يتناول الكاتب والمحرر بيتر كوي في هذا المقال الذي نشرته مجلة «بلومبرج بيزنس ويك» الأمريكية، الجدول الدوري للعناصر الكيميائية ويتخذ منه مدخلًا لتسليط الضوء على التاريخ الحديث للاستخدامات المتعددة لهذه العناصر في شتى نواحي الحياة، واندفاع الدول الصناعية لاستغلالها دون انشغال بحسابات ندرتها أو إمكانية نفادها، ومن ثم يدعو إلى ترشيد الاستهلاك وإيجاد البدائل.

يبدأ الكاتب بالإشارة إلى ما قاله المخترع والمصمم المعماري الأمريكي، بوكمينستر فولر، حين وصف التقدم التكنولوجي بالقدرة على «تحقيق المزيد باستخدام الأقل» (ما يعزف بـephemeralization)، والدليل على ما قاله موجود حولنا، فأشعة الشمس ونسائم الهواء تحل محل الفحم والنفط بوصفها مصادر للطاقة، والعلامات التجارية وتسويقها غدا أهم من المباني والمقرات بالنسبة إلى الشركات، وأزاحت النقود الورقية الذهب والفضة وأخذت مكانهما.

ولذلك قد يبدو من المنطقي القول إن الجدول الدوري للعناصر – ذلك التصنيف المختل للعناصر المادية مثل النحاس، والحديد، والزئبق، والكبريت – أصبح غير صالح للاستخدام، وليس فيه ما يزيد أهميةً عن الآلة الكاتبة اليدوية القديمة.

غير أن الحقيقة وفقًا للمقال أن عكس ذلك هو الصحيح؛ فلا تزال العناصر الكيميائية تحمل أهمية، وفي الذكرى المائة والخمسين لصياغة ديمتري مندليف الجدول الدوري للعناصر، ينطق الواقع بأنه اليوم أهم منه في أي وقت مضى.

مليار نازح بحلول عام 2050.. هل نشهد الآن حقبة موت الحضارة الحديثة؟

يشرح المقال بعد ذلك بالقول إنه برغم أن التكنولوجيا جعلت الاقتصاد أكثر صلة بالواقع، فهي أيضًا زادت بشكل كبير من قدرة المنتجات المادية وتعقيدها وتطورها، ويعود جزء كبير من تلك الفعالية الآخذة في التحسّن لمحركات الطائرات النفاثة ورقائق الحاسوب والأدوية، إلى مكوناتها: أي العناصر الكيميائية.

فعلى سبيل المثال، تحتاج صناعة المغناطيس شديد القوة المستخدم في محرك الأقراص الصلبة، إلى عنصر النيوديميوم، والمادة التي تمتص النيوترونات في مفاعل الغواصة النووية، هي الهافنيوم، ويدخل البريليوم في صناعة مفاتيح الربط قليلة الاشتعال، ويستخدم الغادولينيوم بوصفه عامل تباين في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي.

وحتى عالَم المخترع فولر وما تنطوي عليه برمجياته وأفكاره من قدرة على تحقيق المزيد باستخدام الأقل والأدق، يعتمد في المقام الأول على أجهزة حاسوب وخوادم حاسوبية وشبكات ألياف بصرية، مبنية في الأساس على عناصر الجدول الدوري الشهير لمندليف.

العصر الحديث.. عصر استغلال كل العناصر الكيميائية

يقول المقال: «إنه على مدار القرن ونصف القرن الماضيين، وخاصة منذ الحرب العالمية الثانية، اعتاد العلماء والمهندسون التعامل مع الجدول الدوري للعناصر كما لو أنه مائدة طعام مفتوحة، أي وفرة وفيرة ينتزعون منها ما يحتاجون إليه».

Embed from Getty Images

استخدمت عناصر الجدول في كل شيء، فاستخدم السكانديوم في إطارات الدراجات، والقصدير (الفلوريد ستانيد) في معجون الأسنان، والتنجستن في القسطرة الطبية، والزرنيخ في بعض أنواع الرقائق الإلكترونية.

