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元素战略 - 执行摘要

过去的几十年,技术领域取得了巨大的进步,特别是在通信,信息技术和消费品方面。这些给人们带来了前所未有的舒适和便利,提高了医疗的诊断和治疗,以及为人们提供了更高效的运输和快速获取大量信息的能力,这些变化在上一代人是不可想象的。随着人口的增长,许多非工业化国家的人们也希望获得工业化世界的物质享受。

基于我们在物理和化学认识的发展和进步,很多进展已经实现。最近,驾驭元素特殊性的能力取得了一点进步,如增强的磁性材料,更小体积的微处理器,更高效的太阳能电池,更轻的结构材料,以及其他大量的先进技术。这些创新在一定程度上满足了社会的需求和欲望。

大部分新技术在很大程度上依赖于稀缺元素。据报道,工业巨头通用电气公司在其产品线中使用了前82个元素中的72个,并且其中许多元素都是极为罕见或难以获得的元素1。智能手机,平板电脑和其他电子消费品的广泛流行引起了稀土元素如铕,铽和镧等需求的增长,因为这些电子消费品的制作技术要依赖于这些稀土元素。

很多能源替代技术依赖于稀缺元素,因此这些技术的使用受到了很大的限制。光电器件提供了一种潜能,成为一种可持续的,万能的能量来源。下一代光电器件设备通常含有稀有元素如锗,碲和铑。无需使用这些昂贵金属的高性能设备的发展将极大地降低成本并进一步提高太阳能发电的经济可行性。燃料电池是另一个需要稀缺元素的区域,如高温型燃料电池中的铈,和低温设备中的铂。特别值得关注的另一个领域是在高性能磁体中钕和镝等稀土元素的使用。这些重要元素用在磁性材料中,可在高温设备中使用,如电动汽车(包括混合动力汽车,以及风力涡轮机发电的使用)。对元素更有效的利用方式,以及替代方案是一个必须解决的严重问题。

像钯,铑,锇,铂,铱等贵金属经常用作医药、大宗化学品,以及家居消费品生产的催化剂。汽车催化转换器仍然占据很大一部分铂和铑的需求。

发展多种方法来解决物质匮乏的问题,以及多方位的解决战略也是必要的,以避免出现严重破坏。在某些情况下,稀缺元素可以通过地球上一些丰富的元素来代替,这是可取的,但并非总是可能的。常常一个或一小群特定的元素的独特物理和化学性质是一个特殊应用所必不可少的,并且即使可以进行替换的情况下,往往也有一些重要性能的损失。在其他情况下,有可能通过优化结构或优化操作条件来降低重要元素的使用量,或者通过其他同族元素的存在,来实现所需的性能。因为事实上元素是非常有限的资源,元素的集中回收和循环再造是非常重要的。其中,至关重要的是这些重要资源的合理利用要考虑到整个使用周期,从采矿,制造,回收和再利用。

解决这些问题需要一个协调的,全球性的方法。培养科学家和工程师的支持投入,以及在研究设施(包括大学,产业界和学术界之间的竞争前协作和沟通)的公共和私人投资,对于解决社会所面临的严重资源问题是至关重要的。此外,明确的公共政策和以科学为基础的法规是必要的,以确保一个协调的,连贯的和国际间的合作努力。这些不是由任何一个国家,企业或机构就能解决的问题。

之所以需要采取行动,一个有说服力的例子就是“磷峰值”。磷,虽然不是稀缺元素,但是对生命是非常重要的,我们知道它在地球上,是绝对不能替代的,同时人类也不能实际生产磷元素。目前,磷矿石一年开采2000万吨,其中90%用作肥料,全球约三分之二的农业生产要依赖于磷。预计磷酸盐的短缺将发生在未来50〜150年以后,如果磷缺失的话将导致严重的饥荒。磷的问题不是不能解决的,首先它是一个丰富的可获取的元素,其次改变农业生产,提高磷的使用和回收,解决人口问题,这些都是合理的解决方案。但是若无作为,可能会导致非常可怕的后果。但必须强调,重要元素消耗有潜在的比“石油峰值”和全球变暖更严重的问题,而且可以清晰地看到,全面的行动必须现在就采取以避免将来重要元素供应中断。

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