عنصر بالغ الأهمية في مجال التكنولوجيا
العنصر التكنولوجي الحرج ( TCE ) هو عنصر كيميائي يُعد مادة خام أساسية [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] للتقنيات الحديثة والناشئة ، [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] مما أدى إلى زيادة ملحوظة في استخدامه. [ 4 ] [ 7 ] [ 1 ] [ 8 ] تشمل المصطلحات المشابهة العناصر الحرجة ، [ 9 ] والمواد الحرجة ، [ 4 ] وعناصر الطاقة الحرجة ، [ 7 ] وعناصر الأمن . [ 10 ]
تستخدم العديد من التطبيقات الهندسية المتقدمة ، مثل إنتاج الطاقة النظيفة والاتصالات والحوسبة، تقنيات ناشئة تعتمد على عناصر كيميائية متعددة. [ 7 ] في عام 2013، أنشأت وزارة الطاقة الأمريكية معهد المواد الحيوية لمعالجة هذه المسألة. [ 11 ] وفي عام 2015، أنشأ مشروع COST الأوروبي TD1407 شبكة من العلماء العاملين والمهتمين بمركبات ثلاثي كلورو الإيثيلين، من منظور بيئي إلى مخاطرها المحتملة على صحة الإنسان. [ 12 ]
قدّرت دراسة خسائر 61 معدناً للمساعدة في تطوير استراتيجيات الاقتصاد الدائري ، وأظهرت أن فترات استخدام المعادن النادرة والضرورية للتكنولوجيا قصيرة. [ 13 ] [ 14 ]
قائمة العناصر بالغة الأهمية للتكنولوجيا
تختلف مجموعة العناصر التي تُعتبر عادةً عناصر أساسية في سلسلة القيمة (TCEs) باختلاف المصدر، ولكنها تشمل عادةً ما يلي:
سبعة عشر عنصرًا من العناصر الأرضية النادرة
العناصر الستة لمجموعة البلاتين
اثنا عشر عنصرًا متنوعًا
تُعد عناصر مثل الأكسجين والسيليكون والألومنيوم ( من بين عناصر أخرى) ضرورية أيضًا للإلكترونيات، ولكنها غير مدرجة في هذه القوائم نظرًا لوفرتها الواسعة.
تطبيقات العناصر التكنولوجية الحيوية
تُستخدم العناصر الشفافة الموصلة (TCEs) في تطبيقات هندسية متنوعة في مجالات مثل تخزين الطاقة والإلكترونيات والاتصالات والنقل. [ 15 ] وتُستخدم هذه العناصر في الهواتف المحمولة والبطاريات والألواح الشمسية والمحركات الكهربائية وكابلات الألياف الضوئية . كما تُدمج هذه العناصر في التقنيات الناشئة، ولا سيما في شبكات بيانات الأجهزة الذكية المرتبطة بإنترنت الأشياء (IoT) وأنظمة الأتمتة . [ 15 ]
| عنصر | مُجَمَّع | التطبيقات |
|---|---|---|
| الغاليوم (Ga) | GaAs، GaN | رقائق السيليكون المستخدمة في (أ) الدوائر المتكاملة في أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء ومعدات الاتصالات، و(ب) مصابيح LED، وأجهزة الكشف الضوئي، والخلايا الشمسية، والمعدات الطبية. |
| ثلاثي ميثيل غاليوم، ثلاثي إيثيل غاليوم | عملية الترسيب الطبقي المتناحي لإنتاج مصابيح LED | |
| الجرمانيوم (Ge) | جي | ركيزة لرقائق الخلايا الكهروضوئية عالية الكفاءة |
| بلورات الجرمانيوم الأحادية | أجهزة الكشف (أمن المطارات) | |
| الهافنيوم (Hf) | Hf | سبائك وسيراميك الفضاء |
| HfO 2 | أشباه الموصلات وأجهزة تخزين البيانات | |
| الإنديوم (In) | In 2 O 5 Sn | طبقات رقيقة موصلة شفافة على شاشات العرض المسطحة (مثل شاشات الكريستال السائل) |
| النيوبيوم (Nb) | CuNbGaSe (CIGS) | الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة |
| حديد النيوبيوم عالي القوة منخفض السبائك (60 % نيوبيوم)، معدن النيوبيوم | فولاذ إنشائي عالي الجودة لهياكل المركبات | |
