Elektromobilite de dahil olmak üzere geleceğin birçok teknolojisi, tükenebilir kaynaklardan metalik ham maddelere ihtiyaç duyuyor. Yüksek teknolojili metaller indiyum, germanyum, kobalt, lityum ve nadir toprak elementleri (NTE) Avrupa Birliği‘nin 2020 yılında açıkladığı kritik hammadde listesinde yer alıyor.

Coğrafi dağılımları düzensiz ve erişimleri zor olan birçok birincil hammadde, dünya çapında yalnızca birkaç ülkede bulunuyor. Bazı durumlarda, o kadar küçük miktarlarda oluşuyorlar ki, ekstraksiyon hacamaları son derece kârsız oluyor. Buna ek olarak, madencilik çalışmaları da çevre üzerinde ciddi bir etkiye sahip.

Bu noktada Audi Çevre Vakfı alternatif ekstraksiyon yöntemleri geliştirmek amacıyla yeni bir projeyi hayata geçirdi. Freiberg Madencilik ve Teknoloji Üniversitesi‘ndeki Termal, Çevre ve Kaynaklar İşlem Mühendisliği Enstitüsü ile başlatılan çalışmada, hammaddeleri güvenceye almak yeni alternatif ekstraksiyon yöntemleri oluşturmayı içeren iki yıllık bir araştırma projesi başlatıldı. Madenciliğin nasıl daha sürdürülebilir hale getirileceği sorusundan hareket eden araştırmacılar, bir araştırma madeninde, yani hem yeraltındaki gerçek çalışma ortamlarında, hem de laboratuvarda teoriyi uygulamaya koydular.

Farklı yöntemlerin kombinasyonu

Büyük çaplı delme ve patlatma yoluyla doğal çevreye zarar vermeden cevherlerden yüksek teknolojili elementleri çıkarmayı amaçlayan çalışmada, geleneksel cevher madenciliğinin aksine, modern cerrahi uygulamalara benzer mikroinvaziv yöntemler kullanıldı. Bu birkaç avantıjı da beraberinde getirdi: Ağır makine kullanımı olmadığından, çok daha az enerji ve daha az kimyasal kullanılıyor ve ayrıca araziye de zarar verilmiyor. Büyük madencilik faaliyetlerinden önemli ölçüde kaçınıldığı ve küçük miktarlarda bile olsa cevher çıkarılabildiği için sürecin çevre dostu ve yenilikçi olduğunu belirten Audi Çevre Vakfı Direktörü Rüdiger Recknagel, bu sayede ithalat bağımsızlığının güçlendirileceğini ve böylece arz güvenliğinin artacağını belirtiyor.

Madenci bakteriler

Yerinde (in-situ) biyoliç olarak bilinen süreç, Freiberg Üniversitesi’ndeki araştırma madeninde, gerçek koşullar altında test edilmeden önce laboratuvarda geliştirildi ve optimize edildi. Yeraltındaki cevher damarında küçük delikler açan araştırmacılar, liç ile değerli elementlerin, madende halihazırda bulunan mikroorganizmaların yardımıyla cevherden çözülmesini sağladılar. Bakterilerin, metal iyonlarının bir çözeltiye aktarılmasına yardımcı olan küçük madenciler olduğunu söyleyen Termal, Çevre ve Kaynaklar Enstitüsü Proses Mühendisliği Enstitüsü’nden Roland Hasenerder, bu süreç boyunca mineral bileşenlerin bir kısmının çözüldüğünü söylüyor ve bu adımı doğrudan iki aşamalı membran tedavisine benzetiyor. Ek olarak, mikroorganizmalar ayrıştırılıyor ve döngüsel bir ekonomi için liç işlemine geri döndürülüyor. Bu sayede şantiyede çalışmanın, nakliye maliyetinin veya lojistik gayretinin ortadan kalktığına dikkat çekiliyor.

İşlem, çok bileşenli bir karışımdan; düz ekranlar, dokunmatik ekranlar, navigasyon sistemleri, fiber optik teknolojisi, bilgisayar çipleri, fotovoltaik sistemler ve otomotiv rulmanları gibi bir dizi yüksek teknoloji ürünü için son derece gerekli iki stratejik metali, indiyum ve germanyumu ayırmayı ve zenginleştirmeyi amaçlıyor.

Yeraltı laboratuvarı ve saha testleri verimliliği kanıtlıyor

Sistemin 147 metre yerin altında, yüzde 90’ın üzerinde nem ve 10 santigrat derece sıcaklıkta damlayan asitli su koşullarında nasıl performans göstereceğini öğrenmek isteyen uzmanlar, bakteriyel çözeltinin bileşimi, hedef elementlerle zenginleştirme, kullanılan proses ve hedef elementlerin verimi gibi parametreleri incelediler. Yapılan testler, sistemin verimliliğini kanıtladı. Ayrımı önemli ölçüde iyileştirmek amacıyla basıncı, akış hızını ve saflaştırma işlemlerini ayarladıklarını söyleyen Haseneder ayrıca germanyum için ayırma verimliliğinin laboratuvar deneylerine kıyasla yüzde 20 arttığını da belirtti.

Gelecekte, kobalt gibi elementler için de kullanılabilecek bu sürdürülebilir ekstraksiyon süreci, hem düşük değerli malzeme konsantrasyonuna sahip düşük tenörlü cevherlerden, hem de ikincil hammaddelerden değerli elementlerin çıkarılmasına imkan tanıyacak. Aynı zamanda mevcut olan altyapıyı kullanarak mevcut maden sahalarında kullanım için de uygun. Sürecin kentsel madencilik gibi diğer alanlarda da uygulama bulabileceği de tahmin ediliyor. 

Diğer sahalarda uygulama için uygun ortak arayışına tüm hızıyla devam eden Freiberg Madencilik ve Teknoloji Üniversitesi, mikroinvaziv madenciliği küresel olarak uygulamayı nihai hedef olarak belirliyor.