Miért fontos a kobalt? Milyen problémákat vet fel a bányászata?

A kobalt éppen olyan fontos nyersanyag a modern gazdaságok számára, mint a lítium, csak sokkal kevesebb szó esik róla és így kevésbé van a köztudatban. Holott a kobalt bányászata esetenként még súlyosabb károkkal jár, mint a lítiumé.

A lítium bányászatéhoz például nem használnak rabszolgákat és gyerekmunkásokat, míg egyes társaságok úgy vélik, az „emberi erőforrás” szó szerint tárgyiasítható. Ideje tehát utánajárni és kideríteni, miért is annyira keresett alapanyag a kobalt!

Milyen anyag a kobalt?

A kobalt, amelynek jele Co és atomszáma 27, egy átmenetifém, amely kulcsfontosságú szerepet játszik különböző ipari alkalmazásokban, többek között az akkumulátorok, ötvözetek, katalizátorok és pigmentek gyártásában.

Ipari hasznosságán túl a kobalt létfontosságú az emberi egészség szempontjából is, mivel a B12-vitamin fő összetevője, amely nélkülözhetetlen a DNS-szintézishez, a vörösvérsejtek termeléséhez és az idegrendszeri működéshez.

Azonban érthető módon nem a táplálékkiegészítő gyártók igénylik tonnaszámra a kobalt kitermelését – ami a felhasználásával egyetemben jelentős környezeti, társadalmi és etikai dilemmákkal jár a kobalt szűkössége és a bányászati gyakorlatok környezetre gyakorolt negatív hatásai miatt.

Dióhéjban a kobalt vegyi tulajdonságairól

A periódusos rendszer 9. csoportjába tartozó átmenetifémek tagjaként a kobaltot tömörsége, magas olvadási (1495 °C) és forráspontja (2870 °C), valamint jelentős sűrűsége (8,9 g/cm³) jellemzi.

Ferromágneses jellege, kiváló elektromos és hővezető képessége, valamint korrózióval és oxidációval szembeni ellenállása teszi igazán sokoldalúan felhasználhatóvá ezt az anyagot. A kobalt azonban jórészt nem tiszta elemi formában, hanem különböző ásványok részeként fordul elő olyan fémekkel együtt, mint a réz, a nikkel és nem utolsó sorban az arzén.

A meteoritokban, a tengervizekben és a bioszférában való széles körű jelenléte ellenére a kobalt azonban a Föld ritkább ásványi elemei közé tartozik.

Történelmi háttér és a kobalt felfedezése

A kobalt (vagy Cobalt) szó a 17. századi német „kobold” jelentésű Kobalt szóból származik. A korabeli bányászok úgy hitték, hogy a kobalt földmélyi ártó lények miatt fordul elő az ezüsttel együtt, amire így rontó hatással bír – a kobaltot tartalmazó érc jelenléte ugyanis jelentősen megnehezítette az ezüst kitermelését.

A kobaltot hivatalosan először a 18. században izolálta egy svéd kémikus, bizonyos Georg Brandt, aki egyes üvegek és kerámiák élénk kék színét ennek az elemnek tulajdonította. A kobalt festékanyagként való felhasználás azonban nem újkeletű, mi több, évezredekre nyúlik vissza; az ősi civilizációk által hátrahagyott leletek közül sokan a kobaltnak köszönhetik mélykék színüket.

Hogyan alakult a kobalt felhasználása régen?

A kobalt hosszú története során kivételes színeivel hódított. Évszázadok óta a festők palettájának elengedhetetlen részét képezi, köszönhetően a kobalt-oxidtól a nitrátig terjedő vegyületeinek, melyek lenyűgöző kék, zöld, és ibolya árnyalatokat hoznak létre. A kobalt pigmentjei, mint a kobaltkék és a cerulean, mélységükkel és élénkségükkel kápráztatnak el.

Nem csak a művészetben, de a kerámiától kezdve a textíliákon át a kozmetikumokig sok területen felfedezhetőek ezek a színek. A kobalt gazdag színvilága a művészet, a spiritualitás és a kultúra fontos eleme lett, tükrözve a nemességet és a kifinomultságot.

