Nadir Toprak Mıknatısları ve Çevresel Sorunları

Elektronik eşyalardan ziynet eşyalarına kadar birçok farklı alanda kullanılan nadir toprak mıknatısların üretiminin çevreye zarar verdiğini biliyor muydunuz? Detaylar yazımızda.

A- A+

14.07.2020 tarihli yazı 13247 kez okunmuştur.

Nadir toprak mıknatısları, neodimyum, samaryum-kobalt gibi nadir toprak elementlerini içeren kalıcı mıknatıslardır, manyetik alanları daha güçlü olduğu için klasik kalıcı mıknatıslara nazaran daha çok tercih edilirler ancak barındırdığı nadir toprakların üretim süreçleri nedeniyle ciddi çevresel etkilere sahiptirler.

Neden Nadir Topraklar?

Nadir toprak mıknatısları, teknik olarak kalıcı bir mıknatıs olmakla beraber en temel farkı demir ve nikel gibi elementler yerine neodimyum, samaryum-kobalt gibi nadir maddelerden üretilir. Bu yapısal farklılık yanında çok önemli avantajlar getirir.

Örneğin; mıknatısların enerji yoğunluğunu gösteren BHmaks değerlerini karşılaştıracak olursak, ferrit mıknatıslar 10 kJ/m³ AlNiKo mıknatıslar 88 kJ/m³ BHmaks değerine ulaşabilirken; neodimyumlu mıknatıslar 440 kJ/m³ değerine erişebilir. Bu da tahmin edileceği üzere aynı boyutlar için çok daha yüksek güç anlamına gelir.

Resim 1: Neodimyum ve Ferrit Mıknatıs

► İlginizi Çekebilir: Yeni Mıknatıs Türü Geliştirildi!

Buna karşın, nadir toprak mıknatısları daha düşük fiziksel dayanıma (korozyon ve darbeye karşı) ve Curie sıcaklığı değerine(manyetik özelliğin kalıcı olarak kaybedildiği sıcaklık) sahiptir.

Zararları Neler?

Doğaya verilen zararlar, mıknatısların kendisinden değil yapılarında barındırdıkları nadir toprak elementlerinin üretiminden kaynaklanır. Aslında bir kısmı pek de nadir olmayan, 17 farklı elementin oluşturduğu nadir toprak elementlerinden biri olan neodimyum, güçlü mıknatısların yapımında kullanılır.

Resim 2: Bazı Nadir Toprak Elementleri (Soldan Sağa; La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)

Bu tür elementlerin madenciliği, metallerde bulunan ve çevreyi olumsuz yönde etkileyebilecek radyoaktif bir element olan toryum atığı oluşturur. Bu nadir toprak elementlerinin birçoğu toryum ve uranyum gibi elementleri barındıran mineraller halinde bulunduğu için madenciliği ve işlenmesi sırasında uranyum ve özellikle de toryumun açığa çıkması kaçınılmaz bir durumdur.

Kaliforniya eyaletinde bulunan ABD'deki en büyük nadir toprak madeni Mountain Pass, 1965 ve 1995 yılları arasında, dünyanın nadir toprak elementlerinin ana tedarikçisiydi. Maden etrafındaki doğal hayatın etkilenmesi üzerine 1990'larda yapılan federal bir araştırma ile ciddi miktarlarda radyoaktif ve bazı farklı atıkların çöl toprağına bırakıldığı keşfedildi. Bu olay üzerine ABD'de nadir toprak madenlerine olan yatırım durdu. Ancak dünyanın başka yerlerinde durum böyle değil; özellikle de nadir toprak üretiminin % 70'ini üstlenen Çin için.

