Широко распространены опасения, что глубоководная добыча металлов нанесет ущерб хрупким экосистемам. Но если добыча когда-нибудь будет продолжена, водородная плазма может сократить углеродный след от плавки металлических руд.
Морское дно покрыто марганцевыми конкрециями Наука История Изображения/Alamy
Согласно новому исследованию, процесс извлечения металлов из руды с помощью водорода может сделать глубоководную добычу ценных материалов более экологичной, чем на суше.
Обширные участки океанского дна усеяны конкрециями размером с теннисный мяч. Эти полиметаллические конкреции состоят в основном из марганца с небольшими примесями никеля, меди и кобальта, а также других элементов. По мере бурного развития солнечной энергетики и электромобилей спрос на эти металлы растёт, поскольку они являются важнейшими компонентами аккумуляторов и проводки. Однако планы добычи полиметаллических конкреций вызывают серьёзные споры, поскольку их сбор может нанести ущерб глубоководному морскому дну – одной из последних нетронутых экосистем на Земле.
Тем не менее, некоторые исследователи предполагают, что глубоководная добыча в конечном итоге будет иметь место. «Я думаю, есть большая вероятность, что когда-нибудь люди… начнут добывать конкреции», — говорит Убайд Манзур из Института Макса Планка по устойчивым материалам в Германии. «Поэтому лучше иметь хороший процесс [извлечения металлов] после добычи, чем ещё один грязный процесс».
Реклама
Канадская компания Metals Company, занимающаяся глубоководной добычей полезных ископаемых, которая подала заявку в администрацию Трампа на получение разрешения на глубоководную добычу, планирует добывать металлы, используя ископаемое топливо, кокс и метан. Технология предполагает размещение конкреций сначала в печи, а затем в электродуговой печи – более экологичной альтернативе традиционной доменной печи. Тем не менее, компания заявляет, что её подход приведёт к выбросам 4,9 кг углекислого газа на каждый килограмм ценных металлов.
Манзур и его коллеги нашли способ снизить выбросы, связанные с добычей. Их система не использует печь. Вместо этого конкреции будут измельчаться в более мелкие гранулы и помещаться непосредственно в дуговую печь, содержащую также водород и аргон. Высокоэнергетические электроны, протекающие от электрода печи к гранулам, будут выбивать электроны из молекул водорода, образуя плазму, которую можно нагреть до температуры более 1700 °C.
Ионы водорода в плазме затем реагируют с кислородом в гранулах, удаляя оксиды из сплава и оставляя чистый металл. Помимо воды, единственными побочными продуктами являются оксид марганца и лигаты марганца, которые можно использовать для производства аккумуляторов и стали.
По словам исследователей, если водород, используемый в печи, «зелёный» (то есть получен путём расщепления воды с использованием электроэнергии из возобновляемых источников), и электричество, необходимое для работы печи, вырабатывается из возобновляемых источников, этот процесс не должен приводить к выбросам CO2. Сегодня подавляющее большинство водорода производится с использованием ископаемого топлива.
Такие металлы, как марганец, встречаются как на суше, так и на морском дне, но в концентрациях примерно в 10 раз ниже. Их добыча на суше связана с перемещением больших объёмов грунта, а извлечение металла из руды часто требует применения серной кислоты. Этот процесс может привести к уничтожению тропических лесов и загрязнению рек.
Однако наземную добычу можно было бы лучше регулировать, чтобы предотвратить разрушение окружающей среды, а плавку металлов можно было бы осуществлять с использованием «зелёного» водорода и возобновляемой электроэнергии, а не ископаемого топлива, утверждает Марио Шмидт из Пфорцхаймского университета в Германии. В таком случае извлечение конкреций с морского дна не обязательно будет более экологичным.
«Мы не видим никаких фундаментальных преимуществ глубоководной добычи с точки зрения углеродного следа», — говорит он. «Глубоководная добыча полезных ископаемых не может обеспечить её устойчивость из-за угрозы, которую она представляет для биоразнообразия глубоководной флоры и фауны».
Резкое сокращение загрязнения воздуха в Китае привело к резкому росту глобального потепления
Скорость потепления на планете возросла с 2010 года, и теперь исследователи говорят, что усилия Китая по очистке воздуха от загрязнений непреднамеренно являются причиной большей части этого дополнительного потепления.
Однако, по словам Дэвида Дая из Имперского колледжа Лондона, разработанный Манзуром и его коллегами процесс может помочь сделать глубоководную добычу полезных ископаемых более экономически выгодной.
«Рассматривая вопрос о том, как организовать металлургическую добычу после фактического подъема руды со дна моря, вы, возможно, сможете рассмотреть экономическое и экологическое обоснование, чтобы сделать это привлекательным», — говорит он.
Манзур подчеркивает, что исследование не призвано пропагандировать глубоководную добычу полезных ископаемых, и необходимо полностью изучить ее воздействие на окружающую среду.
Научные достижения DOI: 10.1126/sciadv.aea1223
Источник: www.newscientist.com
