مواد موردنیاز برای انرژی پاک آینده از کجا خواهند آمد؟

هیچ‌چیز از نیستی به‌وجود نمی‌آید. زمانی‌که به مفاهیم به‌ظاهر انتزاعی مانند انرژی می‌رسیم، این حقیقت می‌تواند به‌راحتی فراموش شود. با تشدید بحران تغییرات اقلیمی، سیاست‌مداران بیشتری بر اهمیت حرکت به‌سوی انرژی پاک تأکید می‌کنند. انرژی پاکِ بیشتر به‌مفهوم صفحات خورشیدی، توربین‌های بادی، وسایل نقلیه‌ی الکتریکی و باتری‌های بیشتر است. درعین‌حال، این وضعیت به‌معنای تقاضای بیشتر برای موادی است که این فناوری‌ها را امکان‌پذیر می‌کنند.

در برخی مواد، مانند سیلیکون برای ساخت صفحات خورشیدی، به‌نظر نمی‌رسد تقاضای بیشتر مسئله‌ی خاصی باشد. سیلیکون فراوان است و ما زیرساخت‌های موردنیاز برای تولید این ماده را داریم. بااین‌حال، زنجیره‌های عرضه‌ی ما برای مواد دیگر، نظیر نئودیمیم که برای ساخت توربین‌های بادی استفاده می‌شود، لیتیوم و کبالت که برای ساخت باتری‌ها موردنیاز هستند و مس که اساسا برای ساخت هرچیزی به‌کار می‌رود، ممکن است به تغییر نیاز داشته باشند.

اگرچه تقاضای بیشتر برای این مواد به‌معنای عملیات معدن‌کاوی بیشتر و افزایش تأثیرات محیطی حاصل از آن است، متخصصان معتقدند مزایای انرژی تجدیدپذیر فراتر از هزینه‌های آن است. چارلز بارنهارت، استاد مطالعات انرژی در دانشگاه واشنگتن می‌گوید:

چیزی به‌عنوان ناهار رایگان وجود ندارد؛ اما باید بدانید وقتی درباره‌ی تأثیرات محیطی صحبت می‌کنیم، مشغول تصمیم‌گیری بین بد و بدتر نیستیم.

برای بارنهارت تصمیم‌گیری بین معدن‌کاوی بیشتر برای انرژی‌های تجدیدپذیر و تداوم تکیه بر سوخت‌های فسیلی، تصمیم‌گیری بین طرف‌های کاملا متفاوت یک طیف است؛ زیرا هزینه‌ی هر تجارت معمول برمبنای سوخت‌های فسیلی آسیب بسیار زیادی به‌همراه دارد. این معامله سودمند خواهد بود؛ ولی بهتر است قبل از آن، درباره‌ی نحوه‌ی فراهم‌شدن مواد ضروری برای انقلاب انرژی‌های تجدیدپذیر و نیز چگونگی تغییر جهان درنتیجه‌ی افزایش تقاضا برای آن فکر کنیم.

توزیع معادن چهار عنصر مهم مورد نیاز برای انرژی‌های تجدیدپذیر در جهان

نئودیمیم

فرانسیس وال، استاد کانی‌شناسی کاربردی می‌گوید:

برای آهن‌رباها چیزی قابل‌رقابت با نئودیمیم وجود ندارد. این عنصر برای این کاربرد بهترین است.

نئودیمیم که گفته می‌شود عنصر زمینی کمیابی است، فلز نقره‌ای‌رنگی است که نقش بسیار مهمی درزمینه‌ی انرژی‌های تجدیدپذیر دارد. این عنصر زمانی‌که با آهن و بور ترکیب شود، آهن‌رباهای قوی تولید می‌کند که برای ژنراتور توربین‌های بادی و موتورهای وسایل نقلیه‌ی الکتریکی کارایی فراوانی دارد. البته، وال توضیح می‌دهد نئودیمیم چندان کمیاب نیست و نسبتا فراوان است. گاهی در پوسته‌ی زمین با همان غلظتی وجود دارد که عنصر فراوانی چون مس یافت می‌شود. مسئله این است که نئودیمیم را چین به‌شدت کنترل می‌کند. حدود ۸۵ درصد از نئودیمیم جهان از چندین معدن در چین می‌آید. معدنی که بائوتو نامیده می‌شود، در شمال چین دریاچه‌ای سمی ایجاد کرده است.