Grafik 1: Nadir Toprak Elementlerinin Ülkelere göre Üretimini Gösteren Grafik

Çin’deki en büyük nadir toprak madeninin bulunduğu şehir olan Bayan Obo'nun nüfusu üzerindeki doğrudan etkiler hakkında çok az araştırma yapılmış olsa da, Pekin’in Coğrafi Bilimler ve Doğal Kaynaklar Araştırma Enstitüsü’nden 2015 yılında yapılan bir araştırma, bölgedeki nüfusun metal tozundan olumsuz etkilendiğini gösterdi. Bölgedeki yerleşimi çevreleyen kazıların büyüklüğü uydu fotoğraflarından anlaşılabilir. Çin hükümeti 2019’da aldığı kararla atıkların atıldığı toprakları temizlemeye karar verdi.

Resim 3: Nadir Toprak Madeni Atık Bölgesi

Çin Nadir Topraklar Birliği'ne göre, çıkartılan her ton nadir element için konsantre toz, hidroflorik asit, sülfür dioksit ve sülfürik asit içeren, gaz formunda 9.600 ila 12.000 metreküp atık oluşmaktadır. Ayrıca yaklaşık 75 metreküp asidik su atığı ve bir ton radyoaktif atık da üretiliyor.

Resim 4: Çin’deki Bayan Obo Maden Bölgesi

Teknolojide Kullanımı

Günümüzün dijital toplumlarında nadir toprak kullanımı öyle bir noktaya geldi ki, onlarsız yapmak artık çok zor. Örneğin; bu yazıyı okumak için kullandığınız cihazın Çin madeninden çıkarılmış olan nadir toprak elementlerinden yapılmış olma olasılığı oldukça yüksek.

Nadir toprak mıknatısları (özellikle neodimyumlu mıknatıslar); elektrikli araçlarda, rüzgar santrallerinde, elektronik cihazlarda, hard disklerde, hoparlörlerde, manyetik rezonans görüntüleme sistemlerinde, araçlarımızın fren sistemlerinde ve hatta ziynet eşyalarında dahi yer alır.

Doğa dostu olarak tanımlanan elektrikli araçların ve rüzgar türbinlerinin, yapılarında bulunan mıknatıslar nedeniyle doğaya zarar veriyor olması trajik bir tezatlıktır. Bununla birlikte unutmayalım ki neredeyse tüm insan faaliyetleri çevre üzerinde zaten bir tür olumsuz etki yaratmaktadır.

Son yıllarda teknoloji gündeminde ağırlıkla yer alan elektrikli otomobillerin de nadir toprak mıknatısı kullanımında payı vardır. Asenkron motorlar gibi mıknatıssız bir motor seçeneği de vardır ancak verimin ve kompakt bir tasarımın son derece önemli olduğu elektrikli araçlarda senkron motorlar(özellikle mıknatıslı olanları) ön plana çıkmaktadır. Birçok modelinde asenkron motor kullanan Tesla dahi son modellerinde sabit mıknatıslı senkron motor kullanmaya başlamıştır.

Görünen o ki, nadir toprak mıknatıslarında vazgeçmek, onları hayatımızdan çıkarmak mümkün değil. Her ne kadar atıklar temizlenmeye çalışılsa da geleneksel yöntemleri çevreci hale getirmek de pek olası gözükmüyor. Ancak daha sürdürülebilir mıknatıslar için de hiçbir çalışma yok değil. Avrupa Birliği'nin ETN-Demeter projesi, elektrikli taşıtlarda kullanılan elektrik motorlarının sürdürülebilir tasarımı üzerine çalışıyor. Örneğin; nadir toprak metallerinin geri dönüşümünün daha kolay olduğu elektrik motoru tasarımları üzerine çalışıyorlar.

Ek olarak, ciddi çevresel hasara neden olmayan daha temiz özütleme yöntemleri üzerine de araştırmalar mevcut. Özütleme sırasında kullanılan asitlerin atımını azaltan veya üretilen CO₂'yi yeniden kullanan diğer ürünler vasıtasıyla, belli oranda iyileştirmeler sağlanabilir. Tam çevreci bir çözüm olarak, mıknatıs elde etmek için veya mıknatıslarda kullanılabilecek yeni malzeme arayışları da yürütülmektedir.

Kaynak:

► euronews.com
► wikipedia.org