A kobalt történelmi és kortárs felhasználása: Az ősi pigmentektől a modern technológiáig

Az emberiség hajnalán az egyiptomiak létrehozták az első szintetikus pigmentet, az élénk kék egyiptomi kéket, ami az égieket és az örök életet szimbolizálta. A szmalt, egy porított kobalt üvegből készült pigment, a 15-17. században terjedt el Európa-szerte, bár idővel kifakul.

A kobaltkék, vagy királykék, egy 1802-ben szintetizált kobalt- és ón-oxid alapú, intenzív kék pigment, amely az 1860-as években vált igazán népszerűvé az impresszionisták körében.

Elődje, a kobaltzöld, egy 1780-ban felfedezett pigment volt, amely Cézanne és társai által volt közkedvelt, a korlátozott színerőssége ellenére. Ezen kívül is léteznek kobalt árnyalatok, mint pl. a kobalt ibolya és a kobalt sárga – mindkettő ragyogó, de kihívásokkal teli pigmentek, ennek ellenére ezeket is sokan használták, az impresszionisták és a modern művészet mesterei.

Ez a hagyomány pedig tovább öröklődött az idők során, és a 19. és 20. században a „kobaltkék” festékanyag (valamint szín) megalkotásában csúcsosodott ki, amely olyan neves művészek kedvelt festéke volt, mint Vincent van Gogh és Pablo Picasso.

Példák a kobalt jelentőségére a történelemben a kínai kék-fehér porcelánok, a gótikus katedrálisok festett üvegei, és Van Gogh „Csillagos éjszaka” című festménye, melyek mindegyike a kobalt egyedi színhasználatát ünnepli. A kobalt így nem csak színt ad az anyagoknak, hanem történelmi és kulturális mélységet is kölcsönöz nekik.

Hogyan használjuk fel a kobaltot ma? Milyen iparágakban, milyen formában van jelen?

Az akkumulátorok katódsarkában a kobalt varázslatosan növeli az energiasűrűséget, azaz hogy mennyi „erő” fér bele egy adott térbe, miközben javítja a biztonságot és meghosszabbítja az eszközök élettartamát.

Lítium-kobalt-oxid (LCO)

A mobiltelefonok és laptopok világában előkelő helyet foglal el, magas energiasűrűségével és hosszú élettartamával. Viszont, mint egy drága koktél, magas ára van, és ha túlhevül, akár „robbanásveszélyes” is lehet.

Lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxid (NCA)

Az elektromos autókban kedvelt változat, még több energiát kínál, de hasonlóan, mint egy luxusautó, magasabb költséggel és bizonyos biztonsági kihívásokkal jár.

Lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (NMC)

Egy igazi mindenki barátja, amely egyensúlyt keres az energia, élettartam és biztonság között, miközben kisebb költségekkel és kobalttartalommal operál, mint az előző két típus.

Miközben a kobalt alapú megoldások a színpad középpontjában állnak, vannak „színfalak mögötti” alternatívák is, mint a lítiumvas-foszfát (LFP) és a lítium-mangán-oxid (LMO), amelyek kobalt nélkül lépnek színre.

Ezek különösen biztonságosak és költséghatékonyak, de egy kicsit visszafogottabbak az energia és élettartam terén. Az LFP-t például Kínában szeretik használni elektromos autókhoz, míg az LMO a ház körüli elektromos szerszámokban és hibrid autókban talál otthonra.

A kobalt felhasználása szuperötvözetekben és szerszámanyagokban

A kobalt egyre inkább kiemelt helyet foglal el a modern technológiai fejlődésben. A kobaltötvözetek elengedhetetlenek a precíziós szerszámgépek gyártásához, ahol a kiemelkedő mértékű keménység a hatékonyság kulcsa.

