phoenix Tailings“ plečia metalų, kuriuos gali gaminti, sąrašą ir spartina planus statyti antrą gamybos cechą.
Komandos, kurią sudaro MIT absolventai Tomás Villalón, Michelle Chao, Nick Myers ir Anthony Balladon, įkūrėjų darbas turi reikšmės geopolitikai ir planetai.
„Galimybė gaminti savo medžiagas šalies viduje reiškia, kad nesi užsienio monopolijos pavaldinys. Mes orientuojamės į svarbiausių medžiagų kūrimą naujos kartos technologijoms. Kalbant plačiau, norime gauti šių medžiagų tokiais būdais, kurie būtų tvarūs ilguoju laikotarpiu.“ – sako T. Villalónas.
Startuolio įkūrimo istorija
Villalónas susidomėjo chemija ir medžiagų mokslu po to, kai pirmaisiais savo studijų MIT metais išklausė 3.091 kursą („Kietojo kūno chemijos įvadas“).
Paskutiniaisiais studijų metais jis gavo galimybę padirbėti „Boston Metal“, kitoje MIT įmonėje, kuri naudoja elektrocheminį procesą plieno gamybai dekarbonizuoti.
Ši patirtis paskatino medžiagų mokslo ir inžinerijos specialybę įgijusį Villaloną susimąstyti apie tvaresnių metalurgijos procesų kūrimą.
Tačiau tik atsitiktinai susitikęs su Myersu per 2018 m. Biblijos studijas Villalónas ėmėsi įgyvendinti šią idėją.
„Diskutavome apie svarbiausias pasaulio problemas, kai priėjome prie elektrifikavimo temos. Tai tapo diskusija apie tai, kaip JAV gauna medžiagų ir kaip turėtume galvoti apie jų gamybos elektrifikavimą.
Galiausiai aš pagalvojau: „Jau dešimtmetį dirbu šioje srityje, eikime ką nors daryti“. Nikas sutiko, bet maniau, kad jis tiesiog nori gerai pasijusti. Tada liepos mėnesį jis atsitiktinai man paskambino ir pasakė: „Turiu [7 000 JAV dolerių]. Kada pradėsime?“ – prisimena Villalónas.
Villalónas pasitelkė Chao, savo buvusį bendraklasį iš MIT ir kolegą iš medžiagų mokslo ir inžinerijos, o Myersas – Balladoną, buvusį bendradarbį, ir įkūrėjai pradėjo eksperimentuoti su naujais retųjų žemių metalų gamybos procesais.
„Grįžome prie pagrindinių principų, termodinamikos, kurios mokiausi pas MIT profesorius Antoine’ą Allanore’ą ir Donaldą Sadoway’ų, ir reakcijų kinetikos supratimo.
Tokios pamokos kaip 3.022 kursas („Mikrostruktūros evoliucija medžiagose“) ir 3.07 kursas („Keramikos įvadas“) taip pat buvo labai naudingos. Prisiliečiau prie visų aspektų, kuriuos studijavau MIT.“ – sako Villalónas.
Parengę vieną sistemos projekto versiją, startuolio įkūrėjai nusipirko eksperimentinį kiekį kasybos atliekų, vadinamojo raudonojo dumblo, ir Villalono kieme įrengė reaktoriaus prototipą.
Galiausiai jie gavo nedidelį kiekį produkto, tačiau jiems teko pasiskolinti mokslinės įrangos, reikalingos norint nustatyti, kas tiksliai tai yra. Paaiškėjo, kad tai nedidelis kiekis retųjų žemių koncentrato kartu su gryna geležimi.
Šiandien „Phoenix Tailings“ rafinavimo gamykloje Voburne į mišinį dedamos kasybos atliekos, kuriose gausu retųjų žemių metalų, ir jis kaitinamas iki maždaug 700 laipsnių pagal Celsijų. Mišinį veikiant elektros srove, ant elektrodo kaupiasi grynas metalas. Šio proceso metu lieka nedaug atliekų.
„Svarbiausia ne tik chemija, bet ir tai, kaip viskas sujungta, nes retųjų žemių metalai turi būti labai gryni, palyginti su įprastai gaminamais metalais. Todėl visą laiką turite galvoti apie medžiagos grynumą.“ – aiškina Villalónas.
Nuo retųjų žemių iki nikelio, magnio ir kt.
Villalónas sako, kad šis procesas yra ekonomiškas, palyginti su įprastiniais gamybos metodais, nesusidaro jokių toksiškų šalutinių produktų ir visiškai neišskiria anglies dvideginio, kai elektrai gaminti naudojami atsinaujinantys energijos šaltiniai.
Šiuo metu Voburno gamykloje klientams gaminami keli retųjų žemių elementai, įskaitant neodimį ir disprozį, kurie yra svarbūs magnetų gamyboje. Klientai šias medžiagas naudoja vėjo turbinoms, elektriniams automobiliams ir gynybos reikmėms.
Kompanija taip pat gavo dvi dotacijas iš JAV energetikos departamento „ARPA-E“ programos, kurių bendra suma viršija 2 mln. JAV dolerių.
Jos 2023 m. dotacija remia sistemos, skirtos nikeliui ir magniui išgauti iš kalnakasybos atliekų naudojant karbonizaciją ir perdirbtą anglies dioksidą, kūrimą. Tiek nikelis, tiek magnis yra labai svarbios medžiagos švarios energijos naudojimui, pavyzdžiui, akumuliatoriams.
Naujausia dotacija padės startuoliui pritaikyti savo procesą geležies gamybai iš kasybos atliekų be išmetamųjų teršalų ar toksiškų šalutinių produktų.
„Phoenix Tailings“ teigia, kad jos procesas suderinamas su įvairių rūšių rūdomis ir atliekomis, todėl kompanija turi daug medžiagos, su kuria gali dirbti. Kasmet JAV kasant ir perdirbant mineralines rūdas susidaro apie 1,8 mlrd. tonų atliekų.
Villalóno teigimu, jie nori pasinaudoti savo žiniomis, įgytomis apdorojant retųjų žemių metalus, ir pamažu perkelti jas į kitus segmentus.
Tačiau jie dar turi patobulinti kai kurias iš šių medžiagų, todėl kelia klausimą, kaip visa tai atrodo reguliavimo požiūriu. Galiausiai jie siekia sukurti metodus, kurie būtų ekonomiški ir atitiktų aplinkosaugos reikalavimus ne tik dabar, bet ir po 30 metų.