| NiNb | سبائك فائقة لمحركات الطائرات النفاثة وشفرات التوربينات | |
| مسحوق النيوبيوم، أكسيد النيوبيوم | مرشحات الموجات الصوتية السطحية (تقنيات المستشعرات وشاشات اللمس) | |
| معادن مجموعة البلاتين (PGMs) | معادن البلاديوم والبلاتين والروديوم | المحولات الحفازة لصناعة السيارات |
| البلاتين (Pt) | معدن البلاتين | تكرير البترول باستخدام المحفزات والطلاء المغناطيسي للأقراص الصلبة للحاسوب |
| الإيريديوم (Ir) | إير | بوتقات لصناعة الإلكترونيات |
| الأوزميوم (Os) | سبائك الأوزميوم | التطبيقات التي تتعرض لتآكل شديد مثل محاور الأجهزة والموصلات الكهربائية |
| التنتالوم (Ta) | أكسيد التنتالوم | المكثفات في الإلكترونيات الخاصة بالسيارات وأجهزة الكمبيوتر الشخصية والهواتف المحمولة |
| معدن التانتالوم | أجهزة تنظيم ضربات القلب، والأجهزة التعويضية | |
| التيلوريوم (Te) | كادميوم تيلورايد | الخلايا الشمسية |
| HgCdTe، BiTe | أجهزة التبريد الحراري والمنتجات الإلكترونية | |
| الزركونيوم (Zr) | زركونيوم | السيراميك المستخدم في خلايا الوقود الصلبة، وطلاءات التوربينات النفاثة، والهواتف الذكية |
الاعتبارات البيئية
قد يتسبب استخراج ومعالجة مركبات ثلاثي كلورو الإيثيلين في آثار بيئية سلبية. ويمكن أن يؤدي الاعتماد على هذه المركبات والمعادن الحيوية مثل الكوبالت إلى خطر "اللعنة الخضراء"، أي استخدام معادن معينة في تقنيات خضراء قد يكون استخراجها ضارًا بالبيئة. [ 16 ]
يمكن أن يؤثر تجريف التربة وإزالة الغابات المصاحبة للتعدين على التنوع البيولوجي المحيط من خلال تدهور الأراضي وفقدان الموائل. كما يمكن أن يؤدي تصريف المياه الحمضية من المناجم إلى نفوق الكائنات المائية المحيطة والإضرار بالنظم البيئية. وتشكل أنشطة التعدين وترشيح مركبات ثلاثي كلورو الإيثيلين مخاطر جسيمة على صحة الإنسان. ويمكن أن تلوث مياه الصرف الناتجة عن معالجة هذه المركبات المياه الجوفية والجداول. كما يمكن أن ينطلق غبار سام يحتوي على تركيزات من المعادن والمواد الكيميائية الأخرى في الهواء والمسطحات المائية المحيطة.
تؤدي إزالة الغابات الناجمة عن التعدين إلى إطلاق الكربون المخزن من الأرض إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون (CO2 ) . [ 16 ]
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 المفوضية الأوروبية (2010). المواد الخام الحيوية للاتحاد الأوروبي. تقرير الفريق العامل المخصص المعني بتحديد المواد الخام الحيوية .
- ↑ المفوضية الأوروبية (2014). تقرير عن المواد الخام الحيوية للاتحاد الأوروبي. تقرير الفريق العامل المخصص المعني بتحديد المواد الخام الحيوية . المفوضية الأوروبية.
- ↑ دانغ، دوك هوي؛ فيليلا، مونتسيرات؛ أومانوفيتش، داريو (1 نوفمبر 2021). "العناصر التكنولوجية الحيوية: مورد ناشئ وهام يتطلب مزيدًا من البحث المعمق" . مجلة أرشيف التلوث البيئي وعلم السموم . 81 (4): 517-520 . doi : 10.1007/s00244-021-00892-6 – عبر Springer Link.
- 1 2 3 وزارة الطاقة الأمريكية. استراتيجية المواد الحيوية . واشنطن العاصمة: وزارة الطاقة الأمريكية.
- ↑ "العناصر التكنولوجية الحاسمة وأهميتها لمرفق البيئة العالمية" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يوليو 2022 .
