Berkumpul bersama di pusat tabel periodik, sekelompok 17 unsur "rare-earth" elements (REE) atau tanah jarang telah menjadi sangat penting bagi kehidupan modern. Sebagian besar evolusi teknologi dalam lima dekade terakhir dimungkinkan oleh sifat magnetis, termal, konduktif, dan fluoresen yang luar biasa. Pada tahun 1965, garam yttrium yang didoping europium digunakan sebagai fosfor merah yang membantu mengantarkan era televisi berwarna. Sejak saat itu, para peneliti telah menemukan aplikasi REE yang semakin berharga – baik itu magnet neodymium-iron-boron (NdFeB) yang ditemukan dalam segala hal mulai dari power windows hingga hard drive komputer, agen kontras berbasis gadolinium yang digunakan untuk menyempurnakan pemindaian MRI dan mendiagnosis tumor kanker, atau amplifier serat erbium-doped yang meningkatkan sinyal dalam kabel serat optik jarak jauh dan memungkinkan internet.
Transisi energi bersih akan mempercepat permintaan REE
Permintaan REE yang terus meningkat semakin didorong oleh transisi intensif mineral ke energi bersih. International Energy Agency (IEA) melaporkan bahwa “mobil listrik pada umumnya membutuhkan input mineral enam kali lipat dari mobil konvensional, dan pembangkit angin di darat membutuhkan sumber daya mineral sembilan kali lebih banyak daripada pembangkit berbahan bakar gas dengan kapasitas yang sama”. Menggunakan neodymium dan dysprosium sangat penting untuk membuat magnet permanen paling kuat di bumi, yang digunakan dalam turbin angin dan kendaraan listrik. Meskipun magnet hanya mencakup sepertiga dari permintaan tanah jarang, magnet mendorong lebih dari 90% nilainya. REE juga digunakan dalam aplikasi energi bersih penting lainnya seperti sel bahan bakar, elektroliser, lampu neon, dan katalis otomatis.
Sebuah studi MIT oleh Alonso et al. Memperkirakan bahwa permintaan global untuk REE pada tahun 2035 akan tumbuh menjadi hampir 450.000 ton per tahun, dibandingkan dengan 240,000 pada tahun 2020. Namun, studi tahun 2012 ini didasarkan pada skenario Peta Biru IEA, di mana emisi karbon hanya berkurang 50% pada tahun 2050. Dengan negara dan perusahaan mengumumkan target nol bersih yang jauh lebih ambisius, pertumbuhan permintaan akan jauh lebih tinggi. Permintaan global telah meningkat dua kali lipat dalam lima tahun dari 2015 hingga 2019 dan diperkirakan akan meningkat tiga kali lipat pada tahun 2035. Secara khusus, pasar REE magnet, neodymium dan disprosium – diperkirakan akan tumbuh jauh lebih cepat daripada yang lain.
Produksi REE sangat padat sumber daya dan didominasi oleh Tiongkok
Namun, sisi penawaran dari persamaan tersebut akan sulit untuk diseimbangkan. Meskipun logam-logam ini terdapat melimpah di kerak bumi, mereka disebut “langka” karena sulitnya mengekstraksi dan memisahkannya. Menambang dan memurnikan REE hampir satu kali lipat lebih intensif energi dan intensif air daripada tembaga dan nikel. Satu ton produksi REE menghasilkan 2,000 ton tailing tambang, sekitar 10x lipat dari yang dihasilkan dari tembaga dan nikel. Tailing ini disimpan dalam penampungan besar yang disebut kolam tailing dan mengandung 1 sampai 1,4 ton limbah radioaktif per ton REE, yang dapat mencemari daerah sekitarnya dan mencemari sumber makanan. Desa-desa di sekitar tambang Bayan Obo di China, yang menjadi tambang REE terbesar di dunia, telah melaporkan peningkatan tingkat kanker dan penyakit pernapasan.
