אתגר אספקה מינרלים קריטי והבטחה של הים העמוק

המעבר העולמי המאצה לכלכלה פחמן נמוכה יוצרת דרישה חסרת תקדים עבור מתכות ספציפיות.סוללת רכב חשמלי, טורבינות רוח, לוחות סולאריים, ואלקטרוניקה מתקדמת דורש אספקה קבועה, בטוחה של ניקל, קובלט, נחושת, ומניגאני. . Terrestrial כרייה להתמודד עם אתגרים גוברים: ירידה או ציונים, עלייה באנרגיה ומים, טביעת רגלים משמעותיים, סיכונים גיאופוליטיים לעתים קרובות מעוררים באספקת מינרלים קריטית של סין, מנסה לדיכוי מרכזי, תוך כדי לחץ על פני מינרלים קריטיים, תוך כדי עיבוד של אספקת מינרלים קריטיים, תוך כדי לחץ על פני השטח של אספקת מינרלים קריטיים, תוך כדי לחץ על פני אספקת מינרלים, תוך כדי לחץ על פני אספקת מינרלים קריטיים של אספקת מינרלים, לחץ על פני השטח של אספקת מינרלים דמוקרטיים, ודיכוי, כמו גם על פני השטח של סין, לחץ על פני השטח של אורגניזמים, ותעשיות קריטי, ותעשיות קריטיים, תוך 70%, תוך כדי לחץ על פני השטח של התעשייה הדמוקרטית של התעשייה הדמוקרטית של התעשייה הדמוקרטית של סין.

אחת מהדרכים המבטיחות והחשדות השנויות במחלוקת שוכנת על המישורים הדו-צדדיים של האוקיינוס העמוק, בעומקים בין 4000 ל-6,000 מטרים.כאן, שדות עצומים של נוודים פולימטליים – מזהמים סלעיים בגודל אטומי עשירים בסודות הומניים, ניקל, קובלט ונחושה – עם זאת, מעבר למגבלות מדעיות אפשריות לאספקת המתכת.

הבנת המשאבים: הקומפוזיציה של הפולימטאלים

נוודים פולימטאלים אינם גילוי לאחרונה; הם זוהו לראשונה במהלך משלחת ה-HMS Challenger ב- 1870.הם יוצרים למעלה ממיליוני שנים באמצעות משקעים איטיים של תחמוצת מתכת ו הידרוקסידים ממי הים ומים ספדים סביב גרעין, לעתים קרובות שן כריש או חתיכת פגזים.הההההתוצאה היא חבילה עקבית של מתכות רחבות על פני אזורים גיאוגרפיים.

בעוד ההרכב המדויק משתנה על ידי מיקום, a טיפוסית רמה גבוהה של CCZ מכיל בערך 27-30% מגברי, 1.2-1.5% ניקל, 1.0-1.4% נחושת, 0.2-0.25% cobalt, וכמויות קטנות יותר של molybdenum, titanium, ליתיום, ואלמנטים נדירים של כדור הארץ.

האי-מנטליות הסביבתית של שיטות עיבוד חדשות

הטכנולוגיה הבסיסית לאיסוף נואל – המכונה לעתים קרובות "רכב הקולקטור" – מתפקד כספינת ענק, המופעלת מרחוק מתחת למים או שואב אבק.זה חוצה את קרקעית הים, קציר מכנית את ה nodules החשופים ומשאב אותם עד כלי על פני השטח באמצעות מערכת כרייתיתית, בעוד יעיל באיסוף אוטה, שיטה זו יש חסרונות אקולוגיים משמעותיים.

יתר על כן, האוקיינוס העמוק הוא שוקעת פחמן קריטית.הצטברות איטית של חומר אורגני על המישורים של ספקטרום התהום פחמן במשך אלפי שנים. הפרעה מכנית נרחבת עשויה להיות מבשרת מחדש של פחמן אורגני זה, שחרור אותו בחזרה לתוך עמודת המים ופוטנציאל לתרום לחומצה באוקיינוס.הדאגות האלה הביאו קואליציה גלובלית של מדענים וארגונים סביבתיים כדי לקרוא למזכר על חומר נפץ עמוק על פני הים, עד שטכנולוגיות אלה יכולות להיות מסוגלות באופן דרמטי לפתח השפעות סביבתיות.

טכנולוגיות מתפתחות ל- Metal Extraction

דחיפה לכריית קרח עמוקה בת קיימא יש חידושים מצופים על פני כמה חזיתות. שיטות מתפתחות אלה נועדו לעבד את הצומת ביעילות רבה יותר על פני השטח או, באופן קיצוני יותר, לחלץ את המתכות מבלי להביא פיזית את הנביחות אל פני השטח בכלל.

