天然資源節約替代還須化學手段

稀缺天然資源供應正以驚人的速度減少。對此，《化學，為了可持續發展的全球社會》白皮書提出，材料化學可以在許多應用領域幫助節約、替代和回收利用稀缺天然資源。在當下的過渡時期，需要有協調一致的全球策略以優化稀缺天然資源的供給，直到替代性技術實現應用。

資源稀缺比原油短缺更緊迫

金屬和非金屬礦藏是現代生活不可或缺的元素，如磷既是化肥的主要成分，也是構成DNA和骨骼的生命必須元素；鋰、鉑、鈀及稀土金屬廣泛用于電池、催化劑、計算機元件、太陽能電池、移動電話等。這些元素類資源在使用過程中，通常不會被破壞，可以進行回收和重復使用。

白皮書強調，全球的元素資源供應量日趨減少是不爭的事實，是比原油供應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年內面臨枯竭。僅存的珍貴、不可或缺的資源也被少數國家所掌控，這對許多國家來說都是關乎安全的問題。稀缺自然資源的高價格和有限可用率將很快影響到許多工業部門。

白皮書指出，面對這種形勢，材料化學可以給出減少、替代或循環利用稀缺自然資源的方案；通過開發新的途徑，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的，絕不能引發對將來可能會供應短缺的資源依賴。在短期內，人們需要借助立法來調節稀缺自然資源的供給與使用；在中長期，則必須通過開發可持續技術來彌補這些措施的不足。

化學研究尋求替代元素

專家們認為，除了穩定的磷酸鹽礦供應之外，還沒有切實可行的辦法保證磷供應。作為肥料流失的結果，磷往往會出現在土壤、河流和海洋中，從中提取磷很有潛力。人們期待材料化學家開發出利用主-客體或金屬配位化學，從水和土壤中選擇性結合與去除含磷物的新材料，同時開發從水中選擇性富集磷酸鹽的膜技術。

鋰是電池中最常用的金屬，在可預見的未來仍將是能源儲存技術的主要分子，同時具有重要的醫用價值。目前人們還不清楚已知的鋰資源儲量能持續供應多久。這一現實要求科學家用硫化鈉、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從海洋中提取鋰的新技術。

當下，鉑被用作低溫燃料電池的關鍵組分，其金屬浸出問題往往導致效率低下和金屬散失。鉑還被當作催化劑，大量用于各種重要的化學轉化反應，其稀缺性導致催化工藝過程也不可持續。基于此，化學家們將為燃料電池開發出基于更豐產元素的替代物，并致力于合理設計有良好催化性能，諸如合金之類的納米多金屬體系。

目前，很多太陽能電池技術嚴重依賴于銦的使用，許多電子元器件的組件如平板電視等也是同樣的情況。白皮書預計，材料化學家將在今后的5～10年中，為太陽能電池、有機發光二極管及更好的顯示技術研發更便宜且能穩定供應的材料，設計和完善對光和熱穩定，且具有透明、導電等優良性能的新材料，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在內許多工業領域所用的磁體中。這些領域需要各種供應穩定、適合應用的磁體。白皮書預計通過有針對性的研究，5年內就可實現對磁體中稀土金屬的替代。但在過渡期內，需要從各種不同來源有效獲取稀土金屬的新技術。

材料化學能夠發揮怎樣的作用？白皮書指出，研究人員需要增進對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；深化對稀土金屬配位化學的理解，設計改進的收集方法。同時，政府需要制定獲取和控制使用稀缺天然資源的戰略。眼下，許多國家正在立法，以減輕稀缺資源供應減少所產生的影響。

來源：中國化工報 作者：行者

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