Indholdet af sjældne jordarter i amerikanske kulaske viser, at kul, der udvindes fra Appalachian Mountains, kunne være den ordsprogede gyldne gås til svært tilgængelige materialer, der er kritiske for ren energi og andre nye teknologier.
I kølvandet på et kulaskespild i North Carolinas Dan-flod i 2014 fra et sprængt drænrør, har spørgsmålet om, hvad man skal gøre med landets aldrende opbevaringsdamme og fremtidige kulaskeaffald, været et omstridt emne.
En særlig iværksætter idé er at udvinde såkaldte "kritiske" sjældne jordarters grundstoffer såsom neodym, europium, terbium, dysprosium, yttrium og erbium fra det brændte kul. Energiministeriet har identificeret disse globalt sparsomme metaller som en prioritet for deres anvendelse i ren energi og andre nye teknologier. Men præcis hvor meget af disse elementer, der er indeholdt i forskellige kilder til kulaske i USA, var aldrig blevet undersøgt.
Dele pr. Million
Forskere fra Duke University målte indholdet af sjældne jordarters grundstoffer i prøver af kulaske, der repræsenterer enhver større kulkilde i USA. De så også på, hvor meget af disse elementer, der kunne udvindes fra aske ved hjælp af en almindelig industriel teknik.
Resultaterne, offentliggjort online i tidsskriftet Miljøvidenskab og Teknologi, viser, at kul fra Appalacherne indeholder de mest sjældne jordarters grundstoffer. Men hvis udvindingsteknologier var billige nok, er der også masser af sjældne jordarter at finde i andre kilder.
"Energiministeriet investerer 20 millioner dollars i forskning i udvindingsteknologier til kulaffald, og der er bogstaveligt talt milliarder af dollars af sjældne jordarters grundstoffer indeholdt i vores nations kulaske," siger Heileen Hsu-Kim, lektor i civil- og miljøteknik.
"Hvis et program skulle bevæge sig fremad, ville de helt klart ønske at vælge kulaske med den højeste mængde udvindelige sjældne jordarters grundstoffer, og vores arbejde er den første omfattende undersøgelse, der begynder at undersøge mulighederne."
Forskerne tog kulaskeprøver fra kraftværker, der for det meste ligger i det amerikanske midtvest, og som brænder kul fra hele landet, inklusive de tre største kilder: Appalachian Mountains, det sydlige og vestlige Illinois, og Powder River Basin i Wyoming og Montana. Indholdet af sjældne jordarters grundstoffer blev derefter testet med flussyre, som er meget stærkere og mere effektivt end industrielle metoder, men er for farligt til at bruge i stor skala.
Resultaterne viste, at aske indsamlet fra kul fra Appalachian Mountain har den højeste mængde sjældne jordarters grundstoffer på 591 milligram pr. kilogram (eller dele pr. million). Aske fra Illinois og Powder River Basin indeholder henholdsvis 403 mg/kg og 337 mg/kg.
Gendannelsesmetode nødvendig
Forskerne brugte derefter en almindelig industriel udvindingsteknik med salpetersyre for at se, hvor meget af de sjældne jordarters grundstoffer kunne genvindes. Kulaske fra Appalachian Mountains havde de laveste udvindingsprocenter, mens asken fra Powder River Basin havde de højeste. Hsu-Kim mener, at dette kan skyldes, at de sjældne jordarters elementer i Appalachian Mountain kulaske er indkapslet i en glasagtig matrix af aluminiumsilikater, som salpetersyre ikke opløses særlig godt.
"En grund til at plukke kulaske fra Appalacherne ville være for dets høje indhold af sjældne jordarter, men du bliver nødt til at bruge en anden genvindingsmetode end salpetersyre," siger Hsu-Kim. "For at enhver fremtidig satsning skal begynde et udvindingsprogram, skal genvindingsmetoden skræddersyes til den specifikke kemi af den kulaske, der anvendes."
Forskere forsøgte også at "riste" kulasken med et alkalimiddel, før de opløste den med salpetersyre. Selvom processen ikke var blevet optimeret til nyttiggørelsesformål, viste testene en markant forbedring af ekstraktionseffektiviteten.
"De reagenser, vi brugte, er sandsynligvis for dyre at bruge i industriel skala, men der er mange lignende kemikalier," siger Hsu-Kim. "Tricket vil være at udforske vores muligheder og udvikle teknologier til at reducere omkostningerne. På den måde kan vi udnytte denne enorme ressource, der i øjeblikket bare sidder i bortskaffelsesdamme."
National Science Foundation, Environmental Research and Education Foundation og American Coal Ash Association finansierede arbejdet.
Kilde: Duke University
Relaterede bøger
at InnerSelf Market og Amazon
