実は資源である廃棄物
石炭灰、赤泥、鉱山尾鉱は通常、保管すべき問題物と見なされる。それらには世界が求める材料、すなわちシリカ、レアアース元素、その他の重要鉱物も含まれている。
ある推計では、米国の石炭灰埋立地に1100万トンのレアアース元素が閉じ込められており、価値は約84億ドルに上る。これは同国の現在の国内未加工埋蔵量のほぼ8倍である。レアアース元素は磁石、電子機器、電池、防衛装備に使われており、米国は使用する大部分を輸入している。
生物から化学を借りる
ウースター工科大学が率いる研究チームは、これらの鉱物をよりクリーンに抽出する方法を検証するため、国立科学財団から330万ドルの助成金を受けた。5年間の取り組みはMingjiang Tao氏が率い、Carrick Eggleston氏とYan Wang氏が共同主任研究者を務め、他に4大学の研究者が参加する。
その発想は自然から来ている。珪藻、海綿、一部の植物は、穏やかな温度で厳しい化学薬品を使わずに、生体分子と有機足場を用いて複雑なシリカ構造を構築する。チームはその挙動を模倣し、現在の製錬や浸出法よりはるかに少ないエネルギーでシリカに富む廃棄物を分解したいと考えている。
研究は生物によるシリカ形成、生物を活用した冶金、ケイ酸塩材料を溶解・再構築する反応経路を扱う。計算モデリングと人工知能を用いて生体分子を設計し、その挙動を予測する。
廃棄物の山から製品へ
計画はレアアース元素を放出させることだけではない。研究者らは各廃棄物ストリームを可能な限り活用し、残ったシリカをガラス、セラミックス、シリコーン材料などの市場性のある製品に変えたいと考えている。
大規模に機能すれば、この手法は新規採掘への依存を減らし、材料生産の環境負荷を下げ、重要鉱物の国内供給を強化する可能性がある。チームはまた、このプロセスが産業にとって経済的に妥当かどうかも研究する。
冶金スラグとコンクリートがれきも原料のリストに含まれており、この方法は石炭火力発電所だけでなく幅広い産業廃棄物で試せることを意味する。学生はWPIの没入型研究プログラムを通じて参加する。
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