將有替代品的金屬聚集一起

知識 07-30

將有替代品的金屬聚集一起

半個世紀以前，在消費品和工業品中得到廣泛使用的材料還很少，其中最常見的有木頭、鐵和磚。現今，單獨一個計算機晶元就包含了超過60種元素，包括從鎢到鐿。同時代的技術對各種各樣的資源，特別是金屬資源的依賴，引起了耶魯大學（Yale University）環境科學家Thomas Graedel的興趣。隨著對這些元素日益增長的需求，一旦資源短缺時，有可用的替代品嗎？

在大部分情況下，答案是沒有。實際上，Graedel和他的同事們在一個包括元素性質、生命周期和應用的比較分析中發現，在元素周期表中被分析的62種金屬或者類金屬中，沒有任何一種元素存在很好的替代品，能夠替代前者在所有應用領域中的作用。僅考慮主要用途，也有12種金屬沒有或者僅有不太合適的替代品。在這種情況下的替代通常會導致性能變差。

換掉上述金屬一定會導致性能下降。不過，格雷德爾說這種稀缺性可能也並不全是壞事。這會激勵工程師來設計全新的、會帶來巨大變革的材料。

鋰（LITHIUM, Li）

儘管有很高的需求量，鋰在其主要用途上有合適的替身。例如，鋰基電池可以用鎳-金屬氫化物或者鋅基替代物所替代，而僅有少許性能的損失。

銅（COPPER, Cu）

鋁可以用於替代銅，但作為導電體的替代物時表現很差，而作為導電體是銅最廣泛的用途——如工業用線或者電子元件（如晶體管）。

錸（RHENIUM, Re）

作為銅和鉬生產的副產物，錸是最珍稀和最昂貴的金屬之一。約20年前的一次錸資源短缺促使通用電氣（General Electric）的工程師們研製出新的合金以替代錸在噴氣發動機渦輪葉片中的作用。

鉛（LEAD, Pb）

鉛的消耗越來越多，主要是用於備用電池和地下管線的保護套。對於這個用途，沒有替代材料，但新技術如長期探索的燃料電池可能可以替代鉛基電池。