Elementos de terras raras, incluindo neodímio e ítrio, não são realmente raros - mais comuns, na verdade, na crosta terrestre do que cobre e estanho. Mas, porque eles estão amplamente espalhados, e difícil de separar de seus minérios circundantes, minerá-los e refiná-los é difícil.

Terras raras são valiosas, também. Eles têm propriedades únicas que os tornam úteis em produtos eletrônicos e de energia modernos. Veículos elétricos e turbinas eólicas precisam de motores e geradores elétricos de alto desempenho, que por sua vez requerem ímãs fortes feitos de neodímio e disprósio. Ítrio, térbio e európio são a chave para telas coloridas com baixo consumo de energia em laptops, telas de celular e TV. O lantânio é crucial para lentes de câmera de alta qualidade, e o cério atua como um catalisador em conversores catalíticos automotivos. Os pesquisadores estão procurando alternativas e substitutos, mas não está claro se há algum.

A maioria das terras raras - 85% do suprimento mundial - é produzida na China. A última mina de terras raras dos EUA fechou em 2015, deixando o país dependente de importações - e vulnerável quando, como aconteceu em 2010, A China interrompeu todas as exportações de terras raras em um conflito comercial.

O fato de que uma guerra comercial poderia cortar novamente o fornecimento de terras raras levou algumas pessoas a considerar a reabertura das minas dos EUA. Mas nossa pesquisa identificou outra possibilidade:extrair terras raras das cinzas de carvão, um produto residual abundante com concentrações relativamente altas desses elementos-chave.

Cinza de carvão como fonte

Como um subproduto da queima de carvão para fazer eletricidade, os EUA produzem cerca de 80 milhões de toneladas de cinzas de carvão por ano. Cerca de 43% disso é usado como ingrediente no cimento e para enriquecer o solo com macro e micronutrientes. O restante vai para aterros sanitários ou se mistura com água e é armazenado em fossos abertos chamados tanques de contenção.

Essa cinza de carvão contém quantidades razoáveis ​​de terras raras, particularmente escândio e neodímio. Em cinzas de alguns tipos de carvão, as concentrações de terras raras são até 100 vezes maiores do que quando são encontradas naturalmente na crosta terrestre.

Pesquisar, financiado em parte por dinheiro do governo, encontrou pelo menos três maneiras de extrair terras raras das cinzas de carvão, embora nenhum ainda seja comercialmente viável. Os primeiros dois métodos, usando ácidos e bactérias especiais, são muito caros ou demorados e, portanto, improváveis ​​de serem práticos em escala industrial.

Uma terceira rota, que nossa pesquisa explora, usa aquecido, dióxido de carbono comprimido para dissolver e extrair seletivamente os elementos de terras raras. Esta forma de dióxido de carbono, chamado de "supercrítico, "tem vários aplicativos, inclusive na indústria de alimentos, remover a cafeína dos grãos de café.

Usando dióxido de carbono

Nossa pesquisa encontrou uma rota potencial para a lucratividade na extração de terras raras de cinzas de carvão usando dióxido de carbono supercrítico. Ainda existem desafios significativos, no entanto.

Primeiro, o processo precisa de outros produtos químicos. O dióxido de carbono é relativamente barato, mas não pode evitar que as terras raras se aglutinem e se separem dos outros elementos nas cinzas de carvão. Isso provavelmente exigirá um produto químico caro, como fosfato de tributila. Os pesquisadores precisarão encontrar maneiras de usar o mínimo possível para manter os custos baixos.

Segundo, o processo deve ser especialmente eficiente na extração de escândio e neodímio, que são particularmente valiosos. Muitas cinzas de carvão têm muitos desses elementos - mas não todos, o que levanta o terceiro desafio.

Algumas fontes de carvão - e, portanto, as cinzas quando o carvão é queimado - têm mais terras raras do que outras. Descobrimos que o valor das terras raras em uma única tonelada de cinza de carvão pode variar de US $ 99 em uma usina de carvão em Ohio a US $ 534 em uma usina de West Virginia. Com custos de extração esperados na faixa entre $ 380 e $ 1, 200 por tonelada, nem toda cinza de usina de carvão será um lugar lucrativo para encontrar terras raras.

Lidando com as sobras

Depois que as terras raras são extraídas onde possível - e lucrativo - o resto das cinzas de carvão não precisaria ser manuseado de forma diferente do que já é. Mas ajudaria a indústria do carvão a dar um passo em direção a uma "economia circular, "em que qualquer coisa que um processo gera como resíduo pode ser usado como matéria-prima em outro processo. o dióxido de carbono e outros produtos químicos necessários para a extração de terras raras podem ser reutilizados, reduzindo o desperdício do próprio processo.

Este método daria à indústria do carvão um fluxo adicional de receita - o que provavelmente não reverteria seu declínio, mas poderia dar ao carvão um papel estratégico diferente na economia do país, mesmo com o fim de seu uso como fonte de energia.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.