Éléments de terres rares, dont le néodyme et l'yttrium, ne sont pas réellement rares - plus fréquents, En réalité, dans la croûte terrestre que le cuivre et l'étain. Mais, car ils sont largement dispersés, et difficiles à séparer de leurs minerais environnants, les extraire et les raffiner est difficile.

Les terres rares sont précieuses, trop. Ils ont des propriétés uniques qui les rendent utiles dans les produits énergétiques et électroniques modernes. Les véhicules électriques et les éoliennes ont besoin de moteurs électriques et de générateurs performants, qui à leur tour nécessitent des aimants puissants en néodyme et dysprosium. Yttrium, le terbium et l'europium sont la clé des écrans couleur écoénergétiques sur ordinateur portable, écrans de téléphone portable et de télévision. Le lanthane est crucial pour les objectifs d'appareil photo de haute qualité, et le cérium agit comme catalyseur dans les convertisseurs catalytiques automobiles. Les chercheurs recherchent des alternatives et des substituts, mais il n'est pas clair qu'il y en ait.

La plupart des terres rares – 85 % de l'approvisionnement mondial – sont produites en Chine. La dernière mine de terres rares américaine fermée en 2015, laissant le pays dépendant des importations – et vulnérable quand, comme cela s'est produit en 2010, La Chine a arrêté toutes les exportations de terres rares dans un conflit commercial.

Le fait qu'une guerre commerciale puisse à nouveau couper l'approvisionnement en terres rares a incité certaines personnes à envisager la réouverture des mines américaines. Mais nos recherches ont identifié une autre possibilité :extraire des terres rares des cendres de charbon, un déchet abondant avec des concentrations relativement élevées de ces éléments clés.

Les cendres de charbon comme source

En tant que sous-produit de la combustion du charbon pour produire de l'électricité, les États-Unis produisent près de 80 millions de tonnes de cendres de charbon par an. Environ 43 pour cent de celui-ci est utilisé comme ingrédient dans le ciment et pour enrichir le sol en macro et micronutriments. Le reste va dans des décharges ou est mélangé à de l'eau et stocké dans des fosses à ciel ouvert appelées étangs de confinement.

Que les cendres de charbon contiennent des quantités raisonnables de terres rares, en particulier le scandium et le néodyme. Dans les cendres de certains types de charbon, les concentrations de terres rares sont jusqu'à 100 fois plus élevées que lorsqu'elles se trouvent naturellement dans la croûte terrestre.

Recherche, financé en partie par l'argent du gouvernement, a trouvé au moins trois façons d'extraire les terres rares des cendres de charbon, bien qu'aucun ne soit encore commercialement viable. Les deux premières méthodes, en utilisant des acides et des bactéries spéciales, sont soit trop coûteux, soit trop longs et donc peu susceptibles d'être pratiques à l'échelle industrielle.

Une troisième voie, que notre recherche explore, utilise chauffé, du dioxyde de carbone comprimé pour dissoudre et extraire sélectivement les éléments des terres rares. Cette forme de dioxyde de carbone, dit "supercritique, " a plusieurs applications, y compris dans l'industrie alimentaire, éliminer la caféine des grains de café.

Utiliser du dioxyde de carbone

Nos recherches ont trouvé une voie potentielle vers la rentabilité pour l'extraction des terres rares des cendres de charbon à l'aide de dioxyde de carbone supercritique. Il y a encore des défis importants, bien que.

D'abord, le processus a besoin d'autres produits chimiques. Le dioxyde de carbone est relativement bon marché, mais cela ne peut pas aider les terres rares à s'agglutiner et à se séparer des autres éléments des cendres de charbon. Cela nécessitera probablement un produit chimique coûteux tel que le phosphate de tributyle. Les chercheurs devront trouver des moyens d'en utiliser le moins possible pour réduire les coûts.

Seconde, le procédé doit être particulièrement efficace pour extraire le scandium et le néodyme, qui sont particulièrement précieux. De nombreuses cendres de charbon contiennent beaucoup de ces éléments - mais pas tous, ce qui soulève le troisième défi.

Certaines sources de charbon – et donc les cendres lorsque ce charbon est brûlé – contiennent plus de terres rares que d'autres. Nous avons découvert que la valeur des terres rares dans une seule tonne de cendres de charbon peut varier de 99 $ US dans une centrale au charbon de l'Ohio à 534 $ dans une centrale de Virginie-Occidentale. Avec des coûts d'extraction compris entre 380 $ et 1 $, 200 par tonne, les cendres de toutes les centrales au charbon ne seront pas un endroit rentable pour trouver des terres rares.

Traiter les restes

Une fois les terres rares extraites dans la mesure du possible - et rentables - le reste des cendres de charbon n'aurait pas besoin d'être traité différemment de ce qu'il est déjà. Mais cela aiderait l'industrie charbonnière à faire un pas vers une « économie circulaire, " dans lequel tout ce qu'un processus génère en tant que déchet peut être utilisé comme matière première dans un autre processus. En outre, le dioxyde de carbone et autres produits chimiques nécessaires à l'extraction des terres rares peuvent être réutilisés, réduire les déchets du processus lui-même.

Cette méthode donnerait à l'industrie charbonnière un flux de revenus supplémentaire - qui n'inverserait probablement pas son déclin, mais pourrait donner au charbon un rôle stratégique différent dans l'économie du pays, même lorsque son utilisation comme source d'énergie prend fin.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.