เพื่อที่จะก้าวสู่สังคมคาร์บอนเป็นศูนย์ภายในปี 2050 เราต้องเร่งสร้าง โซล่าเซลล์ กังหันลม รถไฟฟ้า แบตเตอรี่ ให้ได้หลายเท่าตัวภายใน 20–30 ปีข้างหน้า นั่นหมายความว่า เราจะต้องใช้แร่ธาตุสำคัญหลายอย่าง เป็นจำนวนมหาศาล
แร่ธาตุสำคัญที่ว่าก็มีตั้งแต่ ทองแดง อะลูมิเนียม ลิเธียม นิกเกิล โคบอลต์ แมงกานีส กราไฟต์ ไปจนถึง พวกธาตุหายาก ที่เรียกว่า แรร์เอิร์ธ (rare earth)
วันนี้เราจะมารู้จักแรร์เอิร์ธกันว่า ทำไมถึงได้รับความสนใจมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมา
แรร์เอิร์ธคืออะไร
แรร์เอิร์ธเป็นคำเรียกรวมๆ ของธาตุ 17 ธาตุ ประกอบด้วยธาตุที่อยู่แถวล่างของตารางธาตุ 15 ธาตุ เริ่มจาก แลนทานัม (La, Lanthanum) ที่มีเลขอะตอม 57 ไปจนถึง ลูทีเซียม (Lu, Lutetium) ที่มีเลขอะตอม 71 และอีกสองธาตุ คือ แสกนเดียม (Sc, Scandium) ที่มีเลขอะตอม 21 และอิตเทรียม (Y, Yttrium) ที่มีเลขอะตอม 39
พอลองเปิดตารางธาตุดู ก็พบว่า ผมไม่มีความทรงจำอะไรเกี่ยวกับธาตุเหล่านี้เลย คาดว่าตอนเรียน (หลายสิบปีละ) โลกอาจยังไม่สนใจแรร์เอิร์ธมากนัก หวังว่าหลักสูตรปัจจุบันจะเพิ่มความสำคัญเรื่องนี้บ้างนะ
ทำไมแรร์เอิร์ธถึงสำคัญ
แม้จะถูกค้นพบมากกว่า 200 ปีแล้ว แต่แรร์เอิร์ธก็เพิ่งเริ่มถูกใช้ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 นี่เอง
แรร์เอิร์ธมีคุณสมบัติพิเศษด้านการนำไฟฟ้า การเรืองแสง หรือความเป็นแม่เหล็ก เลยเป็นส่วนประกอบสำคัญในเทคโนโลยีสะอาด และอุปกรณ์ไฮเทคทั้งหลาย
แรร์เอิร์ธอย่าง นีโอดิเมียม (Neodymium) ดิสโพรเซียม (Dysposium) และเพรซีโอดิเมียม (Praseodymium) ใช้ทำแม่เหล็กแรงสูง ที่ใช้ขับเคลื่อนรถไฟฟ้า สร้างสนามแม่เหล็กในกังหันผลิตไฟฟ้า (บางประเภท) ใช้ทำลำโพงขนาดเล็ก และทำให้สมาร์ทโฟนสั่นได้
ลืมภาพแม่เหล็กรูปตัวยู ที่เคยเล่นตอนเด็กๆ ไปได้เลย เพราะแม่เหล็กนีโอดิเมียมแรงระดับแม็กนีโต้ (แรงกว่าแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ 18 เท่า) ก้อนนิดเดียวก็ดูดของหนักๆ เป็นร้อยกิโลกรัมได้สบาย (ใครจะซื้อมาลองเล่น ต้องระมัดระวังอย่างสูง แม่เหล็กก้อน 1.8 กิโลกรัม สองก้อน สามารถบดมือเราให้แตกละเอียด ภายในเสี้ยววินาที ลองดูได้ใน [1])
