Az erőművek hulladékaként keletkező szénhamu jelentős mennyiségű ritkaföldfémet tartalmazhat, így értékes erőforrássá válhat. Az USA-ban akár 11 millió tonna is rejtőzhet a hamuban, Magyarországon pedig a mecseki szén kiemelkedő ritkaföldfém-tartalma kínál stratégiai lehetőségeket.
A szénhamu, a szénerőművekben a szén égetése során keletkező melléktermék, hosszú ideje nem kincset, sokkal inkább nagy környezeti kihívást jelent a világ számos országában. A legújabb kutatások szerint azonban ez a melléktermék jelentős mennyiségű ritkaföldfémeket (REE-ket) tartalmazhat, amelyek alapvető fontosságúak a modern technológiákban, mint például az elektromos járművekben, a napelemekben és a szélturbinákban. Ez a felfedezés új lehetőségeket nyit meg a hulladékkezelés és az értékes anyagok kinyerése terén.
Egy néhány hete publikált, nagy sajtóvisszhangot kapó kutatás szerint
az Egyesült Államokban felhalmozott szénhamu akár 11 millió tonna ritkaföldfémet is tartalmazhat, ami közel nyolcszorosa a hatalmas ország jelenleg ismert tartalékainak.
A Texasi Egyetem által vezetett kutatás rámutatott, hogy a szénhamuban rejlő ritkaföldfémek értéke megközelítheti a 8,4 milliárd dollárt. Bridget Scanlon, a tanulmány egyik szerzője és az UT Jackson School of Geosciences kutatóprofesszora hangsúlyozta: „Ez a ritkaföldfémek hatalmas potenciális forrása lehet anélkül, hogy új bányák nyitására lenne szükség, és igazán jól példázza a »szemétből kincset« mantrát”, amit amúgy meglehetősen sokszor ismételnek a zöldgazdaságban érdekelt kutatók.
Az REE ellátási láncának kihívásai
A ritkaföldfémek nélkülözhetetlenek a zöldtechnológiákban, többek között az elektromos járművekben, a napelemekben, a szélturbinákban, az elektronikai eszközökben és a modern fegyverek egy részében. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) előrejelzése szerint e fémek iránti kereslet 2040-re várhatóan a mostani szint hétszeresére emelkedik. Az Egyesült Államok és az EU jelenleg azonban a ritkaföldfémek mintegy kilenctizedét kénytelen importálni, főként Kínából, ami ellátásilánc- és nemzetbiztonsági problémákat vet fel. Az újrahasznosítás mellett így a szénhamuból történő kinyerés lehetősége különösen fontossá válhat már a közeljövőben is.
Mi van benne? Miért értékes?
A szénhamu összetétele nagymértékben függ a szén származási helyétől, ami meghatározza a ritkaföldfémek kinyerésének hatékonyságát is. Az Appalache-medencéből származó tartalmazza a legnagyobb mennyiségben a ritkaföldfémeket, de csak a 30 százaléka nyerhető ki. Ezzel szemben a Powder River Basinből származó anyag alacsonyabb koncentrációjú, de több mint 70 százaléka hasznosítható. Paul Ziemkiewicz, a Nyugat-virginiai Egyetem Vízkutató Intézetének igazgatója figyelmeztetett, hogy a kinyerési folyamat költséges lehet, mivel ahhoz olyan erős savakra van szükség, amelyek drágák.
Léteznek ugyan hasonló ipari kinyerési technológiák, de a kifejezetten szénhamura használhatók még csak fejlesztési-tesztelési fázisban vannak.
A rendelkezésre álló geokémiai adatok szerint a szénhamuban található ritkaföldfémek (REE-k) közül néhány elem kifejezetten dominánsnak számít. A legnagyobb mennyiségben jelen lévő a cérium (Ce), amelynek az átlagos koncentrációja 167 ppm (mg/kg) – a ppm jelentése part per million, azaz milliomod rész. Ezt követi a lantán (La) 87,4 ppm-mel, a neodímium (Nd) 65,6 ppm-es átlagos mennyiséggel, valamint az ittrium (Y), amelyé megközelíti az 58 ppm-et. Ezek a négyes komponensek együttesen a teljes ritkaföldfém-tartalom, azaz a TREE (Total Rare Earth Elements) hozzávetőleg 85 százalékát teszik ki.
Hazai szénalapú kincseink
A magyarországi szénelőfordulások közül különösen a mecseki feketeszén mutat figyelemre méltó ritkaföldfém-dúsulásokat. Itt a korábbi vizsgálatok során mért TREE-maximumok meghaladták az 1800 g/t értéket, ami kiemelkedő nemzetközi viszonylatban is. A modern elemzések alapján az átlagos TREE-tartalom 140 és 1400 g/t között mozog, miközben a koncentrációk jellemzően 140 és 530 ppm közötti értékeket mutatnak. (A korábbi hazai vizsgálatok magára a kőszénre, nem pedig a hamura vonatkoztak – a szerk.)
A legjelentősebb dúsulásokat az észak-mecseki lelőhelyek – Komló, Máza és Nagymányok – térségében azonosították, ahol a feketeszén ritkaföldfém-tartalma a megszokotthoz képest 5–10-szeres dúsulási tényezőt mutat.
