稀缺天然资源供应正以惊人的速度减少。对此，《化学，为了可持续发展的全球社会》白皮书提出，材料化学可以在许多应用领域帮助节约、替代和回收利用稀缺天然资源。在当下的过渡时期，需要有协调一致的全球策略以优化稀缺天然资源的供给，直到替代性技术实现应用。
资源稀缺比原油短缺更紧迫
金属和非金属矿藏是现代生活不可或缺的元素，如磷既是化肥的主要成分，也是构成DNA和骨骼的生命必须元素；锂、铂、钯及稀土金属广泛用于电池、催化剂、计算机元件、太阳能电池、移动电话等。这些元素类资源在使用过程中，通常不会被破坏，可以进行回收和重复使用。
白皮书强调，全球的元素资源供应量日趋减少是不争的事实，是比原油供应减少更为紧迫的问题。例如，已知的磷酸盐矿很可能将在30～100年内面临枯竭。仅存的珍贵、不可或缺的资源也被少数国家所掌控，这对许多国家来说都是关乎安全的问题。稀缺自然资源的高价格和有限可用率将很快影响到许多工业部门。
白皮书指出，面对这种形势，材料化学可以给出减少、替代或循环利用稀缺自然资源的方案；通过开发新的途径，用更丰富的材料替代稀有元素在工艺过程的使用。这些解决方案必须是可持续的，绝不能引发对将来可能会供应短缺的资源依赖。在短期内，人们需要借助立法来调节稀缺自然资源的供给与使用；在中长期，则必须通过开发可持续技术来弥补这些措施的不足。
化学研究寻求替代元素
专家们认为，除了稳定的磷酸盐矿供应之外，还没有切实可行的办法保证磷供应。作为肥料流失的结果，磷往往会出现在土壤、河流和海洋中，从中提取磷很有潜力。人们期待材料化学家开发出利用主-客体或金属配位化学，从水和土壤中选择性结合与去除含磷物的新材料，同时开发从水中选择性富集磷酸盐的膜技术。
锂是电池中最常用的金属，在可预见的未来仍将是能源储存技术的主要分子，同时具有重要的医用价值。目前人们还不清楚已知的锂资源储量能持续供应多久。这一现实要求科学家用硫化钠、镁、氮掺杂石墨烯或其它材料替代电池中的锂，提高电池的效率和使用寿命，研究利用主族金属配位化学从海洋中提取锂的新技术。
当下，铂被用作低温燃料电池的关键组分，其金属浸出问题往往导致效率低下和金属散失。铂还被当作催化剂，大量用于各种重要的化学转化反应，其稀缺性导致催化工艺过程也不可持续。基于此，化学家们将为燃料电池开发出基于更丰产元素的替代物，并致力于合理设计有良好催化性能，诸如合金之类的纳米多金属体系。
目前，很多太阳能电池技术严重依赖于铟的使用，许多电子元器件的组件如平板电视等也是同样的情况。白皮书预计，材料化学家将在今后的5～10年中，为太阳能电池、有机发光二极管及更好的显示技术研发更便宜且能稳定供应的材料，设计和完善对光和热稳定，且具有透明、导电等优良性能的新材料，以满足多种需求。
稀土金属尚需拓展来源
稀土金属如钕等被用在包括通讯业在内许多工业领域所用的磁体中。这些领域需要各种供应稳定、适合应用的磁体。白皮书预计通过有针对性的研究，5年内就可实现对磁体中稀土金属的替代。但在过渡期内，需要从各种不同来源有效获取稀土金属的新技术。
材料化学能够发挥怎样的作用？白皮书指出，研究人员需要增进对稀土金属的磁性了解，改善磁体的性能，并减少其中的稀土成分含量；深化对稀土金属配位化学的理解，设计改进的收集方法。同时，政府需要制定获取和控制使用稀缺天然资源的战略。眼下，许多国家正在立法，以减轻稀缺资源供应减少所产生的影响。
来源：中国化工报 作者：行者
