Roestkleurig water sijpelt door Appalachia verlaten kolenmijnenrotsen oranje kleuren en stroombeddingen bedekken met metalen. Deze zure ontladingen, bekend als zure mijndrainagebehoren tot de meest hardnekkige milieuproblemen in de regio. Ze ontwrichten het waterleven, corroderen leidingen en kunnen het drinkwater tientallen jaren vervuilen.
Maar verborgen in de oranje drainage zijn waardevolle metalen die bekend staan als zeldzame aardelementen essentieel voor veel technologieën De VS zijn onder meer afhankelijk van smartphones, windturbines en militaire vliegtuigen. Studies hebben zelfs aangetoond dat de concentraties van zeldzame aardmetalen in zuur mijnafval kunnen zijn vergelijkbaar met de hoeveelheid ertsen die worden gewonnen om zeldzame aardmetalen te winnen.
Dat schatten wetenschappers ruim 13.700 mijl van de Amerikaanse stromen, voornamelijk in Pennsylvania en West Virginia, is vervuild door lozingen van zure mijnen.
Een nadere blik op de afvoer van zure mijnen uit verlaten mijnen in Pennsylvania door de Pennsylvania Fish and Boat Commission
Wij en onze collega’s aan de West Virginia Universiteit hebben gewerkt aan manieren om het zure afval in deze feloranje kreken om te zetten in een betrouwbare huisvestingsbron voor zeldzame aardmetalen en tegelijkertijd het water te zuiveren.
Experimenten tonen aan dat extractie kan werken. Als staten ook kunnen uitzoeken wie de eigenaar is van dat mijnbouwafval, kunnen de milieukosten van de mijnbouw een bijdrage leveren aan een schone energietoekomst.
Zeldzame aardmetalen worden geconfronteerd met een risico voor de toeleveringsketen
Zeldzame aardelementen is een groep van 17 metalen, ook geclassificeerd als kritische mineralendie als cruciaal worden beschouwd voor de economie of de veiligheid van het land.
Ondanks hun naam, zeldzame aardelementen zijn niet zo zeldzaam. Ze komen op veel plaatsen op de planeet voor, maar in kleine hoeveelheden vermengd met andere mineralen, waardoor ze duur zijn ingewikkeld om te scheiden en te verfijnen.
China controleert ongeveer 70% van de mondiale productie van zeldzame aardmetalen en bijna alle raffinagecapaciteit. Dit biedt bijna een monopolie Chinese regering de macht om prijzen, exportbeleid en toegang tot zeldzame aardmetalen te beïnvloeden. China heeft die macht gebruikt in handelsgeschillen pas in 2025.
De VS, die momenteel ongeveer 80% van de zeldzame aardmetalen importeert die zij gebruikt, beschouwt de Chinese controle over deze cruciale mineralen als een risico en heeft binnenlandse bronnen vinden -een nationale prioriteit.
Hoewel de US Geological Survey dat wel heeft gedaan het in kaart brengen van potentiële locaties voor de winning van zeldzame aardelementen, van exploratie tot productie duurt jaren. Daarom onconventionele bronnenevenals de winning van zeldzame aardmetalen uit zure mijnresiduen, die belangstelling wekt.
Een mijnafvalprobleem omzetten in een oplossing
Zure mijndrainage ontstaat wanneer sulfidemineralen, zoals pyriet, tijdens de mijnbouw aan lucht worden blootgesteld. Hierdoor ontstaat zwavelzuur, dat vervolgens zware metalen zoals koper, lood en kwik uit het omringende gesteente oplost. De metalen komen terecht in grondwater en beken, waar ijzer in het mengsel het water een oranje kleur geeft.
Dure behandelingssystemen kunnen het zuur neutraliseren, waarbij de opgeloste metalen zich in een oranje slib in zuiveringsvijvers nestelen.
Decennia lang werd dit slib behandeld als gevaarlijk afval en naar stortplaatsen getransporteerd. Maar wetenschappers weten het Universiteit van West-Virginia en dat Nationaal Energietechnisch Laboratorium hebben ontdekt dat het concentraties zeldzame aardelementen bevat die vergelijkbaar zijn met die gevonden in gedolven ertsen. Deze elementen zijn ook gemakkelijker te extraheren uit zure mijnafval, omdat het zure water dat wel doet heb ze al vrijgelaten van de omringende rots.
Experimenten hebben aangetoond hoe de metalen kunnen worden gewonnen: Wetenschappers verzamelden slib, haalden zeldzame aardmetalen eruit met behulp van waterdichte chemie en brachten het schonere water vervolgens terug naar nabijgelegen beken.
Het is als mijnbouw zonder te graven, waarbij je iets schadelijks in een nuttige hulpbron verandert. Als dit proces wordt opgeschaald, kan dat wel lagere schoonmaakkostenhet creëren van lokale banen en het versterken van Amerika’s aanbod van materialen die nodig zijn voor hernieuwbare energie en hightech productie.
