天然資源節(jié)約替代還須化學(xué)手段

稀缺天然資源供應(yīng)正以驚人的速度減少。對(duì)此，《化學(xué)，為了可持續(xù)發(fā)展的全球社會(huì)》白皮書提出，材料化學(xué)可以在許多應(yīng)用領(lǐng)域幫助節(jié)約、替代和回收利用稀缺天然資源。在當(dāng)下的過渡時(shí)期，需要有協(xié)調(diào)一致的全球策略以優(yōu)化稀缺天然資源的供給，直到替代性技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

資源稀缺比原油短缺更緊迫

金屬和非金屬礦藏是現(xiàn)代生活不可或缺的元素，如磷既是化肥的主要成分，也是構(gòu)成DNA和骨骼的生命必須元素；鋰、鉑、鈀及稀土金屬?gòu)V泛用于電池、催化劑、計(jì)算機(jī)元件、太陽(yáng)能電池、移動(dòng)電話等。這些元素類資源在使用過程中，通常不會(huì)被破壞，可以進(jìn)行回收和重復(fù)使用。

白皮書強(qiáng)調(diào)，全球的元素資源供應(yīng)量日趨減少是不爭(zhēng)的事實(shí)，是比原油供應(yīng)減少更為緊迫的問題。例如，已知的磷酸鹽礦很可能將在30～100年內(nèi)面臨枯竭。僅存的珍貴、不可或缺的資源也被少數(shù)國(guó)家所掌控，這對(duì)許多國(guó)家來說都是關(guān)乎安全的問題。稀缺自然資源的高價(jià)格和有限可用率將很快影響到許多工業(yè)部門。

白皮書指出，面對(duì)這種形勢(shì)，材料化學(xué)可以給出減少、替代或循環(huán)利用稀缺自然資源的方案；通過開發(fā)新的途徑，用更豐富的材料替代稀有元素在工藝過程的使用。這些解決方案必須是可持續(xù)的，絕不能引發(fā)對(duì)將來可能會(huì)供應(yīng)短缺的資源依賴。在短期內(nèi)，人們需要借助立法來調(diào)節(jié)稀缺自然資源的供給與使用；在中長(zhǎng)期，則必須通過開發(fā)可持續(xù)技術(shù)來彌補(bǔ)這些措施的不足。

化學(xué)研究尋求替代元素

專家們認(rèn)為，除了穩(wěn)定的磷酸鹽礦供應(yīng)之外，還沒有切實(shí)可行的辦法保證磷供應(yīng)。作為肥料流失的結(jié)果，磷往往會(huì)出現(xiàn)在土壤、河流和海洋中，從中提取磷很有潛力。人們期待材料化學(xué)家開發(fā)出利用主-客體或金屬配位化學(xué)，從水和土壤中選擇性結(jié)合與去除含磷物的新材料，同時(shí)開發(fā)從水中選擇性富集磷酸鹽的膜技術(shù)。

鋰是電池中最常用的金屬，在可預(yù)見的未來仍將是能源儲(chǔ)存技術(shù)的主要分子，同時(shí)具有重要的醫(yī)用價(jià)值。目前人們還不清楚已知的鋰資源儲(chǔ)量能持續(xù)供應(yīng)多久。這一現(xiàn)實(shí)要求科學(xué)家用硫化鈉、鎂、氮摻雜石墨烯或其它材料替代電池中的鋰，提高電池的效率和使用壽命，研究利用主族金屬配位化學(xué)從海洋中提取鋰的新技術(shù)。

當(dāng)下，鉑被用作低溫燃料電池的關(guān)鍵組分，其金屬浸出問題往往導(dǎo)致效率低下和金屬散失。鉑還被當(dāng)作催化劑，大量用于各種重要的化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，其稀缺性導(dǎo)致催化工藝過程也不可持續(xù)?；诖?，化學(xué)家們將為燃料電池開發(fā)出基于更豐產(chǎn)元素的替代物，并致力于合理設(shè)計(jì)有良好催化性能，諸如合金之類的納米多金屬體系。

目前，很多太陽(yáng)能電池技術(shù)嚴(yán)重依賴于銦的使用，許多電子元器件的組件如平板電視等也是同樣的情況。白皮書預(yù)計(jì)，材料化學(xué)家將在今后的5～10年中，為太陽(yáng)能電池、有機(jī)發(fā)光二極管及更好的顯示技術(shù)研發(fā)更便宜且能穩(wěn)定供應(yīng)的材料，設(shè)計(jì)和完善對(duì)光和熱穩(wěn)定，且具有透明、導(dǎo)電等優(yōu)良性能的新材料，以滿足多種需求。

稀土金屬尚需拓展來源

稀土金屬如釹等被用在包括通訊業(yè)在內(nèi)許多工業(yè)領(lǐng)域所用的磁體中。這些領(lǐng)域需要各種供應(yīng)穩(wěn)定、適合應(yīng)用的磁體。白皮書預(yù)計(jì)通過有針對(duì)性的研究，5年內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)磁體中稀土金屬的替代。但在過渡期內(nèi)，需要從各種不同來源有效獲取稀土金屬的新技術(shù)。

材料化學(xué)能夠發(fā)揮怎樣的作用？白皮書指出，研究人員需要增進(jìn)對(duì)稀土金屬的磁性了解，改善磁體的性能，并減少其中的稀土成分含量；深化對(duì)稀土金屬配位化學(xué)的理解，設(shè)計(jì)改進(jìn)的收集方法。同時(shí)，政府需要制定獲取和控制使用稀缺天然資源的戰(zhàn)略。眼下，許多國(guó)家正在立法，以減輕稀缺資源供應(yīng)減少所產(chǎn)生的影響。

來源：中國(guó)化工報(bào) 作者：行者

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