עיבוד הידרומטרי

שיטות מסורתיות לעיבוד נוודים לעתים קרובות להתחיל עם pyrometallurgy, או smelting, אשר מפחית את האור ל מנטה מלוטש, בעוד יעיל, smelting הוא אנרגיה אינטנסיבית, דורש הוצאות הון גבוהות, ומייצר פליטות גזי חממה משמעותיות.האלטרנטיבה המתעוררת העיקרית היא הידרומטורגיה מתקדמת, משפחה של תהליכים ללח כימי שפועלים בטמפרטורות נמוכות יותר ולחצים.

כמה גליונות זרימה נפרדים פותחו ונבדקו בקנה מידה פיילוט.ה-FLT:0Cuprion ammcal leach Process (FLT:1) משתמשים בפתרון של פחמן אמוניום וצליח כסוכן מצמצם את צריכת החמצן המסולפת (מפרקים) באופן קבוע, נחושת, ומולקולנוע ממנופים, ומשאיר את האווירה המחוספסת בעמדה אחרת.

In-Situ Leaching (Solution Mining)

אולי היציאה הקיצונית ביותר מכריית הים הקונבנציונלית היא ניתוק (ISL), הידוע גם בשם מיצוי הפתרון. שיטה זו מבטלת לחלוטין את הצורך לאסוף פיזית להרים את ה nodules אל פני השטח. במקום זאת, רשת של הזריקה ובארות הייצור יהיה פרוס על משטח הים וכתוצאה מכך משטח מתכתי מתכת דביקים.

היתרונות הסביבתיים הפוטנציאליים של SLN הם משמעותיים.זה נמנע הפרעה פיזית של קרקעית הים, מבטל את הדור של זרעי סימנט, ואינו דורש הסרת כמויות מסיביות של חומר סלע מוצק על פני השטח.זה יכול לפעול באופן תיאורטי עם הרבה יותר קטן על פני השטח, עם זאת, האתגרים הטכניים הם עבור שאלות מפתח חד משמעיות: האם ניתן לשלוט ביעילות על זרימת ליקסיט הכלולים בתוך הטמפרטורות הגבוהות של האוקיינוסים (אורד) בתוך כמה ממרחקים (C) עמוק בתוך כמה ממרחקים) ומחוץ לטמפרטורות גבוהות יותר עמוק בתוך כמה לחץ עמוק בתוך כמה לחץ דם בינוניים (C) או יותר) או יותר ויותר עמוק בתוך כמה לחץ עמוק בתוך כמה לחץ עמוק בתוך כמה לחץ עמוק בתוך כמה לחץ עמוק בתוך כמה טמפרטורות גבוהות יותר (C) או יותר) או יותר (מסוג של מרכזי) או יותר עמוק בתוך כמה לחץ דם בינוני (מסוג של מרכזי) או יותר)?

מיצוי אלקטרו-כימי

שיטות אלקטרוכימיות מציעות רמה גבוהה של דיוק ושליטה.שתי הגישות העיקריות הן אלקטרוליגרד והן אלקטרוזויות. inFLT:0electroleachingFLT:1, זרם חשמלי נמוך מתחלף מוחל ישירות על מגש של שלבים נמכים בפתרון אלקטרוליטטי.

(FLT:0)Electro זוכיפי FLT:1 כבר טכנולוגיה סטנדרטית ב הידרומטאורגיה הארצית לייצור נחושת, ניקל, ו cobalt.החדשנות נמצאת בהפיכה ישירות עם הצעד הנידון במעגל משולב יחיד. יתרון משמעותי של שיטות אלה הוא שילוב פוטנציאלי שלהם עם מקורות אנרגיה מתחדשת.

Biomining ו- Bioleaching

הטבע מציע כמה מהפתרונות האלגנטיים ביותר.ביומיניזציה משתמשת במיקרואורגניזמים – סוגים ספציפיים של חיידקים, ארכאה ופטריות – כדי לזרז את פירוק מתכות מנקודות מוצקות. טכנולוגיה זו כבר בשימוש מסחרי על הקרקע כדי לחלץ נחושת מנקודות sulfide אוסים וזהב מ-refractory ores.