ويرى الكاتب أننا تجاوزنا العصر الحجري والعصر البرونزي والعصر الحديدي، ودخلنا في «عصر كل شيء» (Everything Age)؛ لأن كل عنصر تقريبًا يحتويه الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، بات يدخل في استخدام ما في اقتصاد اليوم (باستثناء العناصر الاصطناعية غالية الثمن والمشعة للغاية مثل الأينشتاينيوم).

ينتقل المقال بعد ذلك إلى الهواتف المحمولة التي يشير إلى أنها تجسد مدى تعقيد العناصر، وقد قال لاري مينيرت، وهو نائب المدير المساعد للمسح الجيولوجي للطاقة والمعادن، في عام 2017، عن ذلك: «إن الهواتف المحمولة الأولى في الثمانينات من القرن الماضي كانت بحجم صندوق الأحذية وتكونت من 25 إلى 30 عنصرًا، أما اليوم، فإنها في حجم الجيب أو تحمل على معصم اليد، إلا أنها تتكون من نحو 75 عنصرًا مختلفًا، أي ما يقارب ثلاثة أرباع الجدول الدوري للعناصر».

قد يشمل ذلك عناصر أتت من جميع أنحاء العالم، مثل عنصر التانتالوم من رواندا والبوتاسيوم من روسيا البيضاء والفضة من المكسيك والقصدير من ميانمار والكربون من الهند والجرمانيوم من الصين.

الاستخدامات المختلفة للعناصر في تطبيقات الطب النووي

يتطرق المقال إلى الطب النووي، الذي يعد مثالًا آخر على الاستخدامات المتعددة للعناصر. ففي مقال أعده توماس غراديل وآرون جرينفيلد من «مركز جامعة ييل لبحوث البيئة الصناعية»، ونشر في عام 2013 في دورية «Resources, Conservation & Recycling»، يسلط الكاتبان الضوء على استخدامات متعددة للعناصر في مجال الطب النووي، فقد استخدم الأطباء في عام 1936 نظائر الفوسفور والصوديوم في علاج اللوكيميا.

وفي عام 1939، استخدم اليود المشع لأول مرة في تصوير وتشخيص وعلاج أمراض الغدة الدرقية. ودخل عنصر الزينون في عام 1957 في الدراسات الخاصة بتهوية الرئة وتشخيص الانصمام الرئوي. ومع بداية الستينات، حوالي عام 1964، استخدم التكنيشيوم في تصوير وفحوصات عضلة  القلب والعظام، واستمرت تلك الاستخدامات في تقدم وصولًا إلى عام 2008، عندما استخدم أحد نظائر عنصر اللوتيشيوم في تطبيقات خاصة بسرطان البروستاتا.

استغلال البشر لعناصر الطبيعة بوصفه عملية تطور لا تتوقف

يرى كوي أنه خلال استغلال البشر للمزيد من العناصر الكيميائية المتاحة لنا، فإننا بشكل ما نتابع مسار تطورنا بوصفنا نوعًا من الكائنات. فقد تطورت أجسادنا على مدى ملايين السنين لتتمكن من الاستفادة من 30 عنصرًا أو أكثر من عناصر الجدول الدوري، أي عناصر البيئة التي اندمجت فينا الآن وأصبحت أساسية بالنسبة إلينا، فالإنسان في معظمه – 96% – يتشكل من عناصر مثل الكربون، والأكسجين، والهيدروجين، والنيتروجين.

التعدين في الفضاء الخارجي.. الصين سترسل «عمّال مناجم» للعيش على الكويكبات

لكن أجسادنا تستخدم أيضًا عناصر مثل الكالسيوم، والكلور، والماغنسيوم، والفوسفور، والبوتاسيوم، والصوديوم، والكبريت، وتتكون منها. إضافة إلى كميات ضئيلة من البورون، والكروم، والكوبالت، والنحاس، والفلور، واليود، والحديد، والمنغنيز، والموليبدينوم، والسيلينيوم، والسيليكون، والقصدير، والفاناديوم، والزنك، وغيرها.

