בתוך כל טלפון חכם על פני כדור הארץ נמצאות 16 מתוך 17 המתכות הנדירות של כדור הארץ, רובן נכרות בסין
שנת 2020 ושנת 2021 מסתמנות כשנים בהן שרשראות האספקה העולמיות, בתחומים שונים, הגיעו ונמתחו לנקודות הקצה שלהן. משבר הקורונה, משבר השבבים הנוכחי, ואף משבר אוניית המשא שחסמה את תעלת סואץ לאחרונה. משברים אלה הם המפורסמים שבהם, אבל האם ידעתם שיש משבר מכולות של ספינות משא? והאם ידעתם שיש משבר של חול בעולם?
רובנו לא יודעים או מכירים את דרך פעולתו של העולם, את תהליכי הכרייה, שרשראות האספקה ותהליכי הייצור וההפצה של המוצרים בהם אנחנו משתמשים. אבל למעל מ-88% מאיתנו בישראל יש סמארטפון, מכשיר חכם, לו התמכרנו לחלוטין והוא הכלי העיקרי שלנו לקריאת חדשות ומידע, לתקשורת עם העולם ולניהול חיינו. מחקרים מלפני משבר הקורונה הראו כי אנחנו משחררים את נעילת המסך כ-150 פעמים ביום, ולוחצים, עושים swipe ומקישים על המסך מעל ל-2,600 פעמים ביום. אלה שני מספרים יחידים מתוך מפל סטטיסטיקות שמראה את ההתמכרות שלנו למכשיר ולמסך.
אבל מה אנחנו יודעים על המכשיר שנמצא לאורך כל היום במרחק יד מאיתנו?
אנחנו חיים ופועלים בעידן הדיגיטלי כשרוב המידע, התקשורת והקשרים שלנו מגיעים אלינו ומתווכים לנו דרך מסכים. מרביתנו גם מקבלים את המציאות כפי שהיא וכמובנת מאליה כשכל הטכנולוגיה המתקדמת פשוט עובדת, אבל מבלי לדעת איך ולמה היא עובדת. ככל הנראה, כתבה זו תיקרא על גבי מסך הטלפון שלכם, אשר הצבעוניות והחדות שלו מתאפשרים רק בזכות המתכות הנדירות שבתוכו.
המאגמה שמוציאה את החומרים הנדירים ממעמקים אל פני השטח
כולנו כנראה ראינו התפרצות של הרי געש בספרים או בחדשות, ואפילו פה אצלנו בישראל ישנם, בין היתר, הרי געש רדומים ברמת הגולן. הרי געש נוצרים מפעילות גיאולוגית ותנועת הלוחות של כדור הארץ, כאשר המאגמה, מסיבות שונות, נלחצת ועולה למעלה עד אשר היא פורצת את קרום כדור הארץ ומתפרצת מתוך הרי געש. אותם פרצי מאגמה עולים ממעמקים של כעשרה קילומטר מתחת לפני השטח, ובעלייתם מביאים עימם מינרלים ויסודות שונים.
בין אותם יסודות מופיעות גם המתכות הנדירות המכונות באנגלית rare earth metals. למרות שמן הן אינן נדירות ומקור שמן נובע מכך שקשה להפיקן ומכך שהן לא מופיעות בתצורת היסוד הטבעי שלהן, אלא בתצורת תחמוצות (תרכובות עם חמצן). יש בסך הכל 17 מתכות נדירות בטבלה המחזורית שנקראות גם יסודות נדירים. אם תרצו למצוא אותן בקלות, 15 מתוכן מופיעות בטבלה המלבנית שמתחת לטבלה המחזורית.
ביומיום אנחנו נתקלים בכל מיני מתכות וביניהן ברזל, זהב, כסף, פלטינה ונחושת. את השמות שלהן אנו מכירים היטב, וכנראה גם יודעים איך הן נראות ואפילו את ערכן. למתכות הנדירות יש שמות אקזוטיים וקשים להגייה כולל איטריום, איטרביום, ניאודימיום, דיספורזיום ואירופיום. אני משער שאתם תוהים מדוע חשוב לדעת את שמותיהן, וכיצד מתכות נדירות ממעמקי כדור הארץ בכלל קשורות לעידן הדיגיטלי?
התשובה הקצרה היא שללא מתכות אלה לא היה מתאפשר העידן הדיגיטלי של היום ומהפיכת האלקטרוניקה שהחלה בשנות ה-50 של המאה ה-20.
למתכות, או יסודות, אלה תכונות פלואורוצנטיות, מגנטיות ותכונות הולכה ייחודיות, המעניקות להן חשיבות עבור הטכנולוגיות המתקדמות ביותר של עולמנו ב-70 השנים הבאות.
