Широко распространены опасения, что глубоководная добыча металлов нанесет ущерб хрупким экосистемам. Но если добыча когда-нибудь продолжится, водородная плазма может сократить выбросы углекислого газа при плавке металлических руд
Согласно новому исследованию, процесс извлечения металлов из руды с помощью водорода может сделать глубоководную добычу ценных материалов более устойчивой, чем на суше.
Участки океанского дна усеяны конкрециями размером с теннисные мячи. Эти полиметаллические конкреции состоят в основном из марганца, с небольшим количеством никеля, меди и кобальта, а также других элементов. По мере развития солнечной энергетики и электромобилей спрос на эти металлы растет, поскольку они являются жизненно важными компонентами аккумуляторов и электропроводки. Но планы по добыче полиметаллических конкреций весьма противоречивы, поскольку операции по их сбору потенциально могут нанести ущерб глубоководному дну — одной из последних нетронутых экосистем на Земле.
Несмотря на это, некоторые исследователи подозревают, что в конечном итоге глубоководная добыча будет иметь место. “Я думаю, что есть хороший шанс, что когда-нибудь люди… начнут добывать конкреции”, — говорит Убейд Манзур из Института экологически чистых материалов Макса Планка в Германии. “Поэтому лучше иметь хороший процесс [извлечения металлов] после добычи полезных ископаемых, чем еще один грязный процесс”.
Канадская компания по глубоководной добыче металлов The Metals Company, которая подала заявку на получение разрешения на глубоководную добычу у администрации Трампа, планирует добывать металлы, используя подход, основанный на ископаемом топливе, с использованием кокса и метана. Технологический процесс включает в себя сначала обжиг конкреций, а затем их обработку в электродуговой печи – более экологичной альтернативе традиционной доменной печи. Несмотря на это, компания заявляет, что ее подход приведет к выбросу 4,9 кг углекислого газа на каждый килограмм ценных металлов.
Манзур и его коллеги нашли способ снизить выбросы, связанные с экстракцией. В их системе не используется печь для обжига. Вместо этого конкреции измельчаются в гранулы меньшего размера и помещаются непосредственно в дуговую печь, которая также содержит газообразные водород и аргон. Высокоэнергетические электроны, поступающие от электрода в печи к гранулам, будут отбивать электроны от молекул газообразного водорода, образуя плазму, которая может нагреваться до температур, превышающих 1700°C.
Затем ионы водорода в плазме вступают в реакцию с кислородом, содержащимся в гранулах, удаляя оксиды из сплава и оставляя чистый металл. Кроме воды, единственными побочными продуктами являются оксид марганца и марганцевые лигаты, которые можно использовать для изготовления аккумуляторов и стали.
Если газообразный водород, используемый в печи, является “зеленым” – это означает, что он производится путем расщепления воды с помощью электричества из возобновляемых источников, – а электричество для работы печи вырабатывается из возобновляемых источников, то, по мнению исследователей, в процессе не должно выделяться CO2. Сегодня подавляющее большинство водорода производится с использованием ископаемого топлива.
Такие металлы, как марганец, встречаются как на суше, так и на морском дне, но в концентрациях, примерно в 10 раз меньших. Добыча полезных ископаемых на суше требует перемещения большого количества грунта, а извлечение металла из руды часто осуществляется с помощью серной кислоты. Этот процесс может привести к уничтожению тропических лесов и загрязнению рек.
Однако наземную добычу полезных ископаемых можно было бы лучше регулировать, чтобы предотвратить разрушение окружающей среды, а выплавку металлов можно было бы производить с использованием экологически чистого водорода и возобновляемой электроэнергии, а не ископаемого топлива, утверждает Марио Шмидт из Университета Пфорцхайма в Германии. На этом этапе очистка морского дна от конкреций с помощью пылесоса не обязательно будет более рациональной.
“Мы не видим каких-либо фундаментальных преимуществ глубоководной добычи полезных ископаемых с точки зрения углеродного следа”, — говорит он. “Устойчивость глубоководной добычи полезных ископаемых невозможна из-за угрозы, которую она представляет для биоразнообразия глубоководной флоры и фауны”.
Но, по словам Дэвида Дайя из Имперского колледжа Лондона, разработанный Манзуром и его коллегами процесс может помочь глубоководной добыче полезных ископаемых стать более экономически выгодной.
“Рассматривая вопрос о том, как вы будете осуществлять добычу полезных ископаемых после добычи их на морском дне, вы, возможно, сможете обосновать это с экономической и экологической точек зрения, чтобы сделать это привлекательным”, — говорит он.
Манзур подчеркивает, что исследование не направлено на пропаганду глубоководной добычи полезных ископаемых, и воздействие на окружающую среду должно быть полностью изучено.