A szuperötvözetek, amelyek a szélsőséges körülmények között is képesek megőrizni a szerkezeti integritásukat, a kobaltnak köszönhetik a kivételes szilárdságukat, tartósságukat és így állandó teljesítménnyel képesek szembenézni a környezeti kihívásokkal. A négy leggyakrabban használt kobalt ötvözetek a

• Stellit ötvözetek,
• Haynes ötvözetek,
• MP35N ötvözet, és
• Co-Al-W ötvözetek

Ezeken túl még említésre érdemesek

• a gyógyászatban használt kobalt-króm (Co-Cr),
• a járműiparban kedvelt kobalt-nikkel (Co-Ni) és
• a bányászatban és metallurgiában hasznosított kobalt-wolfram (Co-W) ötvözetek.

Kobaltvegyületek a biogyógyászati kutatásban és kezelésben

A kobalt, mint biomedicinális „csodaelem”, a modern orvostudomány egyik legígéretesebb és leggyorsabban fejlődő területén, a gyógyszeradagolás, diagnosztikai képalkotás és terápiás beavatkozások színterén válik egyre fontosabbá.

A tudományos kutatások során kiderült, hogy a kobalt rendkívül sokoldalúan integrálható különféle biomedicinális alkalmazásokba, legyen szó nanorészecskékről, komplex anyagokról vagy vegyületekről, amelyek mindegyike egyedi előnyökkel bír a gyógyítás és a diagnosztika világában.

A kobalt nanorészecskék, amelyek apró méretükkel és jelentős felületi területükkel büszkélkedhetnek, rendkívül előnyös fizikai, kémiai és mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek, így változatos orvosi alkalmazásokban használhatók fel:

• antimikrobiális hatóanyagokként,
• rákellenes szerként,
• katalizátorként,
• kontrasztanyagként,
• diagnosztikai és terápiás eszközök részeként.

A fentieken túl a kobalt az egészség megőrzésében is szerepet játszik, mint nyomelem, pl. a B12-vitamin részeként.

A kobalt felhasználása a katalízisben és a mágnességben

A kobalt mindemellett fontos szerepet játszik, mint katalizátor és mágnes is, köszönhetően egyedi kémiai és fizikai jellemzőinek. Ipari alkalmazásban a kobaltalapú katalizátorok kulcsfontosságúak, például a szintetikus gáz folyékony szénhidrogénné alakításában, az ammóniagyártásban, a hidrogén előállításában és a kőolaj finomításában.

A kobalt mágneses tulajdonságai szintén széles körben használtak, beleértve az elektromos motorokat, hangszórókat, adattárolókat és orvosi képalkotó eszközöket. A kobaltmágneseket értékelik hosszú élettartamukért, megbízhatóságukért és kiváló teljesítményükért, különösen a szélsőséges hőmérsékletek és korrózió elleni ellenállásuk miatt.

Miért problémás a kobalt kitermelése?

Az eddigiekből egyértelműen kiderül, hogy a kobalt mind organikus területen, mind az iparban egyaránt fontos kémiai elem – ám igazán közismertté az elektromos járművek akkumulátorai tették.

A kobalt, amely nélkülözhetetlen eleme a zöld technológiáknak és az éghajlati válság kezelésének, komplex etikai, ökológiai, és társadalmi dilemmákat hordoz. Ezek a kihívások mélyen érintik nem csupán a helyi ökoszisztémákat, de a globális környezet egészét is.

A fokozódó kobalt iránti igény erdők pusztulásához vezet, egykor virágzó tájakat változtat át sivatagokká, ami drámai hatással van az élőhelyekre és a biodiverzitásra. Ezenkívül, ez a változás fokozza a szén-dioxid kibocsátását, súlyosbítva az éghajlati válságot.

A kobalt kitermelése súlyosan károsítja Önt…

A kobalt, mely a zöld technológia fejlődésének és az éghajlatváltozás elleni küzdelemnek kulcsfontosságú eleme, komoly társadalmi és etikai kérdéseket vet fel a kitermelés és feldolgozás folyamatában. Ezek a kérdések nem csupán lokális szinten jelentenek kihívást, hanem globálisan is éreztetik hatásukat, érintve közösségeket, munkavállalókat és ökoszisztémákat egyaránt.

