米国エネルギー省は、石炭廃棄物から重要鉱物やレアアース元素を回収するために連邦政府が開発した3つの革新的技術を商業化する企業を募集している。
この石炭副産物の商業化機会は、化石燃料が米国の国家安全保障の重要な一部として新たな役割を担う機会として称賛されており、特に国内サプライチェーンの重要な構成要素の生産において注目されている。
エネルギー省は7月16日、技術商業化局のウェブブログ「石炭の新章：DOE研究所からの商業化機会」を通じて民間企業への呼びかけを行った。
「これらの素材はハイテク製造に不可欠ですが、世界的なサプライチェーンは不安定で、競合国によってますます支配されています。石炭副産物を利用した国内供給源の構築は、実用的かつ戦略的な動きです」とエネルギー省は述べている。「また、地域的な側面もあります。多くの石炭コミュニティには、産業復興に参加するためのスキル、インフラ、そして関心がまだあります。ゼロから始めるのではなく、既存のものから構築することができます。」
エネルギー省は、クリス・ライト長官による全米石炭評議会の再開と、エネルギー省の国立研究所がすでに開発した既存の鉱物回収技術の企業への技術移転促進の取り組みを強調した。
エネルギー省の技術商業化局
「技術商業化局は、石炭ベースの技術を商業化するというライト長官の指示を実行する中心的存在であり、石炭が燃料としてだけでなく、米国のエネルギー豊富さと経済成長の基盤としても国家に貢献し続けることを確実にするのに役立っています」とエネルギー省は述べている。
技術商業化局は、連邦政府が資金提供した研究を様々な方法で民間部門に移行させることができる。これには、エネルギー省が開発した技術のライセンス供与、国立研究所の専門家とビジネスの連携、知的財産、そしてユニークな利用施設などが含まれる。連邦政府はまた、商業化を支援するパートナーシップに資金を提供することもできる。
「石炭に関しては、技術商業化局の役割は非常に具体的なことに焦点を当てています。エネルギー省の研究所は、灰やスラグなどの石炭副産物から重要鉱物を回収する方法を開発しました。これらの素材は多くの場合廃棄物と見なされていますが、防衛システム、電気機械、コンピューティングに必要な高価値の元素を含んでいます。これらを廃棄する代わりに、今ではこれらの資源を活用する方法があります」とエネルギー省は述べている。
利用可能な3つの石炭ベース技術プロトタイプ
民間企業による商業化が可能な3つの石炭ベース技術はすべて、研究室規模でテストされており、企業がさらに開発、改良、商業システムへとスケールアップする準備が整っている。そのうち2つは、オレゴン州、ペンシルベニア州、ウェストバージニア州に拠点を持つ国立エネルギー技術研究所（NETL）によって開発された。NETLは、先進的な化石エネルギー技術の開発に焦点を当てたエネルギー省唯一の国立研究所である。
もう1つの技術は、ニューメキシコ州に本部を置くサンディア国立研究所から提供されている。サンディア研究所は、強力な科学、技術、工学能力を持つことで知られている。
マイルドな酸を使用したフライアッシュからのレアアース回収（NETL）
この発明は、室温での浸出とマイルドな酸を使用して、石炭フライアッシュからレアアース元素を抽出する。これは従来の高温または強酸技術よりも安全な方法で行われる。
「現在、中国が世界のほぼすべてのレアアース元素（REE）の供給と価格を支配しているため、国内供給源を開発することは、エネルギーや国防の重要なシステムを含む、ほぼすべての現代的なデバイスの製造を継続するために不可欠です。国内の石炭および石炭関連資源からのREE抽出の取り組みは実行可能な解決策として浮上していますが、成功する方法はコスト効率が良く、環境に優しいものでなければなりません」と研究所は指摘している。
NETLの推定によると、米国の未使用フライアッシュの総埋蔵量から年間約9,000メートルトンのレアアース酸化物を抽出できる。この回収により、米国の年間レアアース需要の94%を満たすことができる可能性がある。フライアッシュは、石炭火力発電所によって生成される微細な残留物である。
この技術により、国内で年間7,500万メートルトン生産される石炭燃焼廃棄物を、環境に優しいプロセスで必要な商品に再利用することが可能になる。もう一つの利点は、このプロセスがフライアッシュの前処理を必要としないことである。
「鉱石やその他の供給源からのREE抽出のための現在の方法や技術は、環境や作業者に害を与えることなく実施するには危険でコストがかかる場合があります。例えば、一般的な方法では高温と強酸またはアルカリを使用します。この技術は、現在廃棄物と見なされている石炭灰に目を向けることで、これらの問題やその他のREE抽出方法の問題を克服しようとしています」とNETLは述べている。
レアアースの抽出（サンディア）
「サンディアの研究者たちは、石炭燃焼の副産物である石炭灰を、水、超臨界二酸化炭素（SCO2）、食品グレードのクエン酸という3つの容易に入手可能な成分だけを使用して、レアアース元素の実行可能な国内供給源に変換する新しいアプローチを開発しました」とサンディア研究所の特許概要に記載されている。
この環境に優しい革新技術は、低コストの国内レアアース元素供給源を提供する。
「2019年、米国はREEのほぼ全量を輸入し、その総推定価値は1億6000万ドルでした。輸入依存は外国の供給源への依存を生み出し、サプライチェーンのリスクをもたらし、潜在的な高成長セクターを制約する可能性があります」とサンディア研究所は指摘している。
石炭スラグ内のレアアース元素を濃縮するための熱処理（NETL）
この特許取得済みの技術は、石炭副産物内のレアアース元素を抽出のために濃縮するユニークな方法を確立している。石炭スラグ（ボイラースラグとも呼ばれる）は溶融した底灰である。この技術はスラグを使用して、それをフラックス剤と組み合わせる。その後、材料は加熱され、制御された冷却が行われ、レアアースを抽出・精製できる固体に濃縮される。
「エネルギー、鉄鋼、製鉄業で使用される石炭資源には、今後何年もの米国のニーズを満たすのに十分な量のREEが含まれていますが、濃縮された固体としては存在していません。REEを最も有用な形で回収することを容易にする費用対効果の高い技術は、米国の経済、国家安全保障、そして独立性を同時に高める可能性を提供します」とNETLのファクトシートに記載されている。
利点には、既存の石炭廃棄物を新しい商品に変えることや、現在の浸出プロセスと比較して健康/環境リスクを軽減することが含まれる。この熱処理技術は制御された雰囲気を必要とせず、低コストの単純な温度変化に依存している。
「この方法は42%の抽出効率を達成することが示されており、最も重要なREEのいくつかを優先的に抽出することができます」とサンディア研究所は述べている。
新技術が提供する複数の利点
これら3つの創造的なアプローチは、石炭副産物を重要なレアアース元素の国内供給源に変えるものである。公的資金で作成・資金提供されたこれらのプロトタイプは、商業化の準備が整っている。
また、これらの革新技術を国立研究所から市場に移転するための連邦助成金も利用可能である。さらに、すべての新しい方法は、既存の廃棄物を環境に優しい方法で有用な国内製品に変えるものである。
