طوّر باحثون في جامعة رايس عملية لاستخلاص العناصر الأرضية النادرة من المغناطيسات المُتَرَوكَة باستخدام طاقة أقل ومواد كيميائية أقل من الطرق التقليدية. التقنية، المنشورة في سجلات الأكاديمية الوطنية للعلوم، تسخّن المواد المهملة بسرعة باستخدام الكهرباء وتستخدم غاز الكلور لفصل العناصر القيّمة. يمكن لهذا النهج أن يساعد في تلبية الطلب المتزايد على هذه المواد الحرجة من خلال الاستفادة من النفايات الإلكترونية.
العناصر الأرضية النادرة (REEs) أساسية للإلكترونيات مثل الهواتف والحواسيب المحمولة، لكن استعادتها من النفايات الإلكترونية كانت تحديًا. قاد جيمس تور، أستاذ علم المواد والهندسة النانوية في جامعة رايس، فريقًا ابتكر طريقة تعالج هذا من خلال استهداف المغناطيسات المهملة، مثل تلك من أنواع النيوديميوم-حديد-بُورون والساماريوم-كوبالت.
يبني العملية على تسخين جول الوميض، الذي اكتشفه فريق تور في عام 2018 لتحويل مصادر الكربون إلى غرافين. في عام 2023، حسّنوه بغاز الكلور. يُوضَع المغناطيسات المطحونة، التي تُسخَن أولاً إلى 800 درجة مئوية لإزالة المغناطيسية وتليينها، على منصة كربون داخل غرفة زجاجية. تُسخِن تيار كهربائي المادة بسرعة إلى آلاف الدرجات المئوية في ثوانٍ. يتفاعل غاز الكلور بعد ذلك مع المكونات غير الـREEs مثل الحديد، مُشَكِّلًا كلوريدات ذات نقاط غليان منخفضة —يتبخر كلوريد الحديد عند 315 درجة مئوية، مقارنة بـ3,000 درجة مئوية للحديد— مما يسمح لها بالترسب على جدران الغرفة. تبقى الـREEs كأكاسيد أو أوكسي كلوريدات على المنصة، مُنتِجَةً أكثر من 90% نقاءً واستعادة أكثر من 90% من العناصر. يمكن إعادة مغناطيسة البقايا بعرضها لمغناطيس.
أكد تور على الإمكانيات للولايات المتحدة: “البلاد تجري بسرعة لترى كيف يمكننا الحصول على هذه [الـREEs]،” قال. “وفي حجتنا، كل شيء في نفاياتنا… لدينا هنا، فقط اسحبه مرة أخرى من النفايات.” مقارنة بالاستخلاص الهيدرُميتالُورجي، الذي يسميه تور “عملية فوضوية، فوضوية” بسبب استخدامه الثقيل للأحماض والمذيبات، يقلل هذا الطريقة استخدام الطاقة بنسبة 87%، وانبعاثات الغازات الدفيئة بنسبة 84%، والتكاليف التشغيلية بنسبة 54%. مع إنتاج 66.2 مليون طن من النفايات الإلكترونية عالميًا في عام 2022 —حيث تتجاوز تركيزات الـREEs الخامات الطبيعية— وتأثير التعدين البيئي، أضاف تور: “من الأفضل الحصول عليها من النفايات.” قد تُمد التقنية إلى أشكال أخرى من النفايات الإلكترونية.