چندین معدن کوچک در مناطق دیگر وجود دارد؛ اما اغلب حتی معدن‌های خارج از چین تمایل دارند مواد خود را برای فرایندکردن به چین بفرستند. تنگنای بزرگی برای معدن‌کاوی و فرایندکردن نئودیمیم بحث هزینه است. وال توضیح می‌دهد تعداد زیادی پروژه‌ی اکتشاف معدن وجود دارد که به‌‌دلیل نبود تأمین مالی نمی‌توانند به کار ادامه دهند. او پیش‌بینی می‌کند با افزایش تقاضا، تأمین‌کنندگان دیگری نیز وارد بازار خواهند شد و فضای بیشتری برای ایجاد معادن به‌وجود خواهد آمد.

مس

مسئله‌ی مهم درباره‌ی استخراج مس، یافتن مناطقی است که در آنجا این فلز با غلظت بالا و مقادیر زیادی نزدیک سطح زمین وجود داشته باشد.

در وهله‌ی اول، شاید یافتن منطقه‌ی دارای ذخیره‌ی زیاد دشوار باشد و فرایند گرفتن مجوز‌ها و آغاز تولید نیز بسیار زمان‌بر است. پولتون می‌گوید:

عمدتا درحال معدن‌کاوی ذخایری هستیم که در اواخر دهه‌ی ۱۸۰۰، پیدا کرده‌ایم و در بسیاری از مواقع، در طول زمان درحال‌برداشت همان ذخایر بوده‌ایم. نخستین گام برای یافتن ذخایر جدید این است که ببینیم کجاها قبلا مس کشف شده است. منظور ما این است که اگر به‌دنبال شکار فیل هستید، باید این کار را در کشوری انجام دهید که فیل دارد.

در ادامه‌ی این کار، زمین‌شناسان گزارش‌های دولتی و دانشگاهی را مدنظر قرار می‌دهند و برای پیش‌بینی احتمال وجود این ذخایر، با متخصصان ژئوفیزیک و ژئوشیمی مشورت می‌کنند. هنگامی‌که ذخیره‌ی مس مکان‌یابی شد، گام بعدی استخراج آن از زمین است و تکنولوژی‌های جدید دارند جای خود را در این صنعت قدیمی بازمی‌کنند.

روش استخراج در محل

در دو منطقه از آریزونا، روش استخراج در محل (in Situ Leaching) یا سنگ‌شویی در محل، برای استخراج مس بدون حفاری درحال‌آزمایش است. به‌جای حفاری و استخراج مواد و فرایندکردن آن‌ها، معدن‌کاران چاه‌هایی ایجاد می‌کنند و سپس، محلول اسیدی رقیقی به داخل زمین پمپ می‌کنند. این محلول موجب حل‌شدن مس می‌شود. در ادامه، آن محلول به‌سمت خارج پمپ و فرایند می‌شود. درنهایت، چاه‌ها با آب تمیز و فراوان شسته می‌شوند تا اثر اسید از بین برود. پولتون می‌گوید:

ازآن‌جاکه گفته می‌شود محلول اسیدی موجب تخریب زمین می‌شود، به‌دقت این فرایند را بررسی می‌کنیم. ظاهرا این روش درمقایسه‌با روش معدن‌کاوی زیرزمینی ازنظر اثرهای زیست‌محیطی بهتر باشد.

