Технологически критический элемент
Технологически критический элемент ( TCE ) — это химический элемент , который имеет решающее значение для современных и новых технологий . [1] [2] [3] что привело к поразительному увеличению их использования. [1] [4] [5] [6] Подобные термины включают критические элементы , [7] критические материалы , [1] критическое сырье , [5] [8] энергетически критичные элементы [4] и элементы безопасности . [9]
Многие передовые инженерные приложения, такие как производство экологически чистой энергии, связь и вычисления, используют новые технологии, в которых используются многочисленные химические элементы. [4] В 2013 году Министерство энергетики США (DOE) создало Институт критических материалов (CMI) для решения этой проблемы. [10] В 2015 году европейская инициатива COST Action TD1407 создала сеть ученых, работающих и интересующихся ТВК, от экологической точки зрения до потенциальных угроз здоровью человека. [11]
Исследование оценило потери 61 металла, чтобы помочь развитию стратегий экономики замкнутого цикла , показывая, что периоды использования часто дефицитных, технически важных металлов являются короткими. [12] [13]
Список технологически важных элементов
[ редактировать ]Набор элементов, обычно рассматриваемых как ТВК, варьируется в зависимости от источника, но обычно включает:
Семнадцать редкоземельных элементов
Шесть платиновой группы элементов
Двенадцать различных элементов
Применение технологически важных элементов
[ редактировать ]ТВК находят множество инженерных применений в таких областях, как хранение энергии , электроника, телекоммуникации и транспорт. [14] Эти элементы используются в сотовых телефонах, батареях , солнечных панелях , электродвигателях и оптоволоконных кабелях . Новые технологии также включают ТВК. В частности, ТВК используются в сетях передачи данных интеллектуальных устройств, связанных с Интернетом вещей (IoT) и автоматизацией . [14]
| Элемент | Сложный | Приложения |
|---|---|---|
| Галлий (Ga) | Газ, GaN | Пластины для (а) интегральных схем в высокопроизводительных компьютерах и телекоммуникационном оборудовании и (б) светодиодов, фотодетекторов, солнечных элементов и медицинского оборудования. |
| Триметил Ga, триэтил Ga | Процесс эпитаксиального наслоения для производства светодиодов | |
| Германий (Ge) | Ге | Подложка для пластин для высокоэффективных фотоэлектрических элементов |
| Монокристаллы Ge | Детекторы (охрана аэропортов) | |
| Гафний (Hf) | хф | Аэрокосмические сплавы и керамика |
| HfOHfO2 | Полупроводники и устройства хранения данных | |
| Индий (В) | In2O5In2O5Sn | Прозрачные проводящие тонкопленочные покрытия на плоских дисплеях (например, жидкокристаллических дисплеях) |
| Ниобий (Nb) | CuNbGaSe (CIGS) | Тонкопленочные солнечные элементы |
| HSLA ферро-Nb (60 % Nb), металлический Nb | Высококачественная конструкционная сталь для кузовов транспортных средств | |
| НиНб | Суперсплавы для реактивных двигателей и лопаток турбин. | |
| Порошок Nb, оксид Nb | Фильтры поверхностных акустических волн (сенсорные и сенсорные технологии) | |
| Металлы платиновой группы (МПГ) | Металлы Pd, Pt, Rh | Каталитические нейтрализаторы для автомобильной промышленности. |
| Платина (Пт) | Платиновый металл | Каталитическая очистка нефти и магнитное покрытие жестких дисков компьютеров. |
| Иридий (Ir) | И | Тигли для электронной промышленности |
| Осмий (Ос) | Ос сплавы | Приложения с высоким износом, такие как шарниры инструментов и электрические контакты. |
| Тантал (Та) | оксид Та | Конденсаторы в автомобильной электронике, персональных компьютерах и сотовых телефонах. |
| Это металл | Кардиостимуляторы, протезы | |
| Земля (Ты) | CdTe | Солнечные батареи |
| HgCdTe, BiTe | Устройства термического охлаждения и электроника | |
| Цирконий (Zr) | Зр | Керамика для твердооксидных топливных элементов, покрытий реактивных турбин и смартфонов |
Экологические соображения
[ редактировать ]Добыча переработка и . ТВК могут оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду Зависимость от ТВК и важнейших металлов, таких как кобальт, может привести к риску «зеленого проклятия» или использования определенных металлов в «зеленых» технологиях , добыча которых может нанести ущерб окружающей среде. [15]
Очистка почвы и вырубка лесов , связанные с добычей полезных ископаемых, могут повлиять на окружающее биоразнообразие за счет деградации земель и утраты среды обитания. Кислотный дренаж шахт может убить окружающую водную жизнь и нанести вред экосистемам. Горнодобывающая деятельность и выщелачивание ТВК могут представлять значительную опасность для здоровья человека. Сточные воды, образующиеся при переработке ТВК, могут загрязнять грунтовые воды и водотоки. Токсичная пыль, содержащая металлы и другие химические вещества, может выбрасываться в воздух и окружающие водоемы.