A kobaltbányászat társadalmi következményei rendkívül széleskörűek, érintve a közösségek széthullását, az emberek kizsákmányolását és a társadalmi feszültségeket. Az emberi jogok megsértése és a gyermekmunka sajnos gyakori jelenségek ebben az ágazatban, ami sürgős etikai és morális válaszokat követel.

Nem maradhatnak szó nélkül a kobaltbányászat etikai kérdései. A legégetőbb probléma a munkaerő, különösen a sebezhető csoportok, így a gyermekek kizsákmányolása. Sok fiatal kerül olyan munkakörülmények közé, amelyek megfosztják őket gyermekkoruktól és egészségüktől. A munkásokat gyakran alacsony bérezés, hosszú munkaidő és embertelen bánásmód jellemzi, ami lényegében az ő létük kihasználását jelenti.

A kényszermunka az idősebb nemzedékeket is érinti, ahol az egyének nem csupán fizikai, hanem gazdasági és pszichológiai láncokkal is meg vannak kötözve. A munkások folyamatos félelemben élnek, elveszítik önállóságukat, jövőjüket pedig az adósság és a szegénység körforgása teszi tönkre.

… és a környezetét

A bányászati tevékenységek toxikus melléktermékei, mint a savak, nehézfémek és radioaktív anyagok, veszélyeztetik a víz minőségét és elérhetőségét. A szennyezés nemcsak az édesvízi ökoszisztémákat fenyegeti, hanem az emberi egészségre is káros hatással van. A talajszennyezés továbbá befolyásolja a talaj termékenységét, zavarva az élelmiszertermelést és a bioakkumuláció révén az élelmiszerlánc egészét.

A por, füst és veszélyes gázok kibocsátása komoly terhet ró a légkörre, rombolva a levegő minőségét és elősegítve az éghajlatváltozást, savas esők kialakulását, valamint komoly egészségügyi kockázatokat jelentve a közösségek számára.

Az elektromos autókért hegyeket mozgatnak meg – szó szerint

Egy átlagos elektromos jármű akkumulátora körülbelül 8 kg lítiumot, 14 kg kobaltot és 20 kg mangánt foglal magába, de az akkumulátor nagyságától függően ezek a mennyiségek gyakran jóval magasabbak is lehetnek. Például egy Tesla Model S akkumulátora nagyjából 62,6 kg lítiumot tartalmaz.

A Benchmark jelentése szerint a lítium globális rendelkezésre állása jelenleg 678 ezer tonna, de 2035-re 4 millió tonnáig kell nőnie, hogy kielégítse a várható igényeket. Az elektromos járművek akkumulátorainak előállításához szükséges további kulcsfontosságú nyersanyagok rendelkezésre állásának is jelentősen emelkednie kell.

Ez magában foglalja

• a kobaltot, aminek készlete jelenleg 177 ezer tonna, de 489 ezer tonnára kell bővülnie;
• a nikkelét, ami jelenleg 3,16 millió tonna, de 6,2 millió tonnára kell emelkednie;
• a természetes grafitét, ami jelenleg 1,1 millió tonna, de 7,2 millió tonnára kell növekednie, és
• a szintetikus grafitét, ami jelenleg 2,1 millió tonna, de 5,2 millió tonnára kell emelkednie.

A vizsgálat szerint szükség lenne legalább 359 új bányára és kapcsolódó létesítményre ahhoz, hogy kielégíthető legyen ezeknek az anyagoknak a kereslete 2035-ig, bár ez a szám akár 384-re is nőhet.

Ez tartalmazna 74 lítiumbányát, 62 kobaltbányát, 72 nikkelbányát, 97 természetes grafitbányát és 54 szintetikus grafitgyárat. Ha a gyártók jobban ki tudják használni a visszanyert anyagokat, ez a szám valamelyest csökkenhet – de csak 336-ra.