وتعد أجسادنا، بوصفها مصنعنا الأول، نموذجًا جيدًا لمهندسي الإنتاج وعلماء المواد. ويشير المقال إلى أحد الدروس، وهو أن المقادير المستخدمة من العنصر مهمة. فالكوبالت، على سبيل المثال، أحد مكونات فيتامين ب 12، وهو أحد الفيتامينات الأساسية في تكوين البروتينات وتركيب الحمض النووي. لكنه بالإضافة إلى ذلك يعد أحد السموم.

وثمة درس آخر يتعلق بأنه لا يزال هناك الكثير لنتعلمه؛ إذ يحاول علماء البيولوجيا، على سبيل المثال، اكتشاف الفوائد – إذا كان ثمة فوائد – لعشرات من العناصر الأخرى الموجودة في الجسم بكميات أصغر.

يعود المقال إلى عبارة «حياة أفضل من خلال الكيمياء» التي أصبحت إشارة رائجة بين الكسالى لاستخدام العقاقير الترفيهية (Recreational Drug Use)، رغم أنها كانت في البداية شعارًا لشركة الصناعات الكيميائية الأمريكية «دو بونت»، ومثلت دعوة جادة لوضع الجدول الدوري وعناصره الكيميائية في سبل الاستخدام النافعة. وكان ثمة الكثير مما يستحق الفخر به في هذا المجال، بحسب المقال.

غير أن كيميائيي العصر الحديث تقدموا خطوة كبيرة عن الكيميائيين في العصور الوسطى، الذين انصبت جهودهم بلا جدوى على تحويل الرصاص إلى ذهب. وأسهم إنشاء مندليف الجدول الدوري للعناصر الكيميائية في إقامة أسس العصر الذهبي لعلم الكيمياء، حيث كانت ألمانيا أحد رواده في وقت مبكر.

في عام 1910 تمكن المهندس والكيميائي الألماني كارل بوش من رفع مستوى التجربة التي كان قد بدأها مواطنه الكيميائي فريتز هابر، ليتمكن من إجراء عملية التفاعل بين نيتروجين الهواء والهيدروجين وتخليق الأمونيا، التي تعد المكون الرئيس في الأسمدة، ونتج عن ذلك زيادة المحاصيل الزراعية؛ مما جعل من الممكن إطعام المزيد من الناس، ومع عدد أقل من العاملين في المزارع.

ولذا ينبغي على كل من يعمل اليوم في مكتب وليس في مزرعة أن يعترف لهابر وبوش بفضلهما، ويشكر تثبيت النيتروجين الذي مكننا من صناعة الأسمدة. (على الجانب السلبي، أسهم هابر أيضًا في استخدام غاز الكلور السام سلاحًا في الحرب العالمية الأولى).

استخدام العناصر المتوفرة.. وليست النادرة فحسب

وتظهر قصة عنصر النيتروجين واستخدامه أن العناصر التي يصعب العثور عليها لم تكن هي العناصر الوحيدة التي كانت تدخل في استخدامات جديدة، فقد قام «وادي السليكون» على أساس من الاستخدام المشترك لعنصر السليكون، وهو ثاني أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض بعد الأكسجين، وهناك عنصر معروف آخر، وهو الهيدروجين، الذي يعد أكثر العناصر وفرة في الكون، والذي يمكن أن يتوقف عليه إنقاذ كوكب الأرض يومًا ما، عن طريق إيقاف التغير المناخي.

Embed from Getty Images

إحدى منشآت توليد الطاقة باستخدام الهيدروجين في إسبانيا

غير أن الهيدروجين ينتج معظمه في الوقت الحالي من الغاز الطبيعي، إلى جانب بعض الفحم، في عمليات تنبعث منها كل عام كميات من الكربون تساوي الانبعاثات الناتجة عن المملكة المتحدة وإندونيسيا مجتمعتين، وفقًا لـ«الوكالة الدولية للطاقة»، بينما يمكن اشتقاقه أيضًا من الماء العادي عن طريق تمرير تيار كهربائي بين قطبين مغمورين في الماء، في عملية لا ينتج عنها سوى الأكسجين بوصفه منتجًا ثانويًا.

