В течение прошлого десятилетия спорадическая нехватка металлов должна была создать широкий спектр высокотехнологичных продуктов, вдохновили попытки определить количество критичности этих материалов, определенных относительной важностью использования элементов и их глобальной доступности.Многие металлы, традиционно используемые в производстве, такие как цинк, медь, и алюминий, не показывают признаков уязвимости. Но другие металлы, очень важные в производстве более новых технологий – как смартфоны, инфракрасная оптика и медицинское отображение – может быть более трудно получить в ближайшие десятилетия, сказал Томас Грэедель, профессор Клифтона Р. Массера Промышленной Экологии в Йельской Школе Лесоводства & Экологических Исследований и ведущего автора статьи.Исследование – который был основан на предыдущем исследовании, информации о промышленности и опытных интервью – представляет первую рецензируемую оценку критичности всех металлов и металлоидов планеты.
«Металлы, которые мы использовали в течение долгого времени, вероятно, не представят собой большую часть проблемы. Мы использовали их в течение долгого времени, потому что они довольно в изобилии, и они вообще широко распространены географически», сказал Грэедель. «Но некоторые металлы, которые стали использованными для технологии только за прошлые 10 или 20 лет, доступны почти полностью как побочные продукты.
Вы не можете взорвать определенно для них; они часто существуют в небольших количествах и используются в специализированных целях. И у них нет достойных замен».
Эти результаты иллюстрируют безотлагательность для нового дизайна продукта, который облегчает исправлять материалы для повторного использования, сказал Грэедель.Работа, опубликованная на Слушаниях Национальной академии наук, заключает в капсулу пятилетнюю оценку Йельской группы критичности металлических ресурсов планеты перед лицом растущего мирового спроса и увеличивающейся сложности современных продуктов.
По словам исследователей, критичность зависит не только от геологического изобилия. Другие важные факторы включают потенциал для нахождения эффективных альтернатив в производственных процессах, степени, до которой месторождения руды геополитически сконцентрированы, состояние добывающей технологии, регулирующего надзора, геополитических инициатив, региональной нестабильности и принципов экономической политики.Чтобы оценить государство всех металлов, исследователи развивали методологию, которая характеризует критичность в трех областях: поставляйте риск, экологические последствия и уязвимость для наложенных человеком ограничений поставки.Они нашли, что пределы поставки для многих металлов, очень важных в появляющемся секторе электроники (включая галлий и селен), являются результатом рисков поставки.
Экологические последствия горной промышленности и обработки представляют собой самые большие проблемы с металлами платиновой группы, золотом и ртутью. Для стальных легирующих элементов (включая хром и ниобий) и элементы, используемые в высокотемпературных сплавах (вольфрам и молибден), самые большие слабые места связаны с ограничениями поставки.Среди факторов, способствующих чрезвычайной критичности, проблемы – высокая геополитическая концентрация основного производства (например, 90 – 95% глобальной поставки редкоземельных металлов прибывают из Китая); отсутствие доступных замен (нет никакой соответствующей замены для индия, который используется в дисплеях компьютеров и сотовых телефонов); и политическая нестабильность (значительная фракция тантала, используемого широко в электронике, прибывает из разоренной войной Демократической Республики Конго).
Исследователи также проанализировали, как перерабатывающие ставки развились за эти годы и степень, до которой различные отрасли промышленности в состоянии использовать «недевственные» источники материалов. Некоторые материалы, такие как лидерство, высоко переработаны, потому что они, как правило, используются оптом, сказал Грэедель. Но относительно редкие материалы, которые стали очень важными в некоторой современной электронике, намного более трудно переработать, потому что они используются в таких миниатюрных суммах – и могут быть трудными высвободить из все более и более сложных и компактных новых технологий.
«Я думаю, что эти результаты должны послать сообщение проектировщикам продукта, чтобы провести больше времени, думая о том, что происходит после того, как их продукты больше не используются», сказал он. «Большая часть из того, что делает переработку этих материалов трудной, является их дизайном. Кажется, как будто пора думать немного больше о конце этих красивых продуктов».