【2025年12月01日訊】（英文大紀元記者Eva Fu撰文／張紫珺編譯）只需要脈衝閃爍一下，一個產業難題就將迎刃而解。
德克薩斯州休斯頓萊斯大學（Rice University）的化學家兼納米技術專家詹姆斯·圖爾（James Tour）認為，美國可以通過這種方式，破除中國在稀土（rare earth）領域的壟斷地位。
這項提取技術所需要的材料，只是廢棄的電子產品。而美國擁有大量這樣的廢棄電子產品，簡直堆積如山。圖爾的研究團隊開創了一種方法，能夠利用這些廢料快速提取稀土金屬。
「我們可以先提取出一種金屬，然後再提取出另一種金屬。」他向《大紀元時報》介紹道。「真的就是這麼簡單。」
圖爾教授提出的解決方案是焦耳熱閃蒸技術（flash Joule heating）：將材料迅速加熱到幾千度的高溫，從而令金屬汽化。汽化後的金屬與氯氣（chlorine gas）混合，轉化為不同溫度下析出的氯化物（chlorides）。
圖爾解釋說，就像白熾燈泡一樣，這項技術也是通過向原材料通入電流來工作。但是，白熾燈泡是通過持續通電而產生持續的亮光，而在處理金屬的過程中，能量則是以短脈衝（short burst）的形式傳遞，達到在幾毫秒內迅速升溫的效果。
「金屬可以無限循環利用，所以我們可以回收金屬，不斷地循環使用。」他說道。圖爾表示，傳統的金屬提煉方法相當「繁瑣」，而他提出的方案則力求簡單。
「只需要脈衝閃爍一下，就搞定了。」
在現今的情勢之下，速度比以往任何時候都顯得更為重要。美國正在爭分奪秒，努力將稀土生產遷回國內，其中部分原因是受到中共的刺激。今年10月，中共政權威脅將大幅限制稀土出口供應。
華盛頓方面獲得了一年的貿易停戰協議，現在他們只有很短的時間來彌補稀土供應的不足。建設和運營一座礦山，可能需要花上15年時間。
圖爾表示，他的技術將幫助美國走上更快的稀土供應之路。「它將為我們提供一條通往獨立的路線圖。」他說道。
他說，他的發明是模塊化的。「要讓這套系統運作起來，只需要投入幾千萬美元。就這種類型的製造業而言，所需的資金並不算多。」
美國失去主導地位讓位於中國
稀土元素作為17種關鍵礦物中的一個子類，是電動汽車、風力渦輪機、智能手機和導彈等設備的重要組成部分。
目前，中國處於這條至關重要的全球生產鏈的中心位置。據總部位於法國巴黎的國際能源署（International Energy Agency，簡稱IEA）的數據顯示，全球90%以上的稀土磁體產自中國。此外，中國還是某些元素（例如釤/ samarium）的唯一供應國。釤具有耐高溫性能，被廣泛應用於戰鬥機和核反應堆。
這種主導地位來源於中共長達數十年的戰略投資、巨額國家補貼以及咄咄逼人的市場操縱手段，這些措施扼殺了外國競爭對手。
當然，美國所做出的決定也起到了一定作用。
直到1991年之前，美國一直是全球領先的稀土生產國，加利福尼亞州的帕斯山礦（Mountain Pass）供應著世界上大部分的稀土。隨後，由於環境問題，該礦被迫停產多年。正是這個時候，中國開始在稀土開採領域占據一席之地。
儘管五角大樓表示反對，美國政府還是向1995年的一宗交易開了綠燈，將當時稀土磁體行業的領軍企業、通用汽車（General Motors）旗下的稀土磁鐵業務公司麥格昆磁（Magnequench）出售給一家中國代理集團，實際上將關鍵的國防技術和製造業拱手讓給了中國。
2004年，麥格昆磁公司關閉了位於印第安納州的工廠，並將業務轉移到中國。次年，北京開始對稀土出口進行徵稅。
時光荏苒，20年後的今天，美國對中國的礦產資源的依賴卻越陷越深。
「當時我們並沒有意識到，我們所出售的東西對於我們國家來說竟然如此重要。」圖爾說道。
變廢為寶
早在1976年，美國就已經出台法律，規範電子垃圾的回收處理。
在隨後的幾年裡，電子垃圾的激增催生了一個全新的回收產業，然而這個產業至今仍難以跟上電子垃圾增長的需求。據聯合國（UN）統計，電子垃圾現在是增長速度最快的垃圾類型，其增長速度是回收速度的五倍。
聯合國題為「全球電子廢棄物監測報告」（The Global E-waste Monitor，11/2024）的報告最新數據顯示，2022年美國產生了720萬噸電子垃圾，約占全球總量的八分之一。這個數字相當於每個美國人一年平均產生約46磅電子垃圾。
「我們有許多可供開採的尾礦山，而且我們還有已經堆積如山，還在源源不斷增加的印刷電路板。」圖爾說道。
圖爾表示，他們開發的技術可以清理這些如噩夢般不斷惡化的垃圾場，並將它們轉化為「寶藏」。
「這麼做，人人都是贏家。」
現在，澳大利亞工業技術公司Metallium德克薩斯州子公司Flash Metals USA的技術開發經理盧卡斯·埃迪（Lucas Eddy）正在親眼見證這個理念付諸實踐。
「廢棄物之所以成為廢棄物，真正的原因不是因為它不好，而是因為它不能被利用。」他向《大紀元時報》解釋道。
埃迪說，這就是焦耳熱閃蒸技術大顯身手的地方，他們在德克薩斯州的工廠已獲得該金屬回收方法的許可。
「這就是焦耳熱閃蒸技術的未來。」
舊技術 新構想
通過導體通電產生熱量的焦耳熱技術（Joule heating）早在19世紀40年代就已經出現。如今，這種技術已經應用於烤麵包機、電暖器、烤箱和吹風機等電器中，成為每個家庭不可或缺的一部分。
此前，沒有人想到過用這種技術來處理電子垃圾。
圖爾團隊的靈感來源於一篇題為「萊斯大學實驗室瞬間將廢物轉化為寶貴的石墨烯」（Rice lab turns trash into valuable graphene in a flash，01/27/2020）的科學論文，該論文描述了使用焦耳熱閃蒸技術製造金屬納米粒子的方法。
受此啟發，團隊的研究人員將這種技術應用於碳材料，發現這是一種快速、低成本製備高質量石墨烯的方法。接下來，他們開始探索焦耳熱閃蒸技術在提取美國急需的稀土金屬方面的潛力。
艾迪是2025年萊斯大學圖爾實驗室的畢業生。他於2021年初加入項目團隊，當時這種技術應用上的轉變才剛剛開始。
「這些化學反應真的就在眼前發生。」他說道。「你會看到迸發出彩虹一樣的各種色彩。」
在化學反應中，顏色的每一次變化都代表一種金屬元素被析出。艾迪指出，稀土元素通常沸點最高，因此往往在最後析出，通常呈白色粉末狀。
圖爾表示，該項目引起了美國國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，簡稱DARPA）的興趣，DARPA要求他們使這項技術具有更多的工業應用的價值。團隊獲得了一份聯邦合同，致力於將沸點降低。他們試驗了各種形式的氟化物和氯，最終確定使用氯氣。
埃迪說，這一步是「革命性的」。
迄今為止，電子產品回收的主要方式是將電子元件浸泡在強酸中，這種方法會產生大量有毒化學物質。另一種方法是在熔爐中加熱材料，但這是一種高能耗過程，需要大量的初始投資和額外的提純工序。
而將金屬轉化為氯化物，則可以繞過這個中間步驟。
根據圖爾參與撰寫、發表於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）的題為「從廢物中可持續分離稀土元素」（Sustainable separation of rare earth elements from wastes，09/29/2025）的論文，極快的加熱速率和冷卻速率還可以降低能源消耗，最多可降低87%。
「這種方法更清潔，也更快速。」圖爾說道。
「每個科學家的夢想」
除了可以應用在稀土金屬領域外，這項技術還有廣泛的環境應用前景。
研究人員利用這種方法從赤泥（red mud，生產鋁的副產品）中去除有毒金屬，從而得到含鋁量豐富的材料，這種材料可以用於製造瓷磚，也可以重新投入到常規的鋁生產循環中。
圖爾表示，珠寶製造商已經和他們接洽，希望提取電子產品中的黃金，而其他人則在成功提取鋰（lithium）之後，尋求從手機中提取純淨玻璃。
他說，就連印刷電路板上的塑料部件也很有用。在高溫下，塑料會分解成一氧化碳（carbon monoxide）和氫氣（hydrogen），而氫氣是化學製造的燃料和基石。
圖爾表示，這個過程幾乎沒有浪費。
「對於我們國家來說，這是一場重大勝利。對於環境來說，這是一場重大勝利。希望對於投資者來說，這也是一場重大勝利。」
目前，項目團隊仍在優化溫度控制系統以提高金屬的純度。但就他們目前的成果而言，已經存在龐大的市場。
今年9月，五角大樓授予Metallium公司一份第一階段合同，從廢物流中提煉關鍵礦物鎵（gallium）。
該公司位於休斯頓郊外的商業規模工廠正在按計劃推進，預計將於2026年初投產。圖爾表示，他們的目標是到明年1月，工廠日處理1噸印刷電路板，到明年9月，日處理量增加至20噸。目前，該公司還在馬薩諸塞州和弗吉尼亞州籌建另外兩處工廠。
圖爾透露，當他向一群北約的將軍提出這個構想時，其中一位將軍站起來說：「這將會阻止戰爭的發生。」
「大多數戰爭都是為了爭奪資源，比如水資源、石油資源和礦產資源等。」圖爾說道。「人們為了資源而戰，為了資源而互相殘殺。」
從亞洲到澳大利亞再到沙特阿拉伯，美國總統唐納德·川普（特朗普）一直在全球範圍內建立可靠的聯盟，以對抗中共對關鍵礦產資源的控制。
圖爾表示，他很高興看到自己的創新成果正在發展成為潛在的國家安全籌碼。
「能夠解決國家面臨的關鍵問題——這簡直是每個科學家的夢想。」
英文《大紀元時報》專欄記者楊傑凱（Jan Jekielek）對本報導有貢獻。
原文：This Chemist May Have Cracked America’s Rare Earth Problem刊登於英文《大紀元時報》。
