橡树岭国家实验室 (ORNL) 的 CMI Hub 研究人员开发了膜溶剂萃取技术,这是一种节能、经济且环保的稀土金属回收工艺。他们通过溶解报废产品和废料生成含有多种金属离子的水溶液,然后通过专利膜模块,该模块包含一束束中空纤维,只有某些金属离子才能通过。该技术获得了 2020 年联邦实验室联盟技术转让奖,并已获得 CMI Hub 合作伙伴 Momentum Technologies 的许可,用于回收稀土和电池关键材料。ORNL 和 Momentum Technologies 通过《两党基础设施法》获得了后续资金,以使该工艺商业化。
可再生能源供应链已经变得越来越复杂,这主要是由于与项目组件中使用的原材料有关的问题。例如,据估计,到2030年,稀土金属(如霓虹灯和praseodymium)将缺乏50-60%的短缺,这些金属将用于为风力涡轮机发电机和电动汽车制造高功率磁铁所必需的。太阳能安装需要从多个国家采购的组件。这可能会在运输,关税和遵守跨境运动以及遵守安全,环境和劳动法的情况下造成实际问题。货物的延误可能导致管理库存,项目成本升级和较长的交货时间的困难。包括铁路货运运动在内的多模式运输系统可以为这些挑战提供可靠,可持续和成本效益的解决方案。
可再生能源技术的应用对于实现联合国可持续发展目标 (SDG) 至关重要,例如关于可负担清洁能源的 SDG7 和关于气候行动的 SDG13 1 。然而,生产可再生能源基础设施需要越来越多的材料,例如铟、镓和稀土金属。这可能会导致环境影响的取代而不是减少,因为不可持续的化石燃料开发将被不可持续的可再生能源关键材料开发 2 所取代。例如,用于低碳技术的金属矿石开采和加工对环境具有深远而广泛的影响(例如水、人类和生态毒性)3 。这可能会导致与关于清洁水的 SDG6、关于减少不平等的 SDG10 以及关于海洋和陆地环境自然保护的 SDG14 和 SDG15 1 产生权衡。更好地利用材料和产品的循环经济战略可以提供解决方案,符合关于可持续消费和生产的 SDG12 1,4。
锂离子电池(LiBs 1 )被广泛应用于各个领域,但其原材料依赖于稀土金属,而稀土金属的产地在世界各地分布不均。近年来,电动汽车销量的增长和乌克兰危机导致锂等锂离子电池主要原材料的价格飞涨,降低材料采购风险在下一代电池的开发中显得至关重要。自 1980 年代以来,钠离子电池(以下称为 NiBs 2 )的研发就一直在进行,但由于 NiB 在能量密度 3 和其他性能特性方面不如 LiB,因此并未得到广泛应用。但是,随着上述市场环境的变化,NiB 作为一种有前途的下一代电池候选材料开始受到关注,因为其主要原材料钠在地壳中的储量是锂的 1,000 倍,而且不会像锂那样在特定国家和地区分布不均。 BNEF 4 在 2021 年底发布的《全球储能展望》中指出,到 2030 年,NiB 可能会发挥重要作用。
关键技术(例如太阳能电池板,风力涡轮机和电池)需要关键材料,例如锂和稀土元素(REE)。因此,人们对未来获得这些材料的访问的担忧越来越大,迅速增加供应以匹配需求,价格上涨和波动性以及地缘政治问题的困难。在国家能源过渡计划中需要分析这些挑战并考虑到这些挑战。最近,由于需求不足和供应有限,最关键材料的价格上涨了。临界物质具有独特的特性,可用于不同的目的。欧盟和美国分别承认30个和35个关键的原始机构,但是镍,铜,锂和稀土金属(新近hode和疾病)由于其重要性和供应挑战而引起了特别的关注。这些材料的独特性能已经到了能源过渡的最前沿,这要归功于许多技术,包括风力涡轮机,太阳能电池板和电动汽车和储能的电池。确保足够数量的这些材料具有挑战性,原因有几个:
欢迎来到我们第11届年度能源文件。每年,我们都会检查第四大能量过渡的发生时在地面上发生的事情。我们今年的主要重点:为什么过渡需要这么长时间?深度脱碳计划假设电动汽车,电力传输网格,工业能源使用和碳固存发生了巨大变化,但是每个面对能源未来主义者通常都不会对逆风负责。如下所示,许多先前对可再生过渡的预测过于雄心勃勃,因为它们忽略了能源密度,间歇性和现有能源系统的复杂现实。我们跟进去年对看涨的石油和天然气呼叫的更新,并检查拜登的能源议程。我们讨论了中国的稀土金属外交,美国分发了太阳能,并在德克萨斯州停电上的最后一句话结论,并回答了有关电气运输,可持续航空燃料,氢和碳核算的问题。
欢迎来到我们第11届年度能源文件。每年,我们都会检查第四大能量过渡的发生时在地面上发生的事情。我们今年的主要重点:为什么过渡需要这么长时间?深度脱碳计划假设电动汽车,电力传输网格,工业能源使用和碳固存发生了巨大变化,但是每个面对能源未来主义者通常都不会对逆风负责。如下所示,许多先前对可再生过渡的预测过于雄心勃勃,因为它们忽略了能源密度,间歇性和现有能源系统的复杂现实。我们跟进去年对看涨的石油和天然气呼叫的更新,并检查拜登的能源议程。我们讨论了中国的稀土金属外交,美国分发了太阳能,并在德克萨斯州停电上的最后一句话结论,并回答了有关电气运输,可持续航空燃料,氢和碳核算的问题。
格陵兰岛和经纪与乌克兰的和平协议,其中包括使用乌克兰矿物质和金属。重要的是要注意,格陵兰已经是其广阔的稀土矿物质藏品的争论点,其名称具有非凡的名称,例如dydsprosium,Neododmium,Scandium和Yttrium(有17个稀土矿物质是任何高级技术的核心)。鉴于格陵兰是丹麦的一部分,因此它是欧盟(EU)规则的。在2011年,欧盟发布了一份关键原材料列表,其中包括这些稀土矿物质。然后,在2023年,欧盟通过了《关键原材料法》,该法敦促国内生产这些关键的矿物质和金属以及它们进口到整个大陆。同时,乌克兰拥有巨大的稀土金属(从磷灰石到锆)以及锂和钛的储量。特朗普要求从乌克兰至少有5000亿美元的这些储备作为美国在战争中的支持。“我想拥有稀土安全”,特朗普在2月初告诉记者,听起来像是《指环王》的角色。
用于X射线光动力疗法(XPDT)的稀有地球纳米复合材料最近被认为是癌症常规放疗的有效替代品,以及CT成像的对比剂。纳米级复合材料通常由两个组成部分组成 - 一种纳米磷剂,将X射线释放到可见光中,而第二个成分(即光敏剂)吸收,以进一步生成活性氧。纳米氨基载体的微流体合成使得基于BAGDF5 [1]和稀土金属有机框架(RE-MOF)结构获得纳米复合材料。合成的纳米结构可以用作X射线激活的XPDT系统。Lumiphores的微流体合成可以更快地合成,同时减少昂贵的试剂的消耗。与需要24小时的传统溶不能热方法相比,在100°μ下获得了BAGDF5颗粒6分钟。此外,已经收集了X射线激发光发光的原位流量测量值,这些纳米磷酶合成系列具有不同的掺杂元素的流速。纳米复合bagdf5@rb是通过一阶段微流体合成获得的。此外,通过微流体途径,在120°C中还合成了一系列的重型ZR0.7GD1-XTBX-BDC-NH2 30分钟。
i. 开发用于物理吸收(PAB)和化学吸附(CAD)的纳米复合材料以及用于高密度储能的 Li/S 阴极中的多硫化物封存(SPS)。 ii. 获得使用纳米硅酸盐进行水和废水处理以去除稀土金属和有毒重金属的专利。 iii. 获得多项专利,包括用于先进水处理的纳米材料和 EGSB 反应器、用于输油管道安全监控的纳米传感器、用于饮用水消毒的纳米银和用于高性能太阳能电池的纳米涂层,并将技术转让给墨西哥、美国、加拿大、日本和韩国。 • 在过去 18 年在美国企业部门工作(作为美国公民)期间,Kuppusamy 博士利用遍布许多组织的 750 名员工网络开发了许多盈利技术、产品和服务。 • Kuppusamy 博士非常注重创新、战略制定、谈判和以敏锐的商业头脑引领变革。 • 在生物医学设备纳米技术方面取得突破,利用碱性水资源开发糖尿病指标检测和医用氧气设备。 • 开发基于石墨烯的纳米膜和电动汽车智能储能系统。