ويمكن بعد ذلك إعادة دمج الهيدروجين مع الأكسجين في خلية وقود لإنتاج الطاقة اللازمة لتشغيل سفينة فضائية أو سيارة، في إطار عملية نظيفة، حيث يكون الماء الشيء الوحيد الذي يخرج من العادم.

يعني هذا بحسب المقال أن الهيدروجين يمكن أن يستخدم ناقلًا نهائيًا للطاقة النظيفة. فمفتاح الحفاظ على البيئة هو إيجاد طرق أرخص وأنظف لتوليد الكهرباء التي تستخدم في التحليل الكهربائي للماء. وكذلك تبدو الطاقة الشمسية مرشحًا جيدًا. ومن الجدير بالذكر أن الهيدروجين هو أيضًا الفاعل الرئيس في تكنولوجيا أخرى لإنقاذ الكوكب، وهي تكنولوجيا مفاعل الاندماج النووي، الذي سيقوم (يومًا ما) على اتحاد ذرات الهيدروجين مع الهيليوم، لتوفير الطاقة النظيفة.

المشكلات الناجمة عن الاستخدام الحديث للعناصر

يلفت المقال إلى أن الاستخدام الحديث للعناصر، أدّى إلى ظهور مآزق جديدة، ليس أقلها الأشكال الجديدة من الندرة، فعلى سبيل المثال، لا يعد الخشب، الذي كان الركيزة في عصور سابقة، مادةً معجزة، ولكنه على الأقل مادة يسهل الحصول عليها.

أما تكنولوجيا اليوم، فهي معرضة لانقطاع سلاسل الإمداد التي تمتد إلى أنحاء الأرض المختلفة. إذ إن الصين تعد المورد المهيمن للمعادن الأرضية النادرة، وهي مجموعة مكونة من 17 عنصرًا تستخدم في مغناطيسات وبطاريات وأجهزة أخرى متقدمة، وتستخدم غواصة الهجوم الواحدة من طراز فيرجينيا في البحرية الأمريكية نحو 5 أطنان منها.

إذا كانت قواعد السوق الحرة تعمل بكفاءة، فينبغي تلافي النقص الوشيك في العناصر من خلال ارتفاع الأسعار، مما يقلل الاستهلاك، مع تشجيع المزيد من الإنتاج أو تطوير البدائل. ويقول المنطق الرائج عن السوق إن علاج ارتفاع الأسعار هو رفع الأسعار.

وقد اشتهر عن البيولوجي الألماني باول إرليش، مؤلف كتاب «القنبلة السكانية » The Population Bomb، خسارته رهانًا لصالح الاقتصادي الأمريكي جوليان سيمون، عندما توقع في عام 1980 بأن أسعار الكروم، والنحاس، والنيكل، والقصدير، والتنجستن، سترتفع على مدى العقد التالي، غير أن ما حدث أن الخمسة عناصر كلها صارت أرخص سعرًا.

ولكن ثمة أسباب لعدم الثقة في السوق تمام الثقة، بحسب المقال. يتعلق أحدها بالأمن القومي، فإذا كان هناك أي تهديد باندلاع حرب بين الولايات المتحدة والصين أو روسيا، فلن يكون هناك سعر مرتفع بما يكفي لإغراء هؤلاء الأعداء بتزويد آلة الحرب الأمريكية بالمواد الخام. وغالبًا ما تكون الحرب هي النتيجة عندما لا تتمكن أي دولة من الحصول على الموارد الطبيعية التي تحتاج إليها.

