An average smartphone contains 41 different elements - and last year alone 1.2 billion of the handsets were sold globally. This is causing an imbalance between the supply of  metals and metalloids and their demand from consumers - a concept referred to as 'criticality.' Researchers have now assessed the criticality of all 62 metallic-based elements on the Periodic Table to reveal which are most at risk and what that means for our gadgets in the long-term. Researchers from Yale University assessed the 'criticality' of 62 metals on the Periodic Table. They discovered at at least 33 of these (shown) are used for circuit boards. Criticality looks at which materials will become harder to find, which will have the highest environmental costs and which are irreplaceable . Metal criticality is analysed in three ways - supply risk, vulnerability to supply restriction (VSR) and environmental implications. Put simply, supply risk is the probability that a necessary raw material will run out. VSR is an index used to work out how likely a particular element will become restricted based on how much its used and how abundant it is. This index considers restrictions put upon supply from companies or countries, for example. Metal criticality is analysed in three ways - supply risk, vulnerability to supply restriction (VSR) and environmental implications. Put simply, supply risk is the probability that a necessary raw material becomes unavailable. VSR is an index used to work out how likely a particular element will become restricted based on how much its used and how abundant it is. This index considers restrictions put upon supply from companies or countries, for example. And in terms of the environment, researchers assess what costs mining certain materials, as well as the materials themselves, have on the environment and then the likelihood that this may also lead to restrictions. Lead, for example, was banned in many products after governments and companies learnt of its dangers to the environment and began prohibiting how much it was used. An overall score is awarded to each element within each category and the higher the score, the more at risk that element is. And in terms of the environment, researchers assess what costs mining certain materials, as well as the materials themselves, have on the environment and then the likelihood that this may also lead to restrictions. Lead, for example, was banned in many products after governments and companies learnt of its dangers to the environment and began prohibiting how much it was used. Using these three categories, researchers from Yale University led by Professor Thomas Graedel were able to see which metals and metalloids are most at risk within each group. Many of the metals traditionally used in manufacturing, including zinc, copper, and aluminum, are not at risk, explained Professor Graedel. However, the newer or less-common metals used in smartphones, infrared optics, and medical imaging, are vulnerable. The team's results show that the limitations for many important metals used in smartphones and other gadgets are largely those related to supply risk. These include gallium used in processor chips and selenium in transistors on these chips. Platinum group metals including gold and mercury have the highest environmental implications. While steel alloying elements, such as chromium and niobium, as well as elements used in high-temperature alloys including tungsten and molybdenum, scored higher in the vulnerability to supply restriction category. 'The metals we've been using for a long time probably won't present much of a challenge,' said Professor Graedel. This graphic reveals the 41 elements typically found in a smartphone's screen, electronics, battery and casing. Many metals traditionally used in manufacturing, including zinc, copper, and aluminum, are not at risk . The results  show that  many important metals used in gadgets are largely related to supply risk (A). These include gallium and selenium. Gold and mercury have some of the highest environmental implications (B). Chromium, niobium, tungsten and molybdenum scored higher for the vulnerability to supply restriction (C) 'We've been using them for a long time because they're pretty abundant and they are generally widespread geographically. 'But some metals that have become deployed for technology only in the last 10 or 20 years are available almost entirely as byproducts. 'You can't mine specifically for them; they often exist in small quantities and are used for specialty purposes. And they don't have any decent substitutes.' The researchers listed these as indium, arsenic, thallium, antimony, silver, and selenium. There is no substitute for indium, in particular, and this could impact our touchscreens. Factors affecting extreme criticality include 'concentration of primary production' and political instability. The study points to the fact that up to 95% of rare Earth metals come from China, and tantalum comes from areas of unrest such as the Democratic Republic of the Congo. Last year 1.2 billion smartphones were sold globally . Among the factors affecting extreme criticality include 'high geopolitical concentration of primary production' and political instability. The researchers point to the fact that up to 95 per cent of rare Earth metals come from China, while tantalum, used in phone micro-capacitors, comes from areas of unrest such as the Democratic Republic of the Congo. Professor Graedel also looked at the effect recycling can have on these elements and explained that lead is highly recyclable, but materials that are only used in trace amounts are harder to extract. 'I think these results should send a message to product designers to spend more time thinking about what happens after their products are no longer being used,' Professor Graedel added. 'So much of what makes the recycling of these materials difficult is their design. It seems as if it's time to think a little bit more about the end of these beautiful products.' The research is published in the journal PNAS.
