Szacuje się, że na naszych terenach znajduje się wiele potencjalnych miejsc wydobycia paliw kopalnych oraz metali ziem rzadkich o których istnieniu obecnie możemy nie mieć pojęcia lub, w niektórych przypadkach, znamy jedynie potencjalny obszar ich występowania.1 Dzieje się tak dlatego, że poszukiwania tych źródeł często wiąże się z ogromnymi kosztami stosowanych metod, czasochłonnością oraz energochłonnością. Przykładowo w jednej z nich wykorzystuje się falę akustyczną generowaną poprzez serię podziemnych wybuchów dynamitu. Ulegając odbiciu powraca ona na powierzchnię, gdzie jest rejestrowana za pomocą sieci geofonów. Następnie zarejestrowane dane przesyłane są do superkomputerów i odpowiednio obrabiane. To jednak nie wystarczy do pełnego zobrazowania wnętrza ziemi, gdyż tak stworzone mapy dają jedynie obraz tego czego możemy spodziewać się na poszczególnych głębokościach. Przykładowo tylko ok. 35-40% odwiertów kończy się sukcesem, a każdy z nich kosztuje od kilkunastu do kilkudziesięciu milionów złotych.2 To pokazuje jak wielkim problemem jest skuteczne poszukiwanie złóż surowców naturalnych.
Chcąc doprowadzić do transformacji klimatycznej i energetycznej w skali globalnej potrzebujemy o wiele większej ilości źródeł energii odnawialnej, a pomóc mogą w tym wspomniane metale ziem rzadkich. Są one niezbędnym składnikiem wielu współczesnych technologii jak między innymi baterii samochodów elektrycznych, katalizatorów samochodów spalinowych, turbin wiatrowych czy ogniw fotowoltaicznych. Bez tych pierwiastków nie mielibyśmy dziś kolorowej telewizji, gdyż związki chemiczne zawierające europ, itr i terb posiadają właściwości luminescencyjne.3 Nawet w płytkach drukowanych spotykanych w każdym rodzaju sprzętu wykorzystującym elektronikę znajdują się w szczególności metale rzadkie takie jak tantal, gal czy neodym, ale również metale szlachetne jak na przykład złoto i srebro. Współczesne metody odzyskiwania tych pierwiastków napotykają wiele problemów, a podstawowe wynikają w głównej mierze ze złożonej struktury płytek i ich zróżnicowanego składu materiałowego, dlatego tylko 28% złomu elektronicznego podlega recyklingowi.4
Dodatkowo w obecnym czasie zauważalna jest koncentracja wydobycia i przetwarzania metali ziem rzadkich. Prym w monopolizowaniu rynku wydobywczego wiedzie Chińska Republika Ludowa, w której znajduje się 60% wszystkich źródeł surowców ziem rzadkich oraz która odpowiada za aż 80% światowego wydobycia.5 Konsekwencją takiej sytuacji może być szantażowanie lub odcięcie reszty świata od swoich źródeł.
Bardzo szybki rozwój technologiczny we wszystkich gałęziach przemysłu wzmocnił znaczenie pierwiastków ziem rzadkich, a wbrew pozorom nie są one tak rzadkie jak zakładano. Okazuje się, że największym problemem jest rozproszenie źródeł po całym świecie. Na dzień dzisiejszy tylko nieliczne miejsca pozwalają na opłacalne wydobycie,6 a złoża w regionach łatwo dostępnych i wysokiej jakości znajdują się na wyczerpaniu. W chwili obecnej „jedna tona recyklingowanych iPhonów zawiera tyle samo złota co 150 ton urobku z kopalni.”7
Inżynierowie z Neutrino Geology we współpracy z AGH, NCBJ w Świerku oraz Uniwersytetem im. Adama Mickiewicza w Poznaniu pracują nad przełomowym wynalazkiem od 2019 roku i aktualnie znajdują się w połowie projektu finansowanego z grantu NCBiR. Jest to kilkuletni program badawczy, który ma się zakończyć debiutem na parkiecie giełdowym Newconnect w roku 2024.
Działanie urządzenia polega na pomiarze strumienia neutrin emitowanych przez pierwiastki promieniotwórcze znajdujące się w skorupie ziemskiej. Ich koncentracja i gęstość są skorelowane z pierwiastkami i cząsteczkami, które wydobywa się komercyjnie. Tam, gdzie jest dużo ropy, gazu łupkowego, miedzi, złota, srebra, metali ziem rzadkich tam również jest wielokrotnie większa ilość pierwiastków promieniotwórczych, które emitują w procesie rozpadu promieniotwórczego różne cząstki, w tym także neutralne, nieposiadające ładunku ani momentu magnetycznego – neutrino. Nie oddziałują one elektrycznie i magnetycznie z otoczeniem, za to mają niezwykle dużą przenikliwość i nawet obiekty wielkości planety nie są w stanie ich zatrzymać. Przez jeden centymetr kwadratowy Ziemi zwrócony prostopadle do Słońca, co sekundę przelatuje około 60,5 miliarda neutrin.8 To pokazuje jak ciężko jest odróżnić jakiekolwiek odchylenia w pomiarze promieniowania źródeł surowców naturalnych od promieniowania tła.