Meningkatnya tekanan sosial-lingkungan menyebabkan penurunan tajam produksi REE Amerika Serikat sejak 1980-an. Di sisi lain, China menerapkan kebijakan industri yang konsisten yang berfokus pada peningkatan produksi REE domestiknya dan muncul sebagai pemain dominan di pasar. Pada tahun 2019, China memasok 60% dan memproses 87% dari produksi REE global.
Situasi geopolitik telah mendorong AS, Eropa, Jepang, dan negara-negara lain untuk mengekang ketergantungan pada China. Namun, risiko lingkungan, biaya regulasi, dan deposit dengan kepadatan rendah mencegah sebagian besar negara bersaing secara langsung. Selain itu , waktu tunggu selama lebih dari satu dekade yang diperlukan untuk mengembangkan tambang baru menunjukkan bahwa dominasi China tidak mungkin berubah dalam waktu dekat. Konsentrasi geografis dan tantangan dalam meningkatkan produksi menunjukkan risiko rantai pasokan yang signifikan dan potensi kekurangan yang besar, terutama untuk neodymium dan disprosium, pada tahun 2035.
Pendekatan biologis dapat memitigasi risiko lingkungan dan geopolitik
Saat dunia bertransisi ke energi yang lebih bersih, negara-negara perlu mengatasi dua masalah yaitu untuk mengamankan pasokan tanah jarang dan memastikan bahwa mereka diproduksi secara berkelanjutan. Mendaur ulang REE dari limbah elektronik dapat membantu mengatasi keduanya.
Program Lingkungan PBB memperkirakan bahwa hampir 50 juta ton limbah elektronik dihasilkan setiap tahun, yang mengandung hampir $62,5 miliar REE dan logam berharga. Namun, hanya 1% REE yang didaur ulang dari limbah. Teknik daur ulang yang ada, seperti pencucian dan ekstraksi pelarut, tidak ekonomis atau menghasilkan produk sampingan yang berbahaya. Kesenjangan ini dapat diisi dengan pendekatan baru seperti bioleaching yang dapat mencapai daur ulang yang ramah lingkungan dan hemat biaya.
Bioleaching memanfaatkan mikroorganisme seperti bakteri dan jamur untuk menghasilkan molekul yang dapat mengikat REE dan mengeluarkannya dari limbah. Eksperimen pada tahun 2016 menggunakan Gluconobacter oxydans melaporkan 49% pemulihan REE dari katalis perengkahan cairan bekas, sementara eksperimen lain menggunakan Acidithiocaillus thiooxidans melaporkan hasil ekstraksi 80-99% dari limbah elektronik yang sudah diparut. Namun, menskalakan eksperimen ini dari skala kecil ke fasilitas komersial masih belum memungkinkan karena waktu proses yang lambat dan biaya keseluruhan yang tinggi.
Selain mendaur ulang limbah perkotaan, pendekatan menjanjikan lainnya yang disebut phytomining dapat menghilangkan efek toksik dari penambangan REE upstream dan memungkinkannya diproduksi di wilayah geografis yang peraturannya melarang metode saat ini. Phytomining menggunakan tanaman “hiperakumulator”, seperti hickory dan pakis, yang menghilangkan logam dari tanah dan air limbah yang kaya akan REE. Logam terakumulasi di akar, batang, dan daun tanaman yang dipirolisis, dibakar, atau dikomposkan untuk memulihkan bijih bio pekat. Dalam prosesnya, tanaman juga memulihkan lokasi yang terkontaminasi dan memulihkan kesehatan lingkungan. Indonesia telah menggunakan teknik ini untuk mengekstraksi residu nikel dari lahan terbuka dan memastikan pengendalian erosi yang efektif.
Menggunakan teknik-teknik baru untuk ekstraksi REE ini dapat secara signifikan mengurangi kerusakan lingkungan dan memungkinkan transisi yang lebih lancar ke energi yang lebih bersih.