Researchers assessed the  'criticality' of 62 metals on the Periodic Table .
Criticality looks at which materials will become harder to find, which will have the highest environmental costs and which are irreplaceable .
Paper found that supplies of gallium, arsenic and selenium are high-risk .
These compounds are needed for circuit boards, batteries and more .
סמארטפון ממוצע מכיל 41 אלמנטים שונים - ורק בשנה שעברה נמכרו ברחבי העולם 1.2 מיליארד מהמכשירים. הדבר גורם לחוסר איזון בין היצע המתכות והמטלואידים לבין הביקוש שלהם מהצרכנים - מושג המכונה 'ביקורתיות'. חוקרים העריכו כעת את הקריטיות של כל 62 היסודות המבוססים על מתכת בטבלה המחזורית כדי לחשוף אילו נמצאים בסיכון הגבוה ביותר ומה זה אומר עבור הגאדג'טים שלנו בטווח הארוך. חוקרים מאוניברסיטת ייל העריכו את ה'קריטיות' של 62 מתכות בטבלה המחזורית. הם גילו שלפחות 33 מהם (המוצגים) משמשים למעגלים. הביקורתיות בוחנת אילו חומרים יהפכו לקשים יותר למצוא, אילו יהיו בעלי העלויות הסביבתיות הגבוהות ביותר ואיזה אין תחליף. קריטיות המתכת מנותחת בשלוש דרכים - סיכון אספקה, פגיעות להגבלת אספקה ​​(VSR) והשלכות סביבתיות. במילים פשוטות, סיכון האספקה ​​הוא ההסתברות שחומר גלם הכרחי יגמר. VSR הוא אינדקס המשמש כדי לחשב את הסבירות שאלמנט מסוים יגביל בהתבסס על מידת השימוש בו ועד כמה הוא שופע. מדד זה מתייחס להגבלות המוטלות על אספקה ​​מחברות או מדינות, למשל. קריטיות המתכת מנותחת בשלוש דרכים - סיכון אספקה, פגיעות להגבלת אספקה ​​(VSR) והשלכות סביבתיות. במילים פשוטות, סיכון האספקה ​​הוא ההסתברות שחומר גלם הכרחי לא יהיה זמין. VSR הוא אינדקס המשמש כדי לחשב את הסבירות שאלמנט מסוים יגביל בהתבסס על מידת השימוש בו ועד כמה הוא שופע. מדד זה מתייחס להגבלות המוטלות על אספקה ​​מחברות או מדינות, למשל. ומבחינת איכות הסביבה, החוקרים מעריכים מה העלויות שיש לכריית חומרים מסוימים, כמו גם החומרים עצמם, על הסביבה ואז את הסבירות שזה עלול להוביל גם להגבלות. עופרת, למשל, נאסרה במוצרים רבים לאחר שממשלות וחברות נודעו על הסכנות שלה לסביבה והחלו לאסור את מידת השימוש בה. ציון כולל מוענק לכל רכיב בכל קטגוריה וככל שהציון גבוה יותר, כך מרכיב זה נמצא בסיכון גבוה יותר. ומבחינת איכות הסביבה, החוקרים מעריכים מה העלויות שיש לכריית חומרים מסוימים, כמו גם החומרים עצמם, על הסביבה ואז את הסבירות שזה עלול להוביל גם להגבלות. עופרת, למשל, נאסרה במוצרים רבים לאחר שממשלות וחברות נודעו על הסכנות שלה לסביבה והחלו לאסור את מידת השימוש בה. באמצעות שלוש הקטגוריות הללו, חוקרים מאוניברסיטת ייל בראשות פרופסור תומס גריידל הצליחו לראות אילו מתכות ומטלואידים נמצאים בסיכון הגבוה ביותר בכל קבוצה. רבות מהמתכות המשמשות באופן מסורתי בייצור, כולל אבץ, נחושת ואלומיניום, אינן בסיכון, הסביר פרופסור גריידל. עם זאת, המתכות החדשות או הפחות נפוצות המשמשות בסמארטפונים, אופטיקה אינפרא אדום והדמיה רפואית, הן פגיעות. תוצאות הצוות מראות שהמגבלות על מתכות חשובות רבות המשמשות