- ↑ دانغ، دوك هوي؛ فيليلا، مونتسيرات؛ أومانوفيتش، داريو (1 نوفمبر 2021). "العناصر التكنولوجية الحيوية: مورد ناشئ وهام يتطلب مزيدًا من البحث المعمق" . مجلة أرشيف التلوث البيئي وعلم السموم . 81 (4): 517-520 . Bibcode : 2021ArECT..81..517D . doi : 10.1007/s00244-021-00892-6 . ISSN 1432-0703 . PMID 34655300. S2CID 238995249 .
- ١ ٢ ٣ الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS) وجمعية أبحاث المواد (MRS) (٢٠١١). العناصر الحيوية للطاقة: تأمين المواد للتقنيات الناشئة (ملف PDF) . واشنطن العاصمة: الجمعية الفيزيائية الأمريكية. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ ٨ فبراير ٢٠٢٠. تاريخ الاطلاع: ١٤ فبراير ٢٠١٩ .
- ↑ معهد ريسنيك (2011). المواد الأساسية لتطبيقات الطاقة المستدامة (ملف PDF) . باسادينا، كاليفورنيا: معهد ريسنيك لعلوم الطاقة المستدامة. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 14 يناير 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2019 .
- ↑ غان، ج. (2014). دليل المعادن الحرجة . وايلي.
- ↑ بارثيمور، سي. (2011). عناصر الأمن: التخفيف من مخاطر اعتماد الولايات المتحدة على المعادن الحيوية . مركز الأمن الأمريكي الجديد.
- ↑ تيرنر، روجر (21 يونيو 2019). " نهج استراتيجي للعناصر الأرضية النادرة مع تصاعد التوترات التجارية العالمية" . www.greentechmedia.com
- 1 2 كوبيلو-غارسيا، أ.؛ فيليلا، م.؛ كروت، ب.؛ فرازولي، س.؛ دو لاينغ، ج.؛ أوسبينا-ألفاريز، ن.؛ راوخ، س.؛ سالون، ب.؛ شيفر، ج. (2015). "مشروع COST TD1407: شبكة العناصر الحرجة للتكنولوجيا (NOTICE) - من العمليات البيئية إلى التهديدات الصحية البشرية" . مجلة علوم البيئة وبحوث التلوث ، 22 (19): 15188-15194 . Bibcode : 2015ESPR...2215188C . doi : 10.1007/ s11356-015-5221-0 . PMC 4592495. PMID 26286804 .
تتضمن هذه المقالة نصًا متاحًا بموجب ترخيص CC BY 4.0 . - ↑ «دراسة جديدة لتقييم دورة حياة المعادن تُظهر أن عمرها الافتراضي قصير» . جامعة بايرويت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يونيو 2022 .
- ↑ شاربنتييه بونسيليه، ألكسندر؛ هيلبيغ، كريستوف؛ لوبيه، فيليب؛ بيلو، أنطوان؛ مولر، ستيفاني؛ فيلنوف، جاك؛ لارات، برتراند؛ ثورينز، أندريا؛ توما، أكسل؛ سونيمان، غيدو (19 مايو 2022). "خسائر المعادن وأعمارها في الاقتصاد" (ملف PDF) . مجلة Nature Sustainability . 5 (8): 717–726 . Bibcode : 2022NatSu...5..717C . doi : 10.1038/s41893-022-00895-8 . ISSN 2398-9629 . S2CID 248894322 .
- 1 2 علي، س.؛ كاتيما، ج. (2020). العناصر التكنولوجية الحرجة ومرفق البيئة العالمية، وثيقة استشارية من فريق الخبراء العلمي والتقني التابع لمرفق البيئة العالمية. واشنطن العاصمة: فريق الخبراء العلمي والتقني التابع لمرفق البيئة العالمية.
- 1 2 علي، س.؛ كاتيمو، ج. (2020). العناصر التكنولوجية الحاسمة وأهميتها لمرفق البيئة العالمية . واشنطن العاصمة: اللجنة الاستشارية العلمية والتقنية لمرفق البيئة العالمية.
- مجموعات العناصر الكيميائية
- الندرة
- تاريخ التكنولوجيا
- مواد طبيعية
- المعادن