Metale ziem rzadkich na wagę transformacji
Kategoria: Trendy gospodarczeMetale ziem rzadkich stają się takim samym strategicznym surowcem, jakim w XX wieku było najpierw żelazo, a potem ropa naftowa i gaz. Czym są metale ziem rzadkich?
Pierwiastki ziem rzadkich są niezbędnym składnikiem wielu współczesnych technologii: od samochodów hybrydowych po turbiny wiatrowe i laptopy. Australia i Stany Zjednoczone zwiększyły w ostatnim czasie ich produkcję, ale Chiny nadal mają 80-proc. udział w globalnej rafinacji.
(©PAP
Metale ziem rzadkich to rodzina 17 metali, w skład której wchodzą dwa skandowce (skand i itr) oraz wszystkie lantanowce (lantan, cer, prazeodym, neodym, promet, samar, europ, gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb i lutet). Współwystępują one w minerałach i mają podobne właściwości chemiczne. Otrzymuje się je z batnaesytu (Chiny i USA) i monacytu (Indie i w mniejszym stopniu Brazylia, Malezja, Wietnam i Australia) oraz łoparytów (Rosja). I wcale nie są tak rzadkie jak sugerowałaby to ich nazwa (stanowią siódmą część wszystkich pierwiastków występujących w naturze). Problem w tym, że złoża rzadko występują w wysokim stężeniu. Ponadto proces ich wydobywania i przekształcania w materiały użytkowe jest kosztowny i szkodliwy dla środowiska. Odpady generują bowiem radioaktywną wodę, toksyczny fluor i kwasy.
Większość metali ziem rzadkich zidentyfikowano w XIX wieku. Pierwszym odkrytym minerałem zawierającym pierwiastki z tej grupy był gadolinit. Wydobył go szwedzki chemik-amator Carl-Axel Arrhenius w kopalni w Ytterby, która to miejscowość dała nazwę czterem z metali ziem rzadkich (terb, erb, iterb, itr).
Żadne urządzenie elektroniczne nie obędzie się bez pierwiastków ziem rzadkich
Światowy wolumen handlu pierwiastkami ziem rzadkich jest wprawdzie stosunkowo niewielki w porównaniu z innymi surowcami (wynosi nieco ponad 1/1000 światowego importu ropy naftowej), lecz całkowita wartość dóbr wytwarzanych z zastosowaniem pierwiastków ziem rzadkich jest ogromna. Należą do nich m.in. smartfony, obiektywy do aparatów cyfrowych, twarde dyski komputerowe, baterie, lasery, pojazdy elektryczne i hybrydowe (akumulatory zawierają nawet 10 do 15 kg lantanu) oraz wyświetlacze ciekłokrystaliczne (monitory i telewizory), światłowody, lampy fluorescencyjne, diody elektroluminescencyjne (LED). Trudno właściwie wymienić zaawansowane technologicznie urządzenie, do którego produkcji nie używa się pierwiastków ziem rzadkich.
Najtrudniejsze do pozyskania są ciężkie pierwiastki ziem rzadkich, takie jak dysproz i terb. Odgrywają one kluczową rolę w produkcji laserów, systemów naprowadzania rakiet, systemów radarowych, elementów reaktorów jądrowych, ekranów LCD i plazmowych, magnesów stałych i sonarów. Natomiast neodym i prazeodym to jedne z najbardziej poszukiwanych lekkich pierwiastków ziem rzadkich, niezbędnych w silnikach, turbinach wiatrowych i urządzeniach medycznych.
Stop neodymu, żelaza i boru (znany jako NdFeB) tworzy najsilniejszy dotychczas odkryty magnes trwały. Popyt na tego rodzaju magnesy eksplodował w ostatnich latach wraz z rozwojem wysokich technologii i będzie nadal rósł w związku z ogólnoświatowym boomem na energię odnawialną i pojazdy elektryczne. Do obsługi tylko jednej turbiny wiatrowej potrzeba do 600 kg pierwiastków ziem rzadkich, a na każdą baterię EV – około 1 kg.