ربات‌ها نیز وارد عمل می‌شوند. درحال‌حاضر، در معدن‌های مناطق دورافتاده‌ای، مانند غرب استرالیا و کویر آتاکاما در جنوب آمریکا، از ربات‌های معدن‌کار استفاده می‌شود. منابع جدید مس احتمالا در اعماق بیشتر مثلا عمق ۲،۰۰۰ متری از سطح زمین نیز یافت می‌شوند. بنابراین، آن‌ها داغ‌تر هستند و سنگ‌ها زیرفشار زیادی قرار دارند. این بدان معنا است که برای ساخت ربات‌های معدن‌کار قوی‌تر، به مهندسی بیشتر نیاز داریم تا ربات‌هایی بسازیم که بتوانند در وضعیت سخت زیر زمین کار کنند.

کارگری کودکان برای استخراج کبالت در جمهوری دموکراتیک کنگو

لیتیوم و کبالت

اگر شما زیرساخت عظیم انرژی تجدیدپذیری بسازید، باید ظرفیت ذخیره‌سازی را نیز درنظر بگیرید. درواقع مردم فقط زمانی‌که باد می‌وزد یا خورشید می‌تابد، به انرژی الکتریسیته نیاز ندارند. راه‌حل بلندپروازانه استفاده از باتری‌های عظیم لیتیوم‌یون است؛ مانند آنچه اکنون در جنوب استرالیا آزمایش شده است. آندرو میلر، تحلیلگر لیتیوم می‌گوید:

لیتیوم عنصری مهم برای تمام باتری‌های شارژشدنی است و در‌حال‌حاضر، دو راه برای به‌دست‌آوردن آن وجود دارد. یکی از روش‌های رایج در جنوب آمریکا این است که آن را از آب شور زیر دریاچه تبخیر کنند. بزرگ‌ترین منبع لیتیوم جهان در دریاچه‌ی سالارد آتاکاما در شیلی وجود دارد. لیتیوم را می‌توان از سنگ اسپودومن نیز استخراج کرد. اسپودومن منبع سنگی است که عمدتا در استرالیا یافت می‌شود.

با رشد بازار باتری، معادن اسپودومن بیشتری راه‌اندازی خواهد شد. میلر پیش‌بینی می‌کند اگرچه آمریکای‌جنوبی و استرلیا همچنان بااهمیت باقی خواهند ماند، این معادن در مناطق دیگری نظیر کانادا و کارولینای‌شمالی و نوادا در آمریکا و انگلستان و جمهوری چک نیز آغاز به‌کار خواهند کرد. او می‌گوید:

فشار مصرف‌کنندگانی را شاهد خواهید بود که نمی‌خواهند برای تأمین لیتیوم فقط روی یک یا دو منطقه‌ از جهان متکی باشند، به‌ویژه در وضعیتی که آن‌ها مشغول سرمایه‌گذاری‌های چندمیلیاردی در آمریکا یا اروپا یا دیگر مناطقی هستند که لیتیوم چندانی در آن‌ها تولید نمی‌شود.

کاسپر راولز، تحلیلگر کبالت می‌گوید:

درباره‌ی کبالت که دیگر مؤلفه‌ی مهم باتری‌های شارژشدنی است، این جمهوری دموکراتیک کنگو است که حرف اول را می‌زند.

کبالت یکی از مواد گران‌ موجود در باتری است و در وضعیتی استخراج می‌شود که حقوق بشر را نقض می‌کند. سال گذشته، ۷۰ درصد از کل کبالت دنیا از جمهوری دموکراتیک کنگو آمد. کنگو کشوری است که به‌‌دلیل فعالیت‌های کارگری ضد حقوق بشر، مانند به‌کارگرفتن کودکان در معادن لیتیوم، با انتقادهای گسترده‌ای رو‌به‌رو است. دانشمندان و مبتکران به‌دنبال ایجاد باتری‌های بدون کبالت هستند و ایلان ماسک حتی در توییتر اعلام کرده می‌خواهد کبالت را از باتری‌هایش حذف کند؛ اما چنین چیزی حداقل در زمان فعلی بعید است.