Вырубка лесов, вызванная добычей полезных ископаемых, приводит к выбросу накопленного углерода из земли в атмосферу в виде углекислого газа (CO 2 ). [15]
См. также
[ редактировать ]- Конфликтный ресурс
- Список элементов, испытывающих дефицит
- Редкоземельный элемент
- Стратегический материал
- Возобновляемая энергия#Заповедники, переработка и редкоземельные элементы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Министерство энергетики США. Стратегия критических материалов . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство энергетики США.
- ^ «Критические технологические элементы и их значение для Глобального экологического фонда» (PDF) . Проверено 10 июля 2022 г.
- ^ Данг, герцог Хай; Филелла, Монтсеррат; Оманович, Дарио (1 ноября 2021 г.). «Критически важные для технологии элементы: новый и жизненно важный ресурс, требующий более глубокого исследования» . Архив загрязнения окружающей среды и токсикологии . 81 (4): 517–520. Бибкод : 2021ArECT..81..517D . дои : 10.1007/s00244-021-00892-6 . ISSN 1432-0703 . PMID 34655300 . S2CID 238995249 .
- ^ Перейти обратно: а б с APS (Американское физическое общество) и MRS (Общество исследования материалов) (2011). Критически важные элементы энергетики: обеспечение материалов для новых технологий (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: АПС.
- ^ Перейти обратно: а б Европейская комиссия (2010). Критическое сырье для ЕС. Отчет специальной рабочей группы по определению критически важного сырья .
- ^ Институт Резника (2011). Критически важные материалы для применения в области устойчивой энергетики (PDF) . Пасадена, Калифорния: Институт устойчивой энергетики Резника.
- ^ Ганн, Г. (2014). Справочник по критическим металлам . Уайли.
- ^ Европейская комиссия (2014). Отчет о критическом сырье для ЕС. Отчет специальной рабочей группы по определению критически важного сырья . Европейская комиссия.
- ^ Партемор, К. (2011). Элементы безопасности. Смягчение рисков зависимости США от важнейших полезных ископаемых . Центр безопасности Новой Америки.
- ^ Тернер, Роджер (21 июня 2019 г.). «Стратегический подход к редкоземельным элементам в условиях обострения глобальной торговой напряженности» . www.greentechmedia.com .
- ^ Перейти обратно: а б Кобело-Гарсия, А.; Филелла, М.; Крут, П.; Фраццоли, К.; Ду Лэнг, Г.; Оспина-Альварес, Н.; Раух, С.; Салаун, П.; Шефер, Дж. (2015). «Действие COST TD1407: сеть критически важных для технологии элементов (ВНИМАНИЕ) — от экологических процессов до угроз здоровью человека» . Окружающая среда. наук. Загрязнение. Рез . 22 (19): 15188–15194. Бибкод : 2015ESPR...2215188C . дои : 10.1007/s11356-015-5221-0 . ПМЦ 4592495 . ПМИД 26286804 .
В эту статью включен текст, доступный по лицензии CC BY 4.0 .
- ^ «Новое исследование по оценке жизненного цикла показывает, что срок полезного использования технически важных металлов короткий» . Университет Байройта . Проверено 23 июня 2022 г.
- ^ Шарпантье Понселе, Александр; Хельбиг, Кристоф; Лубе, Филипп; Бейло, Антуан; Мюллер, Стефани; Вильнев, Жак; Ларатт, Бертран; Торенц, Андреа; Тума, Аксель; Зоннеманн, Гвидо (19 мая 2022 г.). «Потери и срок службы металлов в экономике» (PDF) . Устойчивость природы . 5 (8): 717–726. Бибкод : 2022NatSu...5..717C . дои : 10.1038/s41893-022-00895-8 . ISSN 2398-9629 . S2CID 248894322 .
- ^ Перейти обратно: а б Али, С.; Катима, Дж. (2020). Критические элементы технологии и ГЭФ, консультативный документ STAP . Вашингтон, округ Колумбия: Научно-техническая консультативная группа Глобального экологического фонда.
- ^ Перейти обратно: а б Али, С.; Катима, Дж. (2020). Критически важные технологические элементы и их значение для Глобального экологического фонда . Вашингтон, округ Колумбия: Научно-техническая консультативная группа Глобального экологического фонда.