המנגנון כולל את ההפחתה המיקרוביאלית של דו-חמצני (MnO2), שהוא השלב המינרלי העיקרי ב nodules. חיידקים מסוימים פטריות יכול להשתמש MnO2 כמו מקבל אלקטרון מסוף בנשימה שלהם, צמצום זה כדי soluble Manganese (Mn2+) כמו ממטריקס חד-חמצני מתמוסס, זה משחרר את ה-Folfretastrella, ו-Fol-Fol-Fol-Ficret-a-Fol-Ficre-Fic-Fic-Ficret-Fol-Fic-Fol-Fic-Fol-Fol-Fic-Fret-Fret-Fret-Fic-Fic-Ficret-Ficret-Ficret-a-a-Fic-a-a-Ficretexa-Ficret-Fic-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-Fic-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a

המכון המלכותי ההולנדי למחקר ים (NIOZ) ומוסדות אחרים חוקרים באופן פעיל את הפוטנציאל של המיקרואורגניזמים האלה עבור ביו-מין עמוק ים. a bioreactor על ספינה או פלטפורמה צף יכול להיות מוזן עם נוודים מרוסקים, מי הים, ואספקה של microbes.התהליך פועל בטמפרטורות מתוחכמות ולחץ, אין כימיקלים קשים, ויש לו אנרגיה מינימלית, אשר דורש שיפור משמעותי של צינורות חשמליים, כולל לחץ כימי, אשר דורש, כולל לחץ כימי מתמשך, אשר דורש, כולל לחץ דם, הוא לחץ דם, אשר דורש, לחץ דם מכני, אשר דורש, לחץ כימי מתמשך, כולל לחץ דם מכני, הוא לחץ דם איטי יחסית, אשר דורש, כולל לחץ דם, אשר דורש, לחץ דם מכני, הוא לחץ דם מכני, הוא לחץ, אשר דורש, אשר דורש, לחץ דם חזק, לחץ דם מכני, לחץ דם מכני, הוא לחץ דם מכני, אשר דורש, אשר דורש, אשר דורש, אשר דורש, אשר דורש, כולל לחץ דם מכני, אשר דורש טיפול כימי, אשר דורש, הוא לחץ כימי מתמשך, לחץ דם מכני, לחץ דם מכני, אשר דורש, אשר דורש, הוא לחץ כימי, הוא לחץ כימי, הוא לחץ אווירי, אשר דורש, כולל לחץ כימי, הוא לחץ דם מכני, אשר דורש,

הפרדה פיזית

לפני כל עיבוד כימי או ביולוגי, את התכונות הפיזיות של הנדולים ניתן לנצל. Nodules הם צפופים יותר ולעתים קרובות יש תכונות מגנטיות שונות בהשוואה למשקעים של abyssal . גבוה ⁇ מגנטיים ⁇ (HGMS) יכול לשמש כדי להפריד ביעילות את האור מן המשקעים לאחר שלב מחץ מינימלי.תהליך זה משתמש מאוד מים קטנים ולא כימיקלים, לייצר נוזל לאחר מכן יכול להיות מנקה באופן פוטנציאלי כדי לרסק את המעגל הראשי של זרם הדם.

ניתוח השוואתי של שיטות החילוץ

שום טכנולוגיה אחת אינה פתרון אוניברסלי, הגישה האופטימלית תהיה תלויה במסחר בין טביעת רגל סביבתית, עלות הון, עלות תפעול ובגרות טכנית.

  • (FLT:0) מתקדם הידרומטאוררגיה 1 (FLT:1) יש את הרמה הגבוהה ביותר של טכנולוגיה קראנס (TRL) הוא משתמש בציוד ועקרונות הנדסיים מבוססים, אבל זה דורש כלי עיבוד גדול, מייצר זרמי פסולת (פרטים ואפקטים), וצורכי כימיקלים ומים.
  • (FLT:0) ב-Situ LeachingFLT:1) מציע את ההשפעה הנמוכה ביותר על קרקעית הים, כאשר הוא מבטל את כלי הרכב האספנים ואת מערכת העלייה כולה.
  • (FLT:0) שיטות אלקטרו-כימיקליות מציעות בחירה גבוהה ואת הפוטנציאל של תהליך נקי מאוד, אנרגיה מתחדשת מופעלת.
  • (FLT:0)BiominingFLT:1 הוא שפיר הסביבתי ביותר, באמצעות זרזים ביולוגיים טבעיים בתנאים נוחים.זה נמצא כעת בקנה מידה המעבדה ועומד בפני אתגרים בקצב התגובה ובמידתיות עבור לוחות גדולים.
  • (FLT:0) הפרדה גופנית (Physicalהפרדה) 1) מספק אנרגיה נמוכה, צעד טרום-ריכוזי כימי נמוך שיכול להועיל לכל השיטות האחרות.זהו טכנולוגיה פשוטה, חזקה המתאימה לשילוב בכל גליון זרימה.

