Eine neue Studie untersucht ein neuartiges Verfahren zur Verringerung der negativen Umweltauswirkungen der Entwässerung von Kohleminen und zur Gewinnung von Seltenerdelementen, wertvollen Mineralien, die zur Herstellung vieler Hightech-Geräte benötigt werden.
„Elemente der Seltenen Erden, wie zum Beispiel Yttrium, sind notwendige Bestandteile von Elektronik, Computern und anderen Geräten, die wir täglich verwenden“, sagte Jeff Bielicki, Co-Autor der Studie und außerordentlicher Professor für Bauingenieurwesen und Geodäsie und das John Glenn College of Public Affairs an der Ohio State University.
Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Umweltingenieurwissenschaftenbewertet ein vom Team patentiertes experimentelles Verfahren, das nachweislich die Entwässerung von Kohleminen erfolgreich reinigt und gleichzeitig Seltenerdelemente in Proben aus verschiedenen Flüssen in Ohio, Pennsylvania und West Virginia produziert.
„Eine Sache, die mich überrascht hat, war, wie gut unser Verfahren das Wasser reinigt“, sagte Bielicki. „Aus ökologischer Sicht besteht der größte Vorteil dieser Arbeit darin, dass wir so viel Umweltverschmutzung erfolgreich einfangen und neutralisieren.“
Wenn aus verlassenen Kohleminen Wasser austritt, kann die anschließende Entwässerung Tausende von Kilometern natürlicher Wasserstraßen verschmutzen, sie orange färben und das Ökosystem schwer schädigen.
Obwohl die Seltenerdelemente, die aus der Entwässerung von Kohleminen gewonnen werden, immer stärker nachgefragt werden, gibt es lebensfähige natürliche Vorkommen dieser Mineralien nur in wenigen Gebieten der Welt, was bedeutet, dass nur wenige Länder sie liefern können.
Beispielsweise verlässt sich ein Großteil der westlichen Welt, einschließlich der Vereinigten Staaten, auf China, um etwa 80 % dieser kritischen Ressourcen bereitzustellen. Infolgedessen versuchen viele Regierungsbehörden, diese Abhängigkeit zu verringern, indem sie eine inländische Versorgung mit Seltenerdelementen aufbauen, insbesondere weil ihre Ausbeutung immense ökologische und soziale Schäden verursachen kann, sagte Bielicki.
„Indem wir diese Materialien aus anderen Ländern beziehen, haben wir keinen wirklichen Überblick über die Umweltauswirkungen, wie sie die Materialien abbauen und produzieren“, sagte er. „Die heimische Produktion ist in vielerlei Hinsicht gut, zum Teil, weil wir Vorschriften haben können, die die Umwelt und die Menschen in den Gemeinden, aus denen wir sie beziehen, besser schützen.“
Gegenwärtig wird die Entwässerung von Kohlebergwerken mit aktiven Behandlungssystemen behandelt, die Chemikalien zur Reinigung des Wassers verwenden, oder mit passiven Behandlungssystemen, die häufig auf bakterieller Aktivität oder geochemischen Methoden beruhen.
Passive Ansätze verbrauchen laut Studie tendenziell weniger Ressourcen und haben geringere Umweltauswirkungen. Das Team des Bundesstaates Ohio verwendete ein passives System, das eine Kombination aus alkalischen Nebenprodukten der Industrie, einschließlich Materialien wie Kläranlagenschlamm, einsetzte, um die Kohleentwässerung zu neutralisieren und die Seltenerdelemente einzufangen.
„Es wurde entwickelt, um das natürliche Sickerwasser der Kohlengrubenentwässerung durch das Material sickern zu lassen, um es einzufangen und zu extrahieren“, sagte Bielicki. Die durchschnittliche Zeit, die benötigt wird, um das Wasser von Abfällen zu befreien, variiert oft, da der Prozess weitgehend davon abhängt, wie schnell das Wasser aus der Mine abfließt.
Der Prozess erfasste eine Vielzahl von Metallen, die in der modernen Technologie verwendet werden, darunter Terbium, Neodym und Europium, die eine entscheidende Rolle in Telefondisplays, Batterien, Mikrofonen, Lautsprechern und anderen Teilen spielen.
Der Prozess ist derzeit teurer als der aktuelle Marktpreis für seltene Metalle, aber weitere Fortschritte werden den Preis senken, sagte Bielicki.
Bielicki sagte, er hoffe, dass ihre Forschung die zukünftige Politik zur Entsorgung von Kohleabfällen informieren und der Öffentlichkeit helfen werde, die Umweltauswirkungen des Bergbaus außerhalb der typischen Kosten zu untersuchen, wie z. B. seine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und das Ökosystem insgesamt.
„Nichts, was wir unserer Umwelt antun, ist gutartig. Während die Abkehr von Kohle und anderen fossilen Brennstoffen in mehreren verschiedenen Dimensionen vorteilhaft ist, müssen wir diese Umstellungen auf eine Weise bewirken, die einen größeren Bereich von Problemen als nur die Kosten anspricht“, sagte er. „Unsere Forschung ist ein entscheidender Schritt, um die Hinterlassenschaften dieser ökologischen und sozialen Folgen anzugehen.“
Weitere Koautoren der Studie aus dem Bundesstaat Ohio waren Marcos Miranda, Soomin Chun und Chin-Min Cheng. Weitere Mitglieder des Teams sind die Professoren John Lenhart und Tarunjit Butalia aus dem US-Bundesstaat Ohio.
Mehr Informationen:
Marcos M. Miranda et al, Rückgewinnung von Seltenerdelementen aus der Entwässerung von Kohleminen unter Verwendung industrieller Nebenprodukte: ökologische und wirtschaftliche Folgen, Umweltingenieurwissenschaften (2022). DOI: 10.1089/ees.2021.0378