فقد احتلت اليابان فقيرة الموارد منشوريا قبل الحرب العالمية الثانية للحصول على خام الحديد، واتجهت ألمانيا التي تفتقر إلى كل الموارد باستثناء الفحم، إلى استخدام سياسات الـ «ليبنسراوم» – التي تعني حرفيًا «أماكن إعاشة» – للاستيلاء على الكوبالت، والنحاس، وخام الحديد، والنفط، والمطاط، والتنجستن، وخام البوكسيت لصناعة الألومنيوم. وخسرت قوى المحور الحرب في النهاية جزئيًا لأن الحلفاء تمكنوا من قطع وصولها إلى تلك المواد الخام المهمة.

دعوات إلى ترشيد الاستخدام المكثف للعناصر وإيجاد بدائل أخرى

يدعو سليم علي، أستاذ التخطيط البيئي في جامعة ديلاوير الأمريكية، إلى إقامة معاهدة دولية لمنع تكرار «التدافع الاستعماري القديم في سبيل الاستيلاء على الثروات»، إذ يوضح سليم أن هذا التدافع لم يحدث مع المعادن فقط، وإنما مع السكر، والتوابل، والفانيليا أيضًا.

Embed from Getty Images

صورة جوية لأحد المناجم في جنوب أفريقيا.

ويشير توماس جرايدل، الأستاذ الفخري في علم البيئة الصناعية بجامعة ييل الأمريكية، إلى أن قوى السوق يمكن أيضًا أن تكون استجابتها شديدة البطء، ويقدّر أن عملية إدخال منجم جديد في الإنتاج التجاري تستغرق من 15 إلى 30 عامًا، ويرى إن الإصدار العاجل للتصاريح قد يكون له دور إيجابي في ذلك، ما دام أنه لا يفتح الباب أمام الانتهاكات التي ترتكبها شركات التعدين.

ومن المفارقات أن الاقتصاد الأخضر يعتمد على عناصر عديدة إنتاجها أبعد ما يكون عن مواصفات الإنتاج الاقتصادي الأخضر، وبدون إقرار معايير عالمية قوية، فإن السوق الحرة يمكن أن تدفع الإنتاج إلى البلاد التي لا تكترث وتبذل أقل القليل لحماية البيئة.

ويرى كوي أن الاقتصاد والجغرافيا السياسية كليهما سيدفعان العالم نحو إعادة استخدام أكبر للعناصر، وستسخّر إعادة التدوير في تصميم المنتجات، ومن شأن ذلك أن يمنح ميزة للعناصر الأكثر قابلية للتكييف.

وهو ما أشار إليه جاميس كاسيو، الباحث في «معهد من أجل المستقبل»، وهو مركز أبحاث في بالو ألتو بولاية كاليفورنيا، في عام 2012، بالقول: «الكربون، الذي يمكن أن يكون ناعمًا مثل الجرافيت، أو قاسيًا مثل الماس، قد يكون المادة المفضلة في تلك الظروف. وقد نجد أنفسنا بدلًا من القلق بشأن تقليل مخرجات الكربون، نعمل على زيادة مدخلات الكربون إلى الحد الأقصى».

ويختتم المقال بالقول: «إن قيمة الإنتاج في العالم آخذة في الارتفاع من حيث قيمة الدولارات لكل طن، أي المزيد من قيمة الإنتاج مقابل كمية أقل، لكن المخترع الأمريكي بوكمينستر فولر أخطأ في تصوره؛ إذ إن التقدم التكنولوجي لا يحقق المزيد باستخدام الأقل، فالعملية في النهاية عملية اختراع، وليس هناك مثال أكثر تعبيرًا عن طبيعة عملية الاختراع، من الاستغلال المتزايد بلا توقف لعناصر الجدول الدوري للعناصر الكيميائية».

«مقبرة» القارات الميتة.. تفاصيل مذهلة عن العالم الخفي تحت القطب الجنوبي

هذا المقال مترجمٌ عن المصدر الموضَّح أعلاه؛ والعهدة في المعلومات والآراء الواردة فيه على المصدر لا على «ساسة بوست».

عرض التعليقات
تحميل المزيد