แรร์เอิร์ธอย่าง เทอร์เบียม (Terbium) ยูโรเพียม (Europium) และ อิตเทรียม (Yttrium) ใช้ทำหน้าจอสมาร์ทโฟนที่แสดงภาพสีสันสดใส
แรร์เอิร์ธหายากจริงไหม
ถึงแรร์เอิร์ธจะแปลว่า ธาตุหายาก ก็เถอะ แต่จริงๆ แล้ว แรร์เอิร์ธก็ไม่ได้มีน้อยมากเป็นพิเศษแต่อย่างใด
สิ่งที่ทำให้มันมีราคาแพงก็เพราะ มันมีปริมาณน้อย “ต่อหน่วย” สินแร่ ทำให้ต้องใช้พลังงาน และน้ำมหาศาลในการสกัด ซึ่งความยากนี้ก็สะท้อนออกมาในชื่อธาตุต่างๆ อย่าง แลนทานัม (Lanthanum) ที่มาจากภาษากรีกว่า “ซ่อนอยู่” หรือ ดิสโพรเซียม (Dysposium) ที่แปลว่า “ยากที่จะได้”
ในหนังสือ The Rare Metals War (ไม่แนะนำให้อ่าน เพราะเต็มไปด้วยอคติ) ของ Guillame Pitron เปรียบการทำเหมืองแรร์เอิร์ธ กับ การทำขนมปัง ที่มีแป้งเป็นส่วนประกอบหลัก (หิน) น้ำบางส่วน (เหล็ก) ยีสต์เล็กน้อย (นิกเกิล) และเกลือเพียงหยิบมือ (แรร์เอิร์ธ)
ใครเป็นผู้ผลิตแรร์เอิร์ธ
ปัจจุบันจีนเป็นผู้ผลิตแรร์เอิร์ธรายใหญ่ โดยครองสัดส่วนมากถึง 62% (ข้อมูลปี 2019) ของทั้งโลก แต่นี่ก็น้อยลงเยอะแล้ว เมื่อ 10 ปีก่อน จีนครองส่วนแบ่งมากกว่า 90% เลยทีเดียว
การเป็นผู้เล่นใหญ่ทำให้จีนควบคุมตลาดแรร์เอิร์ธได้ ทั้งในแง่ราคา และปริมาณการส่งออก ซึ่งจีนได้ใช้ความได้เปรียบนี้ ผลักดันให้ต่างชาติถ่ายทอดเทคโนโลยีให้ตัวเอง (เช่น แทนที่จะส่งออกแรร์เอิร์ธดิบๆ ก็เสนอตัวแกมบังคับเป็นผู้ผลิตชิ้นส่วนที่ต้องใช้แรร์เอิร์ธซะเลย) และใช้กดดันประเทศที่มีข้อขัดแย้งกับตัวเอง (เช่น ในปี 2010 ตอนนี้มีข้อพิพาททางทะเลกับญี่ปุ่น ก็ไม่ส่งออกแรร์เอิร์ธไปให้ ทำให้บริษัทอุตสาหกรรมในญี่ปุ่นเดือนร้อนกันยกใหญ่) เมื่อตระหนักได้ว่าพึ่งพาจีนมากเกินไป หลายประเทศก็เริ่มกลับมาทำเหมืองแรร์เอิร์ธกัน
สารพัดปัญหาของแรร์เอิร์ธ
แม้ว่าเราจะใช้แรร์เอิร์ธกันคนละน้อยนิด ประมาณ 20 กรัมต่อคนต่อปี แต่ความต้องการแรร์เอิร์ธก็สูงขั้นทุกปี (สูงขึ้นแล้ว 3 เท่า ในช่วง 25 ปี ที่ผ่านมา)
เพื่อสกัดแรร์เอิร์ธ 1 ตัน เราต้องใช้พลังงานมาหาศาล และน้ำอย่างต่ำ 200 ตัน ยิ่งเหมืองคุณภาพต่ำที่มีปริมาณแรร์เอิร์ธเบาบาง ก็ต้องยิ่งใช้พลังงานและน้ำมากขึ้น
หนักที่สุดคือ น้ำเสียจากการทำเหมืองที่เป็นกรด และเต็มไปด้วยโลหะหนัก ซึ่งถ้าไม่ได้รับการบำบัดที่ดี ก็จะสร้างมลพิษ ทำลายสิ่งแวดล้อม ปนเปื้อนในน้ำ และเป็นอันตรายต่อผู้คนที่อาศัยในบริเวณนั้น ทำให้เกิดความผิดปกติของผิวหนังและกระดูก