Ez azt jelenti, hogy ezek a bányaterületek kifejezetten ígéretesek lehetnek a hazai REE-kitermelés szempontjából, különösen, ha figyelembe vesszük a globális piac növekvő keresletét. Fontos megemlíteni, hogy a hazai szénminták nem csupán ritkaföldfémeket tartalmaznak, hanem más kritikus elemeket is. Ilyen például a nagy ipari jelentőségű
germánium (Ge), berillium (Be), nióbium (Nb), tantál (Ta), cirkónium (Zr) és hafnium (Hf).
Ezek az elemek ugyancsak keresettek a félvezetőiparban, a nagy teljesítményű ötvözetek gyártásában, valamint a csúcstechnológiás elektronikai eszközök előállításában. Ez pedig tovább növeli a magyarországi szénvagyon stratégiai jelentőségét, különösen egy a kritikus nyersanyagoktól egyre inkább függő globális gazdaságban.
Hogy áll a szénhamu-feldolgozás amerikai ötlete?
Rövid és középtávon valószínűtlen, hogy a széntüzelésű erőművekben keletkező szénhamu ipari méretekben gazdaságosan hasznosítható ritkaföldfémforrásként, ám a Texasi Egyetem kutatásának az eredményei azt sugallják, hogy 5–10 éves időtávon belül az ipari kinyerési technológiák fejlődése jelentősen felértékelheti ezt az eddig melléktermékként kezelt anyagot. Korábbi laboratóriumi vizsgálatok szerint a ritkaföldfémek kioldása pusztán erős koncentrációjú sósavval megoldható lenne, ám ipari szinten még nem áll rendelkezésre olyan technológia, amely költséghatékonyan és környezetkímélő módon képes ezt megvalósítani.
Magyarország és a sok szénerőművet adó balkáni térség esetében mindez stratégiai jelentőségű lehet, mivel a hazai és regionális REE-kitermelés felerősödése érdemben csökkenthetné az egyre volatilisebb és Kína által dominált globális ritkaföldfémpiac árnyomását.
Ráadásul mivel a világon millió tonnaszámra áll rendelkezésre szénhamu a hulladéklerakókban, az ülepítőtavakban és az ipari tározókban – miközben jelenleg jellemzően útépítésnél, illetve cementgyártásban használják fel azt –, egy ilyen újrahasznosítási mód többszörösen is hasznot hozhat. Így a mecseki szén mellett például a Mátrai Erőmű lignithamujának a részletes anyagvizsgálata és TREE-potenciáljának az elemzése is aktuális lehet ebből a szempontból.
USA: ígéretes kezdetek
A Biden-kormányzat tavaly áprilisban 17,5 millió dolláros, nemzetgazdasági szinten aprócska innovációs beruházást jelentett be három olyan projektbe, amelynek célja a ritkaföldfémek kinyerése a szénből és a szénhulladékból. Jennifer Granholm akkori energiaügyi miniszter szerint ez „növelni fogja a nemzetbiztonságunkat, miközben segít az amerikai feldolgozóipar újjáépítésében, valamint az energia- és bányászati közösségek újjáélesztésében szerte az országban”. Bár egyesek aggódnak, hogy a szénhamu értékké alakítása ösztönözheti a szénipart, Scanlon szerint ez nem valószínű, mivel nagyrészt a már meglévő hulladékot fogják felhasználni. Az Energiaügyi Minisztérium szerint jelenleg több mint 2 milliárd tonna szénhamut tárolnak az Egyesült Államokban.
A ritkaföldfémek szénhamuból történő kinyerése azonban – ahogy említettük – számos technológiai kihívással jár.
A hagyományos fémkivonási eljárások során ugyanis gyakran erős savakat használnak, ezenkívül a szénhamu összetétele és a benne lévő ritkaföldfémek eloszlása és nem túl magas aránya is befolyásolja a kinyerés hatékonyságát
Érdekesség, hogy közben itthon, a Miskolci Egyetem EU-s CriticEl projektje keretében éppen olyan technológiákat fejlesztenek, amelyek célja a ritkaföldfémek szénhamuból való hatékony és környezetbarát kinyerése és dúsítása. Próbálkoznak mechanikai módszerekkel és különböző kémiai eljárásokkal is.
További környezeti megfontolások
Mint utaltunk rá, a szénhamu ritkaföldfémforrásként való hasznosítása nemcsak gazdasági, hanem környezeti szempontból is előnyös lehet – de csak ha környezetbarát módon megoldható. A szénhamu újrafelhasználása ugyanis csökkentheti a hulladéklerakók terhelését és a környezeti kockázatokat. Emellett a ritkaföldfémek hazai forrásból történő kinyerése mérsékelheti az importfüggőséget és hozzájárulhat a gazdasági növekedéshez, kiváltképp, hogy az energiatároló iparunk különösen fejlett.
Bár világszerte mind nagyobb figyelem irányul a szénhamu ritkaföldfém-tartalmának hasznosítására, fontos megjegyezni, hogy
a ritkaföldfémek kinyerésének gazdaságossága számos tényezőtől függ, mint például a kinyerési technológia fejlettsége, a szénhamu ritkaföldfém-tartalma és a piaci árak.
Azaz mindenképpen további kutatások és fejlesztések szükségesek annak érdekében, hogy a szénhamu ritkaföldfémforrásként történő hasznosítása gazdaságilag is életképes legyen.
Források:
$8.4 Billion: Enormous Cache of Rare Earth Elements Discovered in America
Enormous Cache of Rare Earth Elements Hidden Inside Coal Ash Waste
US Government invests in critical mineral production from coal resources
Erőműi pernye komplex hasznosítása (Mucsi Gábor, Miskolci Egyetem)
KAPCSOLÓDÓ:
