عبر أبالاتشي، تتسرب مياه بلون الصدأ من مناجم الفحم المهجورة، مما يؤدي إلى تلطيخ الصخور باللون البرتقالي وتغليف مجاري الأنهار بالمعادن. تعتبر هذه التصريفات الحمضية، المعروفة بتصريف المناجم الحمضية، من بين المشاكل البيئية الأكثر إلحاحًا في المنطقة. فهي تعطل الحياة المائية، وتؤدي إلى تآكل الأنابيب، ويمكن أن تلوث مياه الشرب لعقود من الزمن.
ومع ذلك، تختبئ في هذا الصرف البرتقالي معادن ثمينة تُعرف بالعناصر الأرضية النادرة التي تعتبر حيوية للعديد من التقنيات التي تعتمد عليها الولايات المتحدة، بما في ذلك الهواتف الذكية وتوربينات الرياح والطائرات العسكرية. في الواقع، وجدت الدراسات أن تركيزات الأتربة النادرة في نفايات المناجم الحمضية يمكن مقارنتها بالكمية الموجودة في الخامات المستخرجة لاستخراج الأتربة النادرة.
يقدر العلماء أن أكثر من 13700 ميل (22000 كيلومتر) من الجداول الأمريكية، معظمها في بنسلفانيا ووست فرجينيا، ملوثة بتصريف الألغام الحمضية.
لقد عملنا نحن وزملائنا في جامعة وست فرجينيا على إيجاد طرق لتحويل النفايات الحمضية في تلك الجداول البرتقالية الزاهية إلى مصدر محلي موثوق للأتربة النادرة مع تنظيف المياه أيضًا.
تظهر التجارب أن الاستخراج يمكن أن ينجح. إذا تمكنت الدول أيضًا من تحديد من يملك نفايات المناجم، فإن التكلفة البيئية للتعدين قد تساعد في تعزيز مستقبل الطاقة النظيفة.
تواجه الأتربة النادرة مخاطر سلسلة التوريد
العناصر الأرضية النادرة هي مجموعة مكونة من 17 معدنًا، تُصنف أيضًا على أنها معادن مهمة، والتي تعتبر حيوية لاقتصاد الدولة أو أمنها.
على الرغم من اسمها، فإن العناصر الأرضية النادرة ليست نادرة إلى هذا الحد. وهي تتواجد في العديد من الأماكن حول الكوكب، ولكن بكميات صغيرة ممزوجة بمعادن أخرى، مما يجعلها مكلفة ومعقدة للفصل والتنقية.
وتسيطر الصين على حوالي 70% من الإنتاج العالمي للأتربة النادرة وكل طاقة التكرير تقريبًا. ويمنح هذا الاحتكار الحكومة الصينية القدرة على التأثير على الأسعار وسياسات التصدير والوصول إلى العناصر الأرضية النادرة. وقد استخدمت الصين هذه القوة في النزاعات التجارية حتى عام 2025.
وترى الولايات المتحدة، التي تستورد حاليا حوالي 80% من العناصر الأرضية النادرة التي تستخدمها، أن سيطرة الصين على هذه المعادن المهمة تشكل خطرا، وجعلت تحديد مصادرها المحلية أولوية وطنية.
على الرغم من أن هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية قامت برسم خرائط للمواقع المحتملة لاستخراج العناصر الأرضية النادرة، إلا أن الانتقال من الاستكشاف إلى الإنتاج يستغرق سنوات. ولهذا السبب فإن المصادر غير التقليدية، مثل استخراج العناصر الأرضية النادرة من نفايات المناجم الحمضية، تجتذب الاهتمام.
تحويل مشكلة نفايات المناجم إلى حل
يتشكل تصريف المناجم الحمضي عندما تتعرض معادن الكبريتيد، مثل البيريت، للهواء أثناء التعدين. وهذا يخلق حمض الكبريتيك، الذي يقوم بعد ذلك بإذابة المعادن الثقيلة مثل النحاس والرصاص والزئبق من الصخور المحيطة. وينتهي الأمر بالمعادن في المياه الجوفية والجداول، حيث يعطي الحديد الموجود في المزيج الماء لونًا برتقاليًا.
يمكن لأنظمة المعالجة باهظة الثمن تحييد الحمض، حيث تستقر المعادن الذائبة في حمأة برتقالية في أحواض المعالجة.
ولعقود من الزمن، تم التعامل مع تلك الحمأة على أنها نفايات خطرة وتم نقلها إلى مدافن النفايات. لكن العلماء في جامعة وست فرجينيا والمختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة وجدوا أنه يحتوي على تركيزات من العناصر الأرضية النادرة مماثلة لتلك الموجودة في الخامات المستخرجة. كما يسهل استخلاص هذه العناصر من نفايات المناجم الحمضية لأن المياه الحمضية قد أطلقتها بالفعل من الصخور المحيطة.
تصريف منجم حمضي يتدفق إلى ديكر كريك في مورغانتاون، فيرجينيا الغربية، في عام 2024. هيلين نجويمجاينج
وأظهرت التجارب كيف يمكن استخراج المعادن: جمع الباحثون الحمأة، وفصلوا العناصر الأرضية النادرة باستخدام كيمياء آمنة للمياه، ثم أعادوا المياه النظيفة إلى الجداول القريبة.
إنه مثل التعدين دون حفر، وتحويل شيء ضار إلى مورد مفيد. وإذا تم توسيع نطاق هذه العملية فقد تؤدي إلى خفض تكاليف التنظيف، وخلق فرص عمل محلية، وتعزيز إمدادات أميركا من المواد اللازمة للطاقة المتجددة والتصنيع عالي التقنية.