Nad najważniejszym elementem wynalazku pracował dr Andrzej K. Drukier fizyk-teoretyk przez 30 lat pracujący między innymi w Danii, USA, Francji, Szwecji oraz Niemczech. Od blisko 40 lat należący do światowej czołówki ekspertów w detekcji neutrin, któremu przyznano 18 patentów. Posiada również 17 zgłoszeń patentowych z czego 5 dotyczy omawianego urządzenia.9 Owym fragmentem urządzenia dr Drukiera jest specjalna substancja biologiczna potrafiąca wykryć bardzo słaby sygnał oddziaływania neutrina z jądrem tlenu dzięki specjalnej metodzie, której teoria została opracowana ponad 40 lat temu, a dopiero około 10 lat temu została ostatecznie potwierdzona. Kolejnym krokiem jest odpowiednie wzmocnienie sygnału i wyłapywanie go przez urządzenie. Naukowcy planują wykonywanie pomiarów co kilka kilometrów, a wyniki przedstawiane będą w postaci trójwymiarowego rozkładu przestrzennego związków promieniotwórczych. Następnie w miejscach o zagęszczonym rozkładzie dokona się odwiertów do wprowadzenia dokładnej sondy pomiarowej działającej na takiej samej zasadzie co detektor, dzięki czemu zmniejszy się ostateczna ilość właściwych odwiertów poszukujących złóż.
Jednym z największych wyzwań projektu jest miniaturyzacja sprzętu, oraz przystosowanie go do pracy w temperaturze pokojowej, gdyż jak twierdzi dr inż. Waldemar Maj – obecnie na świecie znajdują się cztery detektory neutrin do celów naukowych, gdzie masa pojedynczej sztuki to około 1000 ton. Istnieją również bardziej poręczne modele, jednak te, muszą pracować w temperaturach bliskich zera absolutnego. – Badaczom z Neutrino Geology udało się stworzyć detektor o masie około 500 kg, który można bez problemu przewozić z miejsca na miejsce bez obaw o jego rozkalibrowanie. Posiada on również specjalny system eliminujący drobne zakłócenia pochodzące z innych niechcianych źródeł. Wpływ wynalazku na środowisko jest neutralny, ponieważ nie wydziela on żadnych substancji szkodliwych, ani tym bardziej nie emituje żadnych szkodliwych cząstek – jest pewnego rodzaju odbiornikiem.
W przyszłym roku badacze planują zabrać urządzenie do wykonania pierwszych badań na terenie Polski, który jest już dobrze przebadany konwencjonalnymi metodami w celu porównania obu metod. Kolejnym krokiem milowym ma być próba skanowania dna akwenów morskich, gdzie koszty wierceń podwodnych są od 5 do 20 razy wyższe od lądowych10. Jest to duże wyzwanie, jednak tam urządzenie mogłoby działać najskuteczniej z powodu eliminacji zakłóceń przez otaczającą wodę. Ponadto detektor posiada znaczną ilość cieczy, która w znacznym stopniu zmniejszy całkowity jego całkowity ciężar. Właściciele wniosków patentowych dotyczących detektora nie mają w planach ich sprzedaży. Skupią się w tym momencie tylko na świadczeniu usług początkowo na terenie Stanów Zjednoczonych i Kanady, a docelowo na całym świecie. W chwili obecnej są na etapie zbierania środków w kampanii crowdfundingowej w celu dalszego rozwinięcia swojego projektu poprzez opracowanie prototypu modułowego systemu detektorów.
[Fotografia 1] dr inż. Waldemar Maj oraz dr Andrzej K. Drukier
[1]. https://spidersweb.pl/bizblog/zloza-naturalne-tytan-suwalki-bogactwo/
[2]. https://wysokienapiecie.pl/11513-poszukiwania-ropy-gazu-w-polsce/
[4]. https://portalkomunalny.pl/plus/artykul/recykling-plytek-drukowanych/
[5]. https://emisja.neutrinogeology.pl/api/uploads/1657633357709-11709cd355455c56de77611244d196.pdf
[6]. https://energetyka24.com/chemia/ekologiczna-slepa-uliczka-ciemna-strona-mocy-z-oze-analiza
[7]. https://emisja.neutrinogeology.pl/api/uploads/1657633357709-11709cd355455c56de77611244d196.pdf
[8]. John N. Bahcall, Aldo M. Serenelli, Sarbani Basu, New Solar Opacities, Abundances, Helioseismology, and Neutrino Fluxes, „The Astrophysical Journal”, 621 (1), 2005, L85–L88, DOI: 10.1086/428929, arXiv:0412440 (ang.).
