Les métaux rares se retrouvent dans un large éventail d'objets du quotidien qui nous entourent. Ils sont compliqués à extraire, difficiles à recycler et si rares que plusieurs d'entre eux sont devenus des « minerais de conflit » qui peuvent favoriser les conflits et l'oppression. Une enquête à l'Université de technologie Chalmers montre maintenant qu'il existe des solutions technologiques potentielles qui peuvent remplacer de nombreux métaux par des nanomatériaux de carbone, comme le graphène.

Ils peuvent être trouvés dans votre ordinateur, dans votre téléphone portable, dans presque tous les autres équipements électroniques et dans de nombreux plastiques qui vous entourent. La société est fortement dépendante des métaux rares, et cette dépendance a de nombreux inconvénients.

Les métaux rares tels que l'étain, argent, le tungstène et l'indium sont à la fois rares et difficiles à extraire car les concentrations exploitables sont très faibles. Cela garantit que les métaux sont très recherchés - et leur extraction est un terrain fertile pour les conflits, comme en République démocratique du Congo où ils financent des conflits armés.

En outre, ils sont difficiles à recycler de manière rentable car ils sont souvent présents en faible quantité dans divers composants tels que l'électronique.

Rickard Arvidsson et Björn Sandén, chercheurs en analyse des systèmes environnementaux à l'Université de technologie Chalmers, ont maintenant examiné une solution alternative :substituer les nanomatériaux de carbone aux métaux rares. Ces substances - dont la plus connue est le graphène - sont des matériaux solides avec une bonne conductivité, comme les métaux rares.

"Maintenant, le développement technologique nous a permis d'utiliser davantage l'élément commun du carbone, " dit Sandén. " Aujourd'hui, il existe de nombreux nouveaux nanomatériaux de carbone ayant des propriétés similaires à celles des métaux. C'est un nouveau morceau bienvenu, et il est important d'investir désormais à la fois dans le recyclage et la substitution des métaux rares."

Les chercheurs de Chalmers ont étudié les principales applications de 14 métaux différents, et en examinant les brevets et la littérature scientifique ont étudié le potentiel de les remplacer par des nanomatériaux de carbone. Les résultats offrent un aperçu unique de la recherche et du développement technologique dans le domaine.

Selon Arvidsson et Sandén, le résumé montre qu'un passage de l'utilisation de métaux rares aux nanomatériaux de carbone est déjà en cours.

« Il existe des solutions technologiques potentielles pour remplacer 13 des 14 métaux par des nanomatériaux de carbone dans leurs applications les plus courantes. Le développement technologique est à différentes étapes pour différents métaux et applications, mais dans certains cas comme l'indium et le gallium, les résultats sont très prometteurs, " dit Arvidsson.

"Cela offre de l'espoir, " dit Sandén. " Dans le débat sur les contraintes de ressources, économie circulaire et gestion sociétale des matériaux, l'accent a longtemps été mis sur le recyclage et la réutilisation. La substitution est une alternative potentielle qui n'a pas été explorée dans la même mesure et à mesure que les problèmes de ressources deviennent plus urgents, nous avons maintenant plus d'outils avec lesquels travailler."

Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans le Journal de la production plus propre . Arvidsson et Sandén soulignent qu'il y a des avantages potentiels importants à réduire l'utilisation de métaux rares, et ils espèrent être en mesure de renforcer les arguments en faveur de davantage de recherche et de développement dans le domaine.

"Imaginez pouvoir remplacer les métaux rares par du carbone, " dit Sandén. " Extraire le carbone de la biomasse créerait un cycle naturel. "

« Comme le carbone est un matériau si commun et facilement disponible, il serait également possible de réduire les conflits et les problèmes géopolitiques liés à ces métaux, " dit Arvidsson.

Dans le même temps, ils soulignent que davantage de recherches sont nécessaires sur le terrain afin de faire face à tout nouveau problème qui pourrait survenir si les métaux rares sont remplacés.

"Les nanomatériaux de carbone ne sont qu'une découverte relativement récente, et jusqu'à présent, les connaissances sur leur impact environnemental du point de vue du cycle de vie sont limitées. Mais généralement, il semble y avoir un potentiel pour un faible impact environnemental, " dit Arvidsson.

Les faits:

Les nanomatériaux carbonés sont constitués uniquement ou majoritairement de carbone, et sont des matériaux solides avec une bonne conductivité. Plusieurs métaux rares ont des propriétés similaires. Les métaux sont trouvés, par exemple, en câbles, écrans minces, retardateurs de flamme, protection contre la corrosion et condensateurs.

Rickard Arvidsson et Björn Sandén de l'Université de technologie Chalmers ont étudié si les nanomatériaux de carbone graphène, les fullerènes et les nanotubes de carbone ont le potentiel de remplacer 14 métaux rares dans leurs principaux domaines d'application (voir tableau dans l'image jointe). Ils ont trouvé des solutions technologiques potentielles pour remplacer les métaux par des nanomatériaux de carbone pour toutes les applications, à l'exception de l'or en joaillerie. Les métaux que nous sommes le plus près de pouvoir substituer sont l'indium, gallium, béryllium et argent.