Nadir toprak metalleri, adlarına rağmen oldukça yaygın olsalar da modern ekonomide vazgeçilmez öneme sahiptir. Bu 17 metal, dijitalleşme ve enerji geçişi için kritik hammaddelerdir ve akıllı telefonlar, bilgisayarlar, ekranlar ve bataryalarda bulunurlar. Elektrikli motorların ve rüzgar türbinlerinin çalışması için gereklidirler. Avrupa, bu metallerin çoğunu Çin’den ithal etmekte olduğundan, bu hammaddeler stratejik olarak önemli kabul edilmektedir.
Ancak, nadir toprak metalleri, çıkarım süreçleri nedeniyle de kritik bir sorundur. Doğal minerallerde bile bileşik formda bulunan bu elementlerin kimyasal olarak çok benzer olmaları, ayrıştırılmalarını zorlaştırır. Geleneksel ayrıştırma yöntemleri çok kimyasal ve enerji tüketicidir, birkaç adımda gerçekleşir ve bu süreçler çevreye son derece zararlıdır.
ETH Zurich’ten Victor Mougel liderliğindeki bir araştırma ekibi, bu durumu değiştirmek için çalışmalar yürütüyor. Mougel, Avrupa’da nadir toprak metalleri neredeyse hiç geri dönüştürülmediğini belirtiyor ve sürdürülebilir, basit ayrıştırma yöntemlerine ihtiyaç duyulduğunu ifade ediyor. Araştırma ekibinin Nature Communications dergisinde yayınladığı yeni çalışma, nadir toprak metali olan europium’un kompleks karışımlardan etkili bir şekilde ayrıştırılması ve geri kazanılması için basit bir yöntem sunuyor.
Araştırmacılar, tetrathiometallat adı verilen ve dört kükürt atomu içeren inorganik moleküller kullanarak bu yöntemi geliştirdiler. Bu moleküller, doğal enzimlerde metal bağlanma noktası olarak bulunur ve kanser tedavisi ile bakır metabolizması bozukluklarında kullanılır. Tetrathiometallatların benzersiz redoks özellikleri, europium’u nadir toprak metalleri arasında ayırmayı kolaylaştırarak divalent durumuna indirger.
Bu yöntem, özellikle kullanılmış floresan lambalarda doğrudan uygulanabilir ve geleneksel yöntemlere kıyasla 50 kat daha yüksek miktarda europium elde edilebilir. Elektronik atıklar, nadir toprak metalleri için önemli ama henüz yeterince değerlendirilmeyen bir kaynaktır. İsviçre’nin atık lambaları geri dönüştürülerek, bu ülkenin ithalat bağımlılığı azaltılabilir.
Europium’un geçmişte floresan lambalar ve düz ekranlarda fosfor olarak kullanılması nedeniyle yüksek piyasa fiyatları vardı. Ancak, floresan lambalar yerini yeni teknolojilere bıraktığı için, geri dönüşüm yöntemleri ekonomik açıdan verimsiz hale geldi. Araştırma ekibi, bu yöntemi diğer nadir toprak metalleri, özellikle neodimyum ve disprosiyum için de uyarlamayı planlıyor. Bu başarılı olursa, Marie Perrin doktora sonrası bu yöntemi uygulayacak bir start-up kurmayı hedefliyor.
Avrupa’da nadir toprak metalleri geri dönüşüm oranı hâlâ %1’in altında. Bu nedenle, bu metallerin geri kazanımı ve dolaşımda tutulması büyük önem taşıyor. Araştırmacıların yöntemi, geleneksel mineral ayrıştırma yöntemlerine göre çevresel ve ekonomik açıdan daha faydalıdır.