Maar er is een probleem: wie is eigenaar van de teruggewonnen mineralen?
De eigendomskwestie
De traditionele mijnbouwwet heeft betrekking op ondergrondse mineralen, niet op mineralen die worden gewonnen uit water dat op natuurlijke wijze uit verlaten mijnsites stroomt.
Non-profit stroomgebiedgroepen die mijnafval behandelen om het water schoon te maken, ontvangen vaak publieke middelen die uitsluitend bestemd zijn voor het opruimen van het milieu. Als deze groepen teruggewonnen zeldzame aardmetalen gaan verkopen, kunnen ze inkomsten genereren voor meer opruimingsprojecten in stromen, maar ze kunnen ook het risico lopen subsidievoorwaarden of non-profitregels te overtreden.
Om de politieke uitdagingen beter te begrijpen, hebben we vroeg mijn waterbehandelingsoperators door Pennsylvania en West Virginia. De meeste behandelingssystemen vielen onder overeenkomsten van landeigenaren waarbij de exploitanten geen echte eigendomsrechten hadden. De meeste exploitanten zeiden dat “onzekerheid over eigendom” een van de grootste belemmeringen was voor investeringen in het terugwinnen van zeldzame aardmetalen, projecten die dat wel kunnen miljoenen dollars kosten.
Het is niet verrassend dat waterzuiveringsbedrijven die eigenaar waren van het land waar de behandeling plaatsvond veel waarschijnlijker geïnteresseerd waren in de mijnbouw van zeldzame aardmetalen.
West Virginia heeft in 2022 stappen ondernomen om het herstel van zeldzame aardmetalen, de innovatie en het opruimen van de drainage van zure mijnen te vergroten. EEN nieuwe wet geeft het eigendom van teruggevonden zeldzame aardelementen aan degene die ze extraheert. Tot nu toe is de wet niet toegepast op grote projecten.
Over de grens, Pennsylvania Wet op de Barmhartige Samaritaan op milieugebied beschermt vrijwilligers die mijnwater behandelen tegen aansprakelijkheid, maar zegt niets over eigendom.
Dit verschil is van belang. Duidelijke regels zoals die in West Virginia bieden meer zekerheid, terwijl het gebrek aan begeleiding in Pennsylvania bedrijven en non-profitorganisaties kan doen aarzelen om dure restauratieprojecten op zich te nemen. Onder de door ons ondervraagde verwerkingsbedrijven was de belangstelling voor de extractie van zeldzame aardmetalen twee keer zo groot in West Virginia als in Pennsylvania.
De economie van afval naar waarde
Het terugwinnen van zeldzame aardmetalen uit mijnwater zal de conventionele mijnbouw niet vervangen. De hoeveelheden die beschikbaar zijn op drainagelocaties zijn veel kleiner dan die geproduceerd door grote mijnen, hoewel de concentratie net zo hoog kan zijn, en de technologie om deze uit mijnafval te halen wordt nog steeds ontwikkeld.
Toch biedt het gebruik van mijnafval een veelbelovende manier om de aanvoer van zeldzame aardmetalen aan te vullen met een binnenlandse bron en de milieukosten te helpen compenseren bij het opruimen van vervuilde stromen.
Vroege studies suggereren dat het terugwinnen van zeldzame aardmetalen met behulp van technologieën die momenteel worden ontwikkeld winstgevend zou kunnen zijn, vooral wanneer de projecten ook aanvullende kritische materialen terugwinnen, zoals kobalt en mangaan, die worden gebruikt in industriële processen en batterijen. Extractiemethoden is ook verbeterenwaardoor het proces veiliger, schoner en goedkoper wordt.
Stimulansen van de overheidonderzoeksfinanciering en publiek-private partnerschappen zouden deze vooruitgang ook kunnen versnellen subsidies ondersteunen de winning van fossiele brandstoffen en heeft scale-ups op het gebied van zonne- en windenergie geholpen bij het leveren van elektriciteit.
Het behandelen van de zure mijndrainage en het extraheren van de waardevolle zeldzame aardelementen biedt een manier om vervuiling in welvaart om te zetten. Het creëren van beleid dat eigenaarschap verduidelijkt, investeert in onderzoek en verantwoord herstel ondersteunt, kan ervoor zorgen dat gemeenschappen in de Appalachen profiteren van dit nieuwe hoofdstuk waarin schoonmaak en schone energie samen evolueren.
Hélène Nguemgaing is assistent-klinisch professor in kritieke hulpbronnen en duurzaamheidsanalyse bij Universiteit van Maryland.
Alan Collins is hoogleraar economie van natuurlijke hulpbronnen aan de Universiteit van New York Universiteit van West-Virginia.
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Het gesprek onder een Creative Commons-licentie. Lezen origineel artikel.