Chiny trzymają w garści resztę świata
Zapotrzebowanie na metale ziem rzadkich dynamicznie rośnie: w 1950 r. było to mniej niż 100 ton rocznie, w 1990 r. 40 tys. ton, w 2000 r. 80 tys. ton, a obecnie ponad 200 tys. ton. Aż do 1965 r. popyt na metale ziem rzadkich utrzymywał się na stosunkowo niskim poziomie. Rozpaliło go dopiero pojawienie się telewizji kolorowej, ponieważ do produkcji ekranów używa się europu, terbu i itru. W latach 70. i 80. XX wieku głównym dostawcą metali ziem rzadkich były Stany Zjednoczone, eksploatujące złoża w kopalni Mountain Pass na kalifornijskiej pustyni Mojave. Z czasem na czoło wysunęły się Chiny. Największe należące do nich złoże znajduje się w Bayan Obo na terenie Mongolii Wewnętrznej i stanowi ok. 85 proc. całkowitych zasobów Chin. W połowie lat 80. Pekin podjął kroki na rzecz wsparcia rodzącego się przemysłu pierwiastków ziem rzadkich, udzielając ulg podatkowych. Obniżyło to koszty rodzimych firm wydobywczych i pozwoliło im zdobyć przyczółek na rynku światowym. W latach 1985-1995 chińska produkcja metali ziem rzadkich eksplodowała z zaledwie 8,5 tys. ton do około 48 tys. ton, a jej udział w światowej produkcji wzrósł z 20 proc. do 60 proc.
Rozwojowi wydobycia w Chinach sprzyjał splot czynników: rosnąca presja środowiskowa w USA, niższe koszty pracy, wreszcie gwałtowny wzrost zużycia pierwiastków ziem rzadkich wraz z pojawieniem się wysokich technologii. Było to zgodne z całą logiką globalizacji, która uczyniła Chiny fabryką świata. Przez lata Pekin wykorzystywał swoją tanią siłę roboczą i liberalne przepisy dotyczące ochrony środowiska, aby uzyskać przewagę konkurencyjną na światowym rynku i stać się wiodącym dostawcą pierwiastków ziem rzadkich.
Przez lata Pekin wykorzystywał swoją tanią siłę roboczą i liberalne przepisy dotyczące ochrony środowiska, aby uzyskać przewagę konkurencyjną na światowym rynku i stać się wiodącym dostawcą pierwiastków ziem rzadkich.
W 1990 r. chiński rząd uznał pierwiastki ziem rzadkich za surowce o znaczeniu strategicznym i zakazał zagranicznym firmom ich wydobycia w Chinach, z wyjątkiem wspólnych przedsięwzięć z podmiotami chińskimi. Dzięki transferowi technologii te ostatnie zyskały know-how, stopniowo eliminując zagraniczną konkurencję. Dominacja Chin w przemyśle metali ziem rzadkich jest wynikiem dziesięcioleci ukierunkowanej polityki przemysłowej. W ostatnich latach Pekin starał się również zreformować chiński przemysł metali ziem rzadkich, aby zwiększyć wydajność, skuteczniej chronić środowisko i walczyć z nielegalnym wydobyciem.
Największy udział w chińskim eksporcie metali ziem rzadkich ma lantan, używany w znacznych ilościach w akumulatorach pojazdów hybrydowych. Natomiast pierwsze miejsce pod względem wartości eksportu zajmuje terb, używany w półprzewodnikowych urządzeniach elektronicznych. Według Chińskiej Generalnej Administracji Celnej w 2019 r. Chiny wyeksportowały ponad 45,5 tys. ton pierwiastków ziem rzadkich o wartości prawie 400 mln dolarów. Do głównych odbiorców należą kolejno: Japonia (36 proc.), USA (33,4 proc.), Niderlandy (9,6 proc.), Korea Południowa (5,4 proc.) i Włochy (3,5 proc.). Tych pięć krajów importowało łącznie blisko 88 proc. chińskiej produkcji pierwiastków ziem rzadkich.
Pierwszy szok związany z dominacją Chin w rynku metali ziem rzadkich miał miejsce w 2011 r.: ich ceny gwałtownie skoczyły (z 9,4 tys. dolarów za tonę w 2009 r. do prawie 67 tys. dolarów w 2011 r.), po tym jak Chiny ograniczyły eksport w celu zabezpieczenia dostaw dla krajowego przemysłu. Sytuacja powtórzyła się podczas wojny handlowej z USA w 2019 r. Jeśli dodać do tego przerwy w dostawach w okresie pandemii, to wyraźnie widać, że Chiny trzymają w garści resztę świata. Uzależnienie od Chin żłobi lukę w łańcuchach dostaw na potrzeby przemysłu w Japonii, USA i Unii Europejskiej, a zmniejszona podaż winduje ceny.
Wzrost wydobycia poza Chinami
To prawda, że wydobycie metali ziem rzadkich poza Chinami wzrosło w ostatnich latach, w miarę jak kopalnie na całym świecie zwiększały swoją produkcję. Mimo to spośród głównych gospodarek świata tylko Japonii udało się wyraźnie zmniejszyć zależność od Chin. W latach 2008-2018 udział japońskiego importu pierwiastków ziem rzadkich z Chin spadł z ponad 90 proc. do 58 proc. Stany Zjednoczone nadal importują 80 proc. pierwiastków ziem rzadkich z Chin, a kraje UE blisko 98 proc.