Úgy tűnik, hogy az autógyártók tudatában vannak ennek a kihívásnak. A Ford például bejelentette, hogy 2023 végére meg lesznek azok az anyagok, amelyek szükségesek ahhoz, hogy évente 600 000 elektromos jármű gyártását kezdhessék 2023-tól, és 2026-ig az évi 2 millió elektromos autó gyártásához szükséges anyagok 70%-át biztosították. Függetlenül attól, hogy a gyártók hogyan készülnek fel a növekvő keresletre, új bányákra lesz szükség, méghozzá sürgősen.

A valóban zöld jövőnek nem lehet emberi rabszolgaság és a környezet pusztítása az alapja

A gyermek- és kényszermunka, valamint az embertelen munkakörülmények sajnálatos valóságot tükröznek, ahol sokan alacsony vagy semmilyen jövedelemért dolgoznak, ki vannak téve a kizsákmányolásnak és a bántalmazásnak.

A felelősségteljes beszerzési gyakorlatok, a nyomon követhetőség és az elszámoltathatóság elveinek mellőzése további etikai aggodalmakat vet fel, amelyek sürgős figyelmet és cselekvést igényelnek.

A kobaltbányászat hátterében húzódó modern rabszolgaság az embereket csupán profitforrásként kezeli, ahol a szenvedésüket a technológiai előrehaladás és az energiahatékonyság fénye elfedi.

Az erőszak és a konfliktus szintén jellemző a kobalt ellátási láncra, ahol fegyveres csoportok a jövedelmező erőforrások feletti ellenőrzésért harcolnak, aláásva a jogrendet és táplálva a regionális instabilitást.

A kobaltbányászatot övező korrupció és a nem megfelelő kormányzás csak súlyosbítja az érintettek helyzetét, hiányzik az átláthatóság és a tisztességes irányítás, ami lehetővé teszi a vagyonok elsikkasztását.

A bányászat által okozott durva egyenlőtlenségek és a környezeti igazságtalanságok a szélesebb kizsákmányolás és elhanyagolás mintáját tükrözik, ahol a haszon kevesekhez, a költségek pedig a legkiszolgáltatottabbakhoz kerülnek.

Milyen alternatív megoldások vannak a kobalt kitermelésére? Mennyire működnek?

A kobalt kitermelésének és feldolgozásának környezeti, társadalmi és etikai kihívásaira a regenerálás és újrafelhasználás felé való elmozdulás kínálkozik megoldásként.

Ezen stratégiák segítségével a kobaltot az élettartamuk végéhez érkezett termékekből – mint az akkumulátorok, elektromos eszközök és katalizátorok – nyerik ki és viszik újrahasznosításra.

Ez a folyamat nem csak a természetes kobalt iránti szükségletet hivatott csökkenteni, hanem a bányászat okozta károk mérséklésére is irányul, miközben elősegíti az erőforrások hatékonyabb felhasználását és a gazdasági megtakarításokat.

A kobalt újrahasznosítási módszerei a kiinduló anyagok típusától és állapotától függően különböznek:

1. Pirometallurgia, amely magas hőmérsékleten történő eljárások, mint az olvasztás vagy finomítás, amelyek széles körben alkalmazottak a kobalt és más fémek kinyerésében. Bár hatékony, jelentős energetikai igénye és környezeti hatása van.
2. Hidrometallurgia alacsonyabb hőmérsékleteken végzett kémiai folyamatok, amelyek vizes oldatokban oldják, csapják ki vagy finomítják a kobaltot. Szelektivitása és hatékonysága mellett jelentős mennyiségű folyékony hulladék keletkezésével jár.
3. Szolvometallurgia egy modern, környezetbarát megközelítés, amely szerves vagy mélyen eutektikus oldószerek használatával nyer ki kobaltot. Energiatakarékos és kevésbé terhelő, de további fejlesztésre szorul.
4. Mechanikai újrahasznosításhoz soroljuk azokat a fizikai folyamatokat, mint a szétbontás és porlasztás, amelyek a kobaltban gazdag részek elkülönítését célozzák. Költséghatékonysága ellenére a hatékonyság és minőség terén korlátokba ütközik.
5. „Második élet” egy újrafelhasználási stratégia, amely a kobaltot tartalmazó eszközök használhatóságának meghosszabbítására törekszik, ám számos technikai és szabályozási kihívással szembesül.
6. „Városi bányászat”, avagy a városi területekről származó kobaltot tartalmazó hulladék feldolgozásával foglalkozó széles körű megközelítés, amely a körforgásos gazdaságot és innovációt szorgalmazza, bár komplex társadalmi és infrastrukturális előfeltételeket igényel.