ตัวอย่างที่น่ากลัวคือ เมืองเปาโถว ในเขตมองโกเลียใน ประเทศจีน ซึ่งเป็นแหล่งผลิตแรร์เอิร์ธขนาดใหญ่ของโลก เมื่อดูจากภาพถ่ายทางอากาศจะเห็นบึงขนาดใหญ่ ที่เต็มไปด้วยน้ำเสียที่เป็นพิษจากกระบวนการผลิตแรร์เอิร์ธ
ปัญหามลพิษจากเหมืองแรร์เอิร์ธจำกัดอยู่ในแต่ละพื้นที่ ไม่เหมือนปัญหาโลกร้อน ที่ทุกคนทั่วโลก จะมากบ้างน้อยบ้าง ก็ต้องรับชะตากรรมด้วยกันหมด ทุกคนอยากใช้แรร์เอิร์ธ แต่ใครล่ะจะยอมทำลายสิ่งแวดล้อม พร้อมกับผลิตแรร์เอิร์ธราคาถูกให้คนทั่วโลกใช้
นอกจากปัญหาทางมลพิษแล้ว แรร์เอิร์ธยังอาจจุดชนวนปัญหาการแย่งชิงสิทธิในท้องทะเลด้วย (เพราะแย่งกันสกัดแร่จากพื้นทะเล)
ทางออกของปัญหาแรร์เอิร์ธ
ปัญหามลภาวะจากเหมืองแรร์เอิร์ธเป็นภัยต่อธรรมชาติ และผู้คน ประเทศต่างๆ ทั่วโลกจำเป็นต้องบังคับใช้มาตรฐานสิ่งแวดล้อมที่เข้มข้น (แต่…ใครจะไปบังคับจีนได้) แน่นอนว่ามาตรฐานที่สูงขึ้น จะทำให้ต้นทุนของแรร์เอิร์ธสูงขึ้น แต่ก็เป็นราคาที่ต้องจ่าย ไม่งั้นเดี๋ยวแก้ปัญหาโลกร้อนได้ เกิดปัญหามลพิษแทนอีก
หนึ่งวิธีที่ช่วยได้คือ การลดการพึ่งพาแรร์เอิร์ธ
ถึงแม้ในปัจจุบันเครื่องยนต์ในรถไฟฟ้าส่วนมาก และกังหันผลิตไฟฟ้าบางส่วน จะใช้แม่เหล็กนีโอดิเมียม แต่เราก็สามารถเลือกใช้เทคโนโลยีอื่น ที่ไม่ต้องพึ่งแม่เหล็กถาวรแทนได้เหมือนกัน
หลายคนอาจคิดว่า ถ้าแรร์เอิร์ธมีค่ามากขนาดนั้น เราน่าจะรีไซเคิลได้ ความเป็นจริงก็คือ สัดส่วนการรีไซเคิลนั้นน้อยกว่า 1% เสียอีก ที่เป็นอย่างนี้ก็เพราะว่า ถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะมีแรร์เอิร์ธอยู่ แต่ก็มีในสัดส่วนที่น้อยมาก นอกจากนั้นยังผสมรวมกับโลหะอื่น ทำให้รีไซเคิลยาก และมีค่าใช้จ่ายสูง จนไม่คุ้มค่า
ดังนั้นอุปกรณ์อะไรที่ยังใช้ได้ ซ่อมได้ อัพเกรดได้ ก็ไม่จำเป็นต้องรีบเปลี่ยน หรือถ้าอยากเปลี่ยนจริงๆ ก็ควรส่งต่อให้คนที่ไม่มีครับ
อ้างอิง:
[1] https://www.youtube.com/watch?v=0t8yDnyOaQ8
[2] https://www.sciencehistory.org/learn/science-matters/case-of-rare-earth-elements-history-future
[3] https://www.sciencehistory.org/learn/science-matters/case-of-rare-earth-elements-science