לא היתה מתאפשרת לנו טלוויזיה צבעונית ללא אירופיום שיצר את הצבע האדום כדוגמה, ולא היו לנו סמארטפונים, טאבלטים או מחשבים ניידים ללא המתכות הנדירות האחרות. התכונות הייחודיות שלהן איפשרו לעולם הטכנולוגי לעבור את מהפיכת המיניטוריזיציה של מוצרי האלקטרו
טלפונים, מכוניות וסוללות ללכידת חשמל מאנרגיה מתחדשת
בתוך כל סמארטפון על פני כדור הארץ נמצאות 16 מתוך 17 המתכות הנדירות של כדור הארץ (אחת מהן היא רדיואקטיבית וכמובן לא ניתנת לשימוש). התכונות המגנטיות הייחודיות שלהן מאפשרות ליצור רמקולים קטנים מאוד בתוך הסמארטפון, אך גם בתוך האוזניות שלנו. אפילו מנגנון המיקוד האוטומטי של מצלמת הסמארטפון פועל בזכות מגנט ניאודימיום. יכולת הרטט של המכשיר החכם שלנו מתאפשרת בזכות ניאודימיום ודיספרוזיום.
מעבר למתכות הנדירות הנמצאות בסמארטפונים שלנו ישנו שימוש ב-70 יסודות שונים, מתוך 87 יסודות יציבים בכל הטבלה המחזורית. כלומר, 80% מכלל היסודות בטבע נמצאים בתוך המכשיר החכם שלנו, ומאפשרים לנו ליהנות מהעולם הדיגיטלי. המשקל הממוצע של סמארטפון נע בין כ-130 ל-200 גרם, תלוי בגודל המסך. מתוך המשקל הזה, ישנו כגרם אחד בלבד של מתכות נדירות. ללא קיומן, המכשירים שלנו היום היו שוקלים עשרות עד מאות גרמים יותר, ולא היו מתאימים לגודל כף היד שלנו.
על פי הערכות אחרונות מחודש מרץ 2021, ישנם בעולם מעל ל-3.8 מיליארד סמארטפונים, מתוך כ-4.9 מיליארד מכשירי טלפון נייד הקיימים ופועלים בעולם. כלומר, על פי גרם אחד בכל מכשיר, ישנם 3,800 טונות של מתכות נדירות בכלל הסמארטפונים בעולם.
הסמארטפונים והטאבלטים אינם המהפכה היחידה. אנו בפתחן של שתי מהפיכות טכנולוגיות נוספות התלויות לחלוטין במתכות הנדירות הללו. הראשונה, הינה מהפיכת הרכבים ההיברידיים והחשמליים. בסוף שנת 2020 הבטיח אילון מאסק שעד שנת 2030 חברת הרכבים טסלה תייצר 20 מיליון רכבים בשנה. המתכות הנדירות הן מרכיב קריטי ברכבים אלה, ולשם השוואה, בכל מכונית של טויוטה פריוס נעשה שימוש בכ-13 ק"ג של מתכות אלה. כלומר, רק חברת טסלה לבדה תצטרך 40% מסך הייצור העולמי של המתכות הנדירות, שעומד היום על כ-170,000 טון בשנה, על מנת לעמוד ביעד שאפתני זה. המהפיכה השנייה הינה המעבר לאנרגיה ירוקה ומתחדשת, המבוססת על אנרגיית שמש ורוח, על מנת להילחם בהתחממות הגלובלית ולהתנתק מהתלות שלנו בדלקים מזהמים. טורבינות רוח הן האסטרטגיה הירוקה של מספר מדינות ברחבי העולם לייצור ג'יגה וואטים של חשמל, ביניהן סין ואנגליה. גם במקרה הזה יש צורך בכמות גדולה מאוד של מתכות נדירות, שכן עבור כל ייצור של מגה וואט של חשמל מטורבינת רוח יש צורך בכחצי ק"ג של מתכת כזאת – והעולם מתכנן ג'יגות רבים של וואטים. סין, אשר פרסמה אסטרטגיה לאומית למעבר לייצור אנרגיה מבוסס על טורבינות רוח, פרסמה לאחרונה הגבלות על ייצוא של אותן מתכות נדירות, מאחר שהיא תזדקק לכמות גדולה יותר מזו שהיא מייצרת מידי שנה. גם בתחום המחשוב הקוונטי למתכות הנדירות ישנו תפקיד חשוב, וכבר היום ישנן חברות שהמחשב הקוונטי שלהן מבוסס על שימושים באטומים טעונים (יונים) של מתכות נדירות, ובעיקר איטרביום.
שמונה מכרות בסין משרתים את כל תעשיית ההייטק העולמית
המתכות הנדירות נכרות היום בשמונה מכרות ברחבי העולם, אך מעל ל-90% מהן נכרות בסין. שרשרת האספקה של המתכות הנדירות מורכבת יותר, כי לאחר הכרייה יש צורך להפיק ולזקק את המתכות על מנת שניתן יהיה לעשות בהן שימוש ולייצר מהן רכיבים אחרים, כמו מגנטים. לעתים, כל שלב כזה מתבצע במדינה אחרת. כיום, סך כל המסחר במתכות הנדירות הללו עומד על כשישה מיליארד דולר, ומאפשר כלכלה ומסחר עולמיים בסך של יותר מטריליון דולר, ובעיקר מאפשר את העידן הדיגיטלי.
בפעם הבאה שתצפו בהתפרצות געשית, תדעו שהיא לא רק מייצרת את סלעי היסוד של כדור הארץ, אלא גם את היסודות שמאפשרים את המהפיכות הטכנולוגיות הנוכחיות והבאות.