W Europie istnieje wiele drobnych potwierdzonych geologicznie złóż pierwiastków ziem rzadkich, a w przypadku tych większych produkcja z zachowaniem surowych unijnych norm ekologicznych byłaby nieopłacalna. W Europie działają za to dwa zakłady przetwarzające: w Solvay we Francji oraz w Silmet w Estonii.
W Europie istnieje wiele drobnych potwierdzonych geologicznie złóż pierwiastków ziem rzadkich, a w przypadku tych większych produkcja z zachowaniem surowych unijnych norm ekologicznych byłaby nieopłacalna.
Największe niezagospodarowane złoże na świecie to Kvanefjeld w południowej Grenlandii. Zawiera ono duże pokłady metali ziem rzadkich, a także radioaktywnego uranu. Licencję eksploracyjną zdobyła australijska firma Greenland Minerals Ltd., która prowadzi przedłużające się negocjacje z rządem Grenlandii i Danii na temat rozpoczęcia wydobycia.
USA wracają do gry
Stany Zjednoczone starają się odzyskać straconą pozycję w światowym rynku pierwiastków ziem rzadkich. Po wieloletnim zamknięciu jedyna w USA kopalnia metali ziem rzadkich, zlokalizowana w Mountain Pass w Kalifornii, w 2017 r. przeszła w ręce nowego właściciela i wznowiła produkcję. Jednak wydobywany przez nią surowiec nadal jest wysyłany do Chin w celu przetworzenia. Ponadto od 2018 r. pierwiastki ziem rzadkich figurują na liście minerałów uznanych za krytyczne dla bezpieczeństwa gospodarczego i narodowego USA.
Waszyngton jest szczególnie zaniepokojony zakłóceniami w łańcuchu dostaw dla amerykańskiego przemysłu obronnego, który wykorzystuje pierwiastki ziem rzadkich w szerokim zakresie technologicznym: od sonarów i sprzętu komunikacyjnego, po rakiety i silniki odrzutowe. Według Congressional Research Service każdy amerykański myśliwiec wielozadaniowy F-35 wymaga około 427 kg pierwiastków ziem rzadkich, a każdy atomowy okręt podwodny typu Virginia pochłania je w ilości prawie 4,2 tony metrycznej.
Po co najmniej dekadzie niedoinwestowania pilnie potrzeba wysiłku kapitałowego, niezbędnego do otwarcia lub ponownego otwarcia kopalń i zakładów przetwórstwa pierwiastków ziem rzadkich w Europie i Stanach Zjednoczonych. Administracja Joe Bidena zleciła podległym jednostkom analizę braków w krajowych łańcuchach dostaw pierwiastków ziem rzadkich. Departament Energii wyasygnował 30 milionów dolarów na zabezpieczenie krajowego łańcucha dostaw USA pierwiastków ziem rzadkich i innych ważnych minerałów wykorzystywanych w produkcji baterii, takich jak kobalt i lit. MP Materials, właściciel kopalni w Mountain Pass, otrzymuje granty z Departamentu Obrony i Departamentu Energii na badania i rozwój. Pracuje też nad uruchomieniem linii rafineryjnej, tak aby przetwarzać wydobywane minerały na miejscu, zamiast wysyłać je w tym celu do Chin. W lutym 2021 r. Departament Obrony USA ogłosił zawarcie umowy o wartości 30 mln dol. z australijską Lynas Corporation na budowę zakładu przetwórczego w Teksasie w ramach strategii wzmacniania łańcucha dostaw w sektorze obronnym. Notabene do Lynas Corporation należy największa kopalnia metali ziem rzadkich poza Chinami – Mt Weld Central Lanthanide Deposit w zachodniej Australii.
Sukces w uniezależnianiu się Zachodu od chińskiej produkcji metali ziem rzadkich zależy od tego, czy uda się zwiększyć skalę przetwarzania wydobywanych zasobów oraz konkurować kosztowo z Chinami. Za pięć lat zależność od Chin w zakresie wydobycia będzie mniejsza, ponieważ zaczną działać nowe kopalnie w innych częściach świata. Szacuje się, że spadnie ona do 45 proc. globalnej podaży z 60 proc. obecnie. Jednak dominacja Chin na etapie rafinacji utrzyma się prawdopodobnie przez wiele lat.
(©PAP
