希土類元素（REE）は、周期表上の15のランタノイドからなる17の金属元素で構成されています。 それらのほとんどは、グループ名が示すほど珍しいものではありませんが、石灰やマグネシアなどの他のより一般的な「土」の元素と比較して、18 世紀と 19 世紀に命名されました。 セリウムは最も一般的な REE であり、銅や鉛よりも豊富です。 しかし、地質学的には、REE は石炭層などで採掘が経済的に困難であるため、集中した鉱床で見つかることは稀です。 代わりに、それらは 4 つの主な珍しい岩石の種類で発見されます。炭酸塩に富むマグマから生成された珍しい火成岩であるカーボナタイト、アルカリ性火成岩環境、イオン吸収粘土鉱床、およびモナザイトゼノタイム含有砂鉱床です。 中国はハイテクライフスタイルと再生可能エネルギーの需要を満たすため、希土類元素の95%を採掘している 1990 年代後半以来、中国は「華南粘土」として知られる自国のイオン吸収粘土鉱床を活用して、REE 生産を独占してきました。 粘土鉱床からは弱酸を使って簡単に希土類元素を抽出できるため、中国にとって経済的である。 希土類元素は、コンピューター、DVD プレーヤー、携帯電話、照明、光ファイバー、カメラ、スピーカーなどのあらゆる種類のハイテク機器、さらにはジェットエンジン、ミサイル誘導システム、衛星、ミサイル防衛システムなどの軍事機器にも使用されています。 2015年のパリ協定の目標は、地球温暖化を産業革命以前の水準から2℃未満、できれば1.5℃未満に抑えることです。これにより、再生可能エネルギーと電気自動車の需要が高まっており、これらのエネルギー源も稼働にREE（希土類元素）を必要とします。 2010年、中国は自国の需要増加を満たすためにREE輸出を削減する一方で、世界の他の国々へのハイテク機器の供給における優位な地位を維持すると発表した。 中国はまた、太陽光パネル、風力、潮力発電タービン、電気自動車などの再生可能エネルギーに必要なREEの供給を管理できる強力な経済的立場にあります。 リン酸石膏は肥料の副産物であり、ウランやトリウムなどの天然放射性元素を含んでいます。そのため、土壌、大気、水を汚染するリスクを伴いながら、無期限に保管されています。 そこで、ペンシルベニア州立大学の研究者らは、特別に開発された膜を使用してREEを正確に識別し分離できる、人工ペプチド（アミノ酸の短い鎖）を使用した多段階アプローチを考案しました。 従来の分離方法では不十分であるため、このプロジェクトでは新しい分離技術、材料、プロセスを考案することを目指しています。 この設計は、クレムソン大学の主任研究員で化学および生体分子工学の准教授であるレイチェル・ゲットマンが開発した計算モデルによって主導され、研究員のクリスティン・デュバルとジュリー・レナーが、特定のREEに結合する分子を開発しています。 グリーンリーは、水中でどのように動作するかを調査し、さまざまな設計と運用状況下での環境への影響とさまざまな経済的可能性を評価します。 化学工学教授のローレン・グリーンリー氏は、「現在、フロリダ州だけで推定20万トンの希土類元素が未処理のリン酸石膏廃棄物に閉じ込められている」と主張している。 チームは、従来の回収方法は環境的および経済的障壁と関連しており、現在は化石燃料の燃焼を必要とし、労働集約的な複合材料から回収されていると特定している。 この新たなプロジェクトは持続可能な方法でそれらを回収することに重点を置き、環境と経済の利益のために大規模に展開される可能性がある。 このプロジェクトが成功すれば、希土類元素の供給に関して米国が中国に依存する度合いも低下する可能性がある。 ペンシルベニア州立大学の REE プロジェクトは、4 年間で 571,658 ドル、合計 170 万ドルの助成金を受けており、ケース ウェスタン リザーブ大学およびクレムソン大学との共同プロジェクトです。 RRE の回収は、通常、浸出と溶媒抽出による小規模操作で実行されます。 浸出は簡単なプロセスですが、大量の危険な化学試薬が必要なので、商業的には望ましくありません。 溶媒抽出は効果的な手法ですが、手間と時間がかかるため、あまり効率的ではありません。 REE を回収するもう 1 つの一般的な方法は、e-mining としても知られる農業採鉱です。これは、古いコンピューター、電話、テレビなどの電子廃棄物をさまざまな国から中国に輸送して REE を抽出することを伴います。 国連環境計画によると、2019年には5,300万トンを超える電子廃棄物が発生し、希土類元素や金属を含む原材料の価値は約570億ドルに上りました。 持続可能な材料リサイクル方法としてしばしば宣伝されていますが、克服すべき独自の問題がないわけではありません。 農業採鉱には、大量の保管スペース、リサイクル工場、REE 回収後の埋め立て廃棄物が必要であり、化石燃料の燃焼を必要とする輸送コストもかかります。 ペンシルベニア州立大学プロジェクトは、独自の環境的および経済的目的を満たすことができれば、従来の REE 回収方法に関連する問題の一部を克服できる可能性があります。
投稿日時: 2022年7月4日 