בסמארטפונים וגאדג'טים אחרים הן בעיקר אלו הקשורות לסיכוני אספקה. אלה כוללים גליום המשמש בשבבי מעבד וסלניום בטרנזיסטורים על שבבים אלה. למתכות מקבוצת פלטינה כולל זהב וכספית יש את ההשלכות הסביבתיות הגבוהות ביותר. בעוד שאלמנטים מסגסוגת פלדה, כגון כרום וניוביום, כמו גם אלמנטים המשמשים בסגסוגות בטמפרטורה גבוהה כולל טונגסטן ומוליבדן, קיבלו ציון גבוה יותר בקטגוריית הפגיעות לאספקה. "המתכות בהן אנו משתמשים במשך זמן רב כנראה לא יהוו אתגר גדול", אמר פרופסור גריידל. הגרפיקה הזו חושפת את 41 האלמנטים שנמצאים בדרך כלל במסך, באלקטרוניקה, בסוללה ובמארז של סמארטפון. מתכות רבות המשמשות באופן מסורתי בייצור, כולל אבץ, נחושת ואלומיניום, אינן בסיכון. התוצאות מראות שמתכות חשובות רבות המשמשות בגאדג'טים קשורות במידה רבה לסיכון אספקה ​​(A). אלה כוללים גליום וסלניום. לזהב ולכספית יש כמה מההשלכות הסביבתיות הגבוהות ביותר (B). כרום, ניוביום, טונגסטן ומוליבדן קיבלו ציון גבוה יותר עבור הפגיעות להגבלת אספקה ​​(C) 'אנחנו משתמשים בהם כבר הרבה זמן כי הם די בשפע והם בדרך כלל נפוצים מבחינה גיאוגרפית. "אבל כמה מתכות שנפרסו לטכנולוגיה רק ​​ב-10 או 20 השנים האחרונות זמינות כמעט לחלוטין כתוצרי לוואי. ״אתה לא יכול לכרות במיוחד בשבילם; הם קיימים לעתים קרובות בכמויות קטנות ומשמשים למטרות מיוחדות. ואין להם תחליפים ראויים״. החוקרים ציינו את אלה כאינדיום, ארסן, תליום, אנטימון, כסף וסלניום. אין תחליף לאינדיום, במיוחד, וזה עלול להשפיע על מסכי המגע שלנו. גורמים המשפיעים על ביקורתיות קיצונית כוללים 'ריכוז של ייצור ראשוני' וחוסר יציבות פוליטית. המחקר מצביע על העובדה שעד 95% ממתכות כדור הארץ הנדירות מגיעות מסין, והטנטלום מגיע מאזורי אי שקט כמו הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו. בשנה שעברה נמכרו 1.2 מיליארד סמארטפונים ברחבי העולם. בין הגורמים המשפיעים על קריטיות קיצונית כוללים "ריכוז גיאופוליטי גבוה של ייצור ראשוני" וחוסר יציבות פוליטית. החוקרים מצביעים על העובדה שעד 95 אחוז ממתכות כדור הארץ הנדירות מגיעות מסין, בעוד הטנטלום, המשמש במיקרו-קבלים לטלפונים, מגיע מאזורים של אי שקט כמו הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו. פרופסור גריידל גם בחן את ההשפעה שיכולה להיות למיחזור על אלמנטים אלה והסביר שעופרת ניתנת למחזור מאוד, אך קשה יותר להפיק חומרים המשמשים רק בכמויות עקביות. "אני חושב שהתוצאות האלה צריכות לשלוח מסר למעצבי המוצר להקדיש זמן רב יותר לחשוב על מה שקורה לאחר שהמוצרים שלהם לא בשימוש יותר", הוסיף פרופסור גריידל. "כל כך הרבה ממה שמקשה על מיחזור החומרים הללו הוא העיצוב שלהם. נראה שהגיע הזמן לחשוב קצת יותר על הסוף של המוצרים היפים האלה״. המחקר פורסם בכתב העת PNAS.
חוקרים העריכו את ה"קריטיות" של 62 מתכות בטבלה המחזורית.
הביקורתיות בוחנת אילו חומרים יהפכו לקשים יותר למצוא, אילו יהיו בעלי העלויות הסביבתיות הגבוהות ביותר ואיזה אין תחליף.
נייר מצא כי אספקה ​​של גליום, ארסן וסלניום היא בסיכון גבוה.
תרכובות אלו נחוצות עבור מעגלים, סוללות ועוד.