Группа учёных из Университета штата Пенсильвания предложила эффективный способ извлечения редкоземельных элементов из электронного мусора. Сегодня это популярное направление для исследований, но химики из Пенсильвании смогли удивить. Для связывания микрочастиц неодима в растворах учёные использовали микрочастицы из переработанных початков кукурузы, кожуры томатов, отходов хлопка и остатков древесины.

Источник изображения: Chemical Engineering Journal

«Такие отходы, как кукурузные початки, древесная масса, хлопок и томатная кожура, часто оказываются на свалках или в компосте, — говорит автор статьи в журнале Chemical Engineering Journal Амир Шейхи (Amir Sheikhi), доцент кафедры химической инженерии. — Мы хотели превратить эти отходы в микро- или наноразмерные частицы, способные извлекать редкоземельные элементы из электронных отходов».

При подготовки эксперимента группа Шейхи измельчила томатную кожуру и кукурузные початки, нарезала древесную массу и хлопковую бумагу на маленькие тонкие кусочки и замочила их в воде. В ходе дальнейшей химической реакции все материалы распались на три различные фракции: микропродукты, наночастицы и солюбилизированные биополимеры. Выяснилось, что добавление микропродуктов или наночастиц в растворы с частицами неодима запускало процесс разделения. Иначе говоря, частицы этого редкоземельного элемента захватывались и могли быть легко отделены от жидкости.

Захват работает благодаря электростатическому взаимодействию отрицательно заряженных микро- и наноматериалов из биологических отходов, которые связываются с положительно заряженными ионами неодима. Учёные уверены, что таким образом можно отделять из растворов другие редкоземельные элементы и драгоценные металлы, например, золото и серебро при переработке печатных плат и других электронных компонентов. Теперь учёные готовятся испытать технологию на промышленном предприятии по переработке отходов.

В Китае реализовали первый в мире проект по созданию поезда на магнитной подушке, которому для парения в воздухе совсем не нужна энергия. Подъёмную силу поезду придают постоянные магниты в подвесе и в монорельсе, что делает решение гораздо более экономичным по сравнению с другими видами транспорта на электрической тяге.

Источник изображения: SCMP

Первым проектом, который довели до реализации, стала 800-м трасса Red Rail в южнокитайском уезде Синьгуо провинции Цзянси. Это монорельсовая трасса с подвесной гондолой на 88 пассажиров. Гондола-поезд движется на высоте 10 м со скоростью до 80 км/ч. При движении маглев на постоянных магнитах потребляет очень мало энергии, утверждают разработчики. Стоимость строительства также очень мала и едва достигает 10% от стоимости строительства метрополитена.

Подобные монорельсы на постоянных магнитах обещают стать передовым общественным транспортом в растущих китайских мегаполисах. В перспективе они могут увеличить скорость передвижения до 120 км/ч и более. Немаловажно, что электромагнитное загрязнение у такого транспорта намного ниже, чем в случае маглевов на сверхпроводящих и обычных электрических магнитах. Для городского окружения с его насыщенной электромагнитными полями средой это очень и очень важно.

В Китае разработка транспортных средств на магнитной подушке с использованием постоянных магнитов ведётся около 20 лет. Для успешной реализации проекта китайским учёным пришлось решить две серьёзные проблемы. Во-первых, проблему деградации постоянных магнитов, а во-вторых, проблему управляемости транспортного средства, скользящего без электричества.

Вопрос с деградацией был снят после разработки магнитов с включением редкоземельных элементов. Добавка в обычные постоянные магниты неодима снижает скорость деградации магнитных свойств до 5 % за сто лет. Китай остаётся лидером по переработке редкоземельных элементов и имеет возможность создавать магниты на сотни и тысячи километров трасс для поездов на пассивной магнитной подвеске (хотя остальной мир должен опасаться такой перспективы — редкоземельные элементы нужны всем и в огромных объёмах).

Источник изображения: SCMP

Проблема с управляемостью также успешно решена, за что надо благодарить современную электронику и материаловедение. Кстати, после некоторого изучения первой линии с практической точки зрения власти региона планируют продлить её до 7,5 км.

«Максимальная скорость большинства внутренних подземных линий обычно ограничена 80 км/ч, но поезд на постоянных магнитах, приводимый в движение исключительно искусственным интеллектом, может развивать скорость на 50 % больше. Это означает, что даже в оживленном центре города поезд сможет поддерживать скорость и обеспечивать пассажирам широкое поле зрения на городские пейзажи, избегая пробок», — заявил один из разработчиков проекта.

Наличие в США источников редкоземельных элементов не противоречит тому, что в стране отсутствуют заводы по отделению и очистке этого сырья. Это очень грязное производство, которое поручили другим странам, например, Китаю. И если подобное разделение труда оправдано экологически и экономически, то стратегически США оказались в сложном положении. Редкоземельное сырьё критически важно для оборонного сектора, а внутреннего источника нет. Поэтому США ищут варианты.

Источник изображения: DARPA

Решить проблему экологической чистоты и получения редкоземельных элементов на территории США поручено, в том числе, учёным из Национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL). Лаборатория заключила контракт с Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) на проведение первой фазы исследований по выявлению и искусственному выращиванию биологических микроорганизмов, которые могли бы естественным путём отделять и очищать редкоземельные элементы из малообогащённых руд и отвалов.

Контракт заключён в рамках исполнения программы DARPA EMBER (Environmental Microbes as a BioEngineering Resource). Стоимость контракта на выполнение первой фазы составляет $4 млн. Если учёными будут решены поставленные задачи, контракт будет продлён на последующие фазы с оплатой работ на сумму $9 млн.

«Команда будет использовать достижения в области микробной и биомолекулярной инженерии для разработки масштабируемой стратегии разделения и очистки редкоземельных элементов (РЗЭ) на основе биоматериалов с использованием недостаточно развитых отечественных источников. РЗЭ — это набор из 17 элементов периодической таблицы, включающий 15 лантаноидов, а также скандий и иттрий», — сказано в пресс-релизе LLNL.

Учёные намерены как испытать ранее идентифицированные микробы и белки, которые уже были протестированы и использованы для очистки и разделения редкоземельных элементов, так и проведут поиск новых микроорганизмов. В конечном итоге учёные надеются представить коммерчески зрелые платформенные биотехнологии для разделения и очистки редкоземельных элементов в промышленном масштабе.