Kobalt helyettesítése és csökkentése

A kobaltbányászat alternatív megközelítései között fontos szerepet kap a kobalt helyettesítése és csökkentése, amelynek során a kobaltot más anyagokkal, mint például különböző fémekkel, kerámiákkal vagy polimerekkel váltják ki, vagy minimalizálják annak mennyiségét azokban az alkalmazásokban, ahol hasonló vagy még jobb funkcionalitást kínálnak alacsonyabb költségek és kevesebb környezeti terhelés mellett.

Ezen alternatívák nem csupán költség- és környezettudatos választásokat kínálnak, hanem lehetőséget teremtenek a kobalttól való függőség csökkentésére, miközben növelik az anyagok és technológiák sokszínűségét, találékonyságát és teljesítményét.

Lássunk ezekre néhány példát!

Nikkelalapú szuperötvözetek

Ezek a fejlett ötvözetek, amelyek főként nikkelből állnak, kiegészítve olyan elemekkel, mint króm, alumínium és titán, kiemelkednek magas szilárdságukkal, korrózióállóságukkal és hőtűrő képességükkel.

A repülőgépiparban, vegyiparban és energiatermelésben alkalmazva, a kobaltalapú ötvözetek költséghatékony és kevésbé ritka alternatíváját jelentik.

Lítiumvas-foszfát akkumulátorok

Azok az akkumulátorok, amelyek lítiumvas-foszfátot használnak a katódként és grafitot vagy szént az anódként, ideálisak magas teljesítménysűrűségű, hosszú élettartamú és megbízható alkalmazásokhoz, beleértve az elektromos járműveket és hálózati tároló rendszereket.

Az innovatív lítiumvas-foszfát akkumulátorok a kobaltalapú akkumulátorok egyik környezetbarát és költséghatékony alternatíváját kínálják, amelyek bár magasabb energiasűrűséget nyújtanak, de magasabb költségekkel és bonyolultsággal járnak.

Mangánalapú katalizátorok

Ezek az innovatív katalizátorok mangánt használnak aktív elemként, kiegészülve más fémekkel, mint a vas, a réz vagy a cérium. Ezek a katalizátorok elősegítik számos kémiai reakciót, aktív helyeket és elektronátviteli kapacitásokat, valamint oxigéntárolási lehetőségeket biztosítva.

A kobaltalapú katalizátorok környezetbarátabb alternatíváiként funkcionálnak, hasonló funkcionalitást kínálva, de alacsonyabb toxicitással és magasabb stabilitással.

Vasalapú pigmentek

A színezékek, amelyekben a vas a fő pigmentáló elem, és amelyek további elemekkel, mint a króm, a titán vagy a cink is kombinálódhatnak, széleskörű alkalmazásokban jelennek meg, a festékektől és műanyagoktól a kerámiákig és a kozmetikumokig.

Alternatívát nyújtanak a kobaltalapú pigmentek esetében, melyek bár intenzív színt adnak, magasabb költségekkel és egészségügyi kockázatokkal járnak.

Rézalapú kontrasztanyagok

A kontrasztfokozó szerek, melyek rezet tartalmaznak aktív összetevőként, a képalkotó technológiák, mint a mágneses rezonancia képalkotás (MRI), a komputertomográfia és a fotoakusztikus képalkotás kontrasztjának és felbontásának javítását célozzák.

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, tartalom specialista. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.