תרחיש סביר של פעולות מסחריות הראשונות הוא גליון זרימה היברידית: רכב אספן נמוך מטוביש עם צמח עיבוד הידרומטריורגי מתקדם על כלי שיט.לאורך זמן, כמו טכנולוגיות המאפשרות בוגר, ב-itu או שיטות ביו-מין יכול לזרז את הצורך באוסף פיזי, המוביל לתעשיית כריות שונה לחלוטין וברת קיימא יותר.

שחקני מפתח והגזע לשיווק

הפיתוח של טכנולוגיות אלה מרוכז בין כמה שחקני תעשייה מרכזיים ומוסדות מחקר. חברת המתכת (TMC) ראשי תיבות של 1, באמצעות חברות הבת שלה NORI ו- TOML, מחזיק ברישיון חיפוש ב- CCZ. TMC ביצעה מספר רב של ניסויים באספן הטייסים והוא פעיל בפיתוח גליון עיבוד הידרומטרי בשותפות עם SGS, הם הצהירו כי מטרתם לייצר סוללות נמוכות יותר מאשר פעילות פחמן ניקל.

(הופנה מהדף ים מינרלים משאבים (GSR)FIRLT:1), חברת בת של חברת ההיגוי הבלגית DeME, היא עוד חלוצה עיקרית. GSR בחנו את רכב האספן של פטניה השני ב CCZ והוא מתמקד מאוד במחקרי בסיס סביבתיים ובקרת השפעה שלהם.

הנוף הפורמלי והחברתי

טכנולוגיה לבדה לא תפתח את הים העמוק.רשות קרקעית הים הבינלאומית (ISA), שהוקמה תחת אמנת האו"ם על חוק הים (UNCLOS), אחראית על regulating פעילויות הקשורות למינרלים באזור (הקרקע הים מעבר לסמכות השיפוט הלאומית) ISA מחויבת בפיתוח "קוד המיחזור", מערך מקיף של תקנות השולטות וניצול, כולל סטנדרטים סביבתיים, תשלומים מלכותיים, ומנגנוני שיתוף תועלת.

היעדר קוד מינוי סופי הוא מקור עיקרי של אי ודאות.למרות ש- ISA עובד על תקנות אלה במשך שנים, התהליך היה שנוי במחלוקת.כמה מדינות וקבוצות סביבתיות קוראות לזיכרון או הפסקה אמצעית על כריית ים עמוקה, בטענה כי בסיס הידע המדעי אינו מספיק כדי להבטיח את ההגנה של מערכות אקולוגיות עמוקות.

סינרגיות עם המעבר העולמי לאנרגיה

הקשר בין נוודים עמוקים לים ומעבר האנרגיה הנקי הוא ישיר ורב עוצמה.הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה (IEA) פרויקטים שביקוש מינרלים מוחלט לטכנולוגיות אנרגיה נקיות יכול לחדור עד 2040.השגת מטרות האקלים העולמיות תדרוש פריסת מאות מיליוני EVs וכמויות מסיביות של יכולת ייצור אנרגיה נקייה.זה דורש פריסה מתאימה של חומרים ותשתיות רשת.

טורבינת רוח אחת בחו"ל דורשת בערך 3 טון של נחושת.חבילה סוללה EV דורשת עשרות ק"ג של ניקל, קובלט ונחושה. על ידי מתן מקור חדש, מגוון גיאופוליטי של מינרלים קריטיים אלה, נוודים פולימטים פולימטים יכולים להקל על צווארי שרשרת האספקה ולהפחית את התלות על כמה מדינות מייצרות דומיננטיות יותר, כמו גם שיטות החילוץ המתעוררות, במיוחד אלקטרוכימיות וגישות המופעלות על ידי מאווירה, מציעים נתיבים עם פוטנציאל למולים עם זרם אנרגיה נמוך יותר מאשר עם נתיבים עם מנועים עם מנועים ומעבדה של אנרגיה רב עוצמה.

הדרך Ahead

החילוץ של מתכות מקרקעי האוקיינוס נע מהרעיון התיאורטי למציאות הנדסית מוחשית.השיטות המתעוררות המתוארות כאן - חומרים הידרומטאורגיה, עיבוד אלקטרוכימי, ביו-כימיקלי, והפרדה פיזית סלקטיבית - ייצוג כלי מתוחכם שנועד לטפל באתגרים הסביבתיים המשמעותיים הקשורים למושגים מסורתיים עמוקים של כריית מים.