ولكن هناك مشكلة: من يملك المعادن المستردة؟
سؤال الملكية
يغطي قانون التعدين التقليدي المعادن الموجودة تحت الأرض، وليس تلك المستخرجة من المياه المتدفقة بشكل طبيعي من مواقع المناجم المهجورة.
غالبًا ما تتلقى مجموعات مستجمعات المياه غير الربحية التي تعالج نفايات المناجم لتنظيف المياه تمويلًا عامًا مخصصًا فقط لتنظيف البيئة. إذا بدأت هذه المجموعات في بيع العناصر الأرضية النادرة المستردة، فيمكنها توليد إيرادات لمزيد من مشاريع تنظيف التدفق، ولكنها قد تخاطر أيضًا بانتهاك شروط المنح أو القواعد غير الربحية.
لفهم تحديات السياسة بشكل أفضل، قمنا باستطلاع آراء مشغلي معالجة مياه المناجم في ولاية بنسلفانيا ووست فرجينيا. وكانت غالبية أنظمة المعالجة تخضع لاتفاقيات مالكي الأراضي التي لم يكن للمشغلين فيها حقوق ملكية دائمة. وقال معظم المشغلين إن “عدم اليقين بشأن الملكية” كان أحد أكبر العوائق أمام الاستثمار في استعادة العناصر الأرضية النادرة، وهي مشاريع يمكن أن تكلف ملايين الدولارات.
وليس من المستغرب أن يكون مشغلو معالجة المياه الذين يمتلكون الأرض التي تجري فيها المعالجة أكثر اهتمامًا باستخراج العناصر الأرضية النادرة.
خريطة لمواقع تصريف المناجم الحمضية في ولاية فرجينيا الغربية. تم إعداده بواسطة هيلين نجويمجاينج، استنادًا إلى بيانات من إدارة حماية البيئة في فرجينيا الغربية، ومكتب تنسيق نظم المعلومات الجغرافية في فرجينيا الغربية، وهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
اتخذت ولاية فرجينيا الغربية خطوات في عام 2022 لتعزيز استعادة التربة النادرة والابتكار وتنظيف تصريف المناجم الحمضية. قانون جديد يمنح ملكية العناصر الأرضية النادرة المستردة لمن يستخرجها. وحتى الآن، لم يتم تطبيق القانون على المشاريع واسعة النطاق.
وعبر الحدود، يحمي قانون السامري الصالح البيئي في ولاية بنسلفانيا المتطوعين الذين يعالجون مياه المناجم من المسؤولية، لكنه لا يذكر شيئًا عن الملكية.
خريطة لمواقع تصريف المناجم الحمضية في ولاية بنسلفانيا. تم إعدادها بواسطة هيلين نجويمجاينج، استنادًا إلى بيانات من الوصول إلى البيانات المكانية في بنسلفانيا
هذا الاختلاف مهم. وتوفر القواعد الواضحة، مثل القواعد المعمول بها في ولاية فرجينيا الغربية، قدرا أكبر من اليقين، في حين أن الافتقار إلى التوجيه في ولاية بنسلفانيا يمكن أن يجعل الشركات والمنظمات غير الربحية مترددة في تنفيذ مشاريع التعافي باهظة الثمن. من بين مشغلي المعالجة الذين قمنا بمسحهم، كان الاهتمام باستخراج العناصر الأرضية النادرة أعلى بمرتين في ولاية فرجينيا الغربية منه في ولاية بنسلفانيا.
اقتصاديات النفايات إلى القيمة
إن استعادة العناصر الأرضية النادرة من مياه المناجم لن يحل محل التعدين التقليدي. والكميات المتاحة في مواقع الصرف أصغر بكثير من تلك التي تنتجها المناجم الكبيرة، على الرغم من أن التركيز يمكن أن يكون مرتفعا بنفس القدر، ولا تزال تكنولوجيا استخراجها من نفايات المناجم في طور التطور.
ومع ذلك، فإن استخدام نفايات المناجم يوفر طريقة واعدة لتكملة إمدادات العناصر الأرضية النادرة بمصدر محلي والمساعدة في تعويض التكاليف البيئية أثناء تنظيف الجداول الملوثة.
تشير الدراسات المبكرة إلى أن استعادة العناصر الأرضية النادرة باستخدام التقنيات التي يتم تطويرها اليوم يمكن أن يكون مربحًا، خاصة عندما تستعيد المشاريع أيضًا مواد مهمة إضافية، مثل الكوبالت والمنغنيز، والتي تستخدم في العمليات الصناعية والبطاريات. وتتحسن أيضًا طرق الاستخراج، مما يجعل العملية أكثر أمانًا ونظافة وأقل تكلفة.
ومن الممكن أن تعمل الحوافز الحكومية وتمويل البحوث والشراكات بين القطاعين العام والخاص على تسريع هذا التقدم، مثلما تدعم الإعانات استخراج الوقود الأحفوري وساعدت على زيادة استخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح في توفير الكهرباء.
إن معالجة تصريف المناجم الحمضية واستخراج العناصر الأرضية النادرة القيمة توفر وسيلة لتحويل التلوث إلى رخاء. إن إنشاء سياسات توضح الملكية، والاستثمار في البحوث ودعم التعافي المسؤول، يمكن أن يضمن استفادة مجتمعات الآبالاش من هذا الفصل الجديد، وهو الفصل الذي تتقدم فيه عمليات التنظيف والطاقة النظيفة معًا.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: هيلين نجويمجاينج، جامعة ميريلاند و آلان كولينز، جامعة وست فرجينيا
اقرأ المزيد:
لا يعمل المؤلفون أو يستشيرون أو يمتلكون أسهمًا في أي شركة أو مؤسسة أو يتلقون تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشفوا عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينهم الأكاديمي.