والمعادن الحرجة هي أبطال الحضارة الحديثة الذين لا يُسمعون، وبدونهم، لا توجد في شكلها الحالي هواتف ذكية ومركبات كهربائية، وتركيبات للرياح، والنظم العسكرية المتقدمة، ومع ذلك فإن التوزيع العالمي لهذه الموارد هو أي شيء، بل هو أيضاً، وهذا الجغرافي المتطور يخلق مواطن ضعف وفرص استراتيجية للابتكار التكنولوجي، ويفهمون أين توجد المعادن الحرجة وكيف يعمل زعماء الأعمال التجارية في المستقبل، وهو أمر أساسي بالنسبة لصانعي السياسات.

ما هي المعادن الحرجة ولماذا ماتوا؟

والمعادن الحرجة، التي تسمى أيضا المعادن الاستراتيجية، هي عناصر ذات أهمية اقتصادية وتخضع لمخاطر الإمداد، وتشمل الليثيوم والكوبالت والنيكل والغرافيت والعناصر الأرضية النادرة والنحاس ومجموعات البلاتين، وهذه المواد جزء لا يتجزأ من إنتاج البطاريات، والمغناطيسات الدائمة، وشبه الموصلات، والبصريات الألياف.

ويختلف تعريف " الجوهر " حسب البلد، ولكن معظم القوائم تلتقي على مجموعة أساسية من المعادن، فعلى سبيل المثال، تحتفظ الدراسة الاستقصائية الجيولوجية (USGS) بقائمة تضم الآن 50 معدنيا، حتى قبل 35 عاماً، تعكس قلقاً متزايداً إزاء أمن الإمدادات.

المعادن الحيوية الرئيسية في التكنولوجيا الحديثة

  • Lithium]: Essential for lithium-ion batteries used in EVs, computers, and grid storage. Major producers: Australia, Chile, China, Argentina.
  • Cobalt : Provides stability and energy density in bathodes. Major producer: Democratic Republic of Congo (DRC) supplies over 70% of the world's cobalt.
  • Rare Earth Elements (REEs)]: مجموعة مكونة من 17 عنصراً مستخدماً في مغناطيسات قوية للمركبات الإلكترونية، والرياح، والمعدات العسكرية.
  • Nickel]: مستخدم في البطاريات الإلكترونية والصلب اللاصق، المنتجون الرئيسيون: إندونيسيا والفلبين وروسيا وكاليدونيا الجديدة.
  • Graphite]: المادة المعلن عنها في معظم بطاريات الليثيوم -يون، المنتجون الرئيسيون: الصين، موزامبيق، البرازيل، مدغشقر.
  • Copper]: لا يمكن الاستغناء عنه في الأسلاك الكهربائية والإلكترونيات والهياكل الأساسية للطاقة المتجددة، المنتجون الرئيسيون: بيرو، جمهورية الكونغو الديمقراطية، شيلي، الصين.

ولكل من هذه المعادن تركيز جغرافي فريد، مما يخلق مواطن ضعف محددة، ويمكن أن يتعثر التمزق في منطقة ما من خلال سلاسل الإمداد العالمية.

التوزيع العالمي للمعادن الحرجة

وتوزيع المعادن الحرجة ليس عشوائياً، بل هو محكوم بالجيولوجيا، كما أن الرواسب الجانبية الغنية بالكوبالت تشكل في ظل المناخات الاستوائية؛ وتركيزات الليثيوم في الشقق الملحية (الآلات) في الأنديز وفي البغماتيات الصخرية في أستراليا؛ وتوجد الأرض النادرة في ملاعب الكربون والاستيعاب الأيوني، ولا سيما في جنوب الصين.

وهذا التحديد الجيولوجي يعني أن حفنة من البلدان تسيطر على معظم الاحتياطيات والإنتاج، وتفصل الفروع التالية أنماط التركيز بالنسبة للمعادن الأكثر تأثيرا.

"اللوت الأبيض" من القرن الحادي والعشرين

ويسمى الليثيوم في كثير من الأحيان النفط الجديد بسبب دوره المركزي في عملية الانتقال من الطاقة، أما مثلث ليثيوم ] ] الذي يغطي أجزاء من شيلي والأرجنتين وبوليفيا فيحمل حوالي 60 في المائة من احتياطيات الليثيوم العالمية، غير أن الإنتاج الحالي يهيمن عليه أستراليا (التعدين على سبودين الصخري) وشيلي (التهرب من البرين).

وفي عام 2023، بلغت نسبة إنتاج الألغام من الليثيوم في العالم 47 في المائة، تليها شيلي (30 في المائة)، والصين (14 في المائة)، والأرجنتين (5%)، وفي الوقت نفسه، تملك بوليفيا موارد هائلة غير مستغلة، ولكن العقبات السياسية والتقنية محدودة الإنتاج.

The International Energy Agency (IEA) projects that global lithium demand could increase 40-fold by 2040 under a net-zero scenario. This places immense pressure on existing mines and accelerates exploration in new jurisdictions such as Mexico, Germany, and the United States.

"الـ "دي سي سي" يُعفي من تأثيره

جمهورية الكونغو الديمقراطية هي موازنة ما هو سعودي للنفط، وفي عام 2022، أنتجت جمهورية الكونغو الديمقراطية نحو 73 في المائة من الكوبالت في العالم، حيث تأتي الأغلبية العظمى من الألغام الكبيرة من النحاس في مقاطعة كاتانغا الجنوبية، كما ينتج أكثر من 15 في المائة من عمال المناجم الحرفيين في ظروف خطرة في كثير من الأحيان.

ويتحمل هذا التركيز مخاطر كبيرة. ]] Human rights abuses, including child labor], have been documented in artisanal cobalt mining. Geopolitical instability in the DRC - including armed conflicts in the eastern regions -can disrupt supply at any time. China dominates the processing stage: Chinese companies own or operate the majority of cobalt refineries globally.

ويعمل مصنعو البطاريات الرئيسية مثل تسلا، وبانسونيك، وشركة LG Chem على خفض محتوى الكوبالت في فوسفات الحديد الليثيوم أو الكيمياء ذات النيكل المرتفع، ولكن الطلب من الازدهار لا يزال يفوق جهود استبدال المسافات.

"الطوابع الأرضية المُرتفعة" "الدومين" للصين من الألغام إلى "ماغنيت

والعناصر الأرضية الراقصة ليست نادرة في الواقع، فهي وفرة جيولوجية، ولكنها نادرا ما تتركز في الرواسب القليلة اقتصاديا، والأهم من ذلك أن تجهيز وفصل الجماعات الاقتصادية إلى أكاسيد عالية النقاء يتطلب كيمياء معقدة تتقنها الصين على مدى عقود.

وتسيطر الصين على نحو 70 في المائة من التعدين العالمي النادرة للأرض، وعلى قدرة تجهيز الأرض النادرة الثقيلة (مثلاً، ديسبروسيوم، تربيوم) تستخدم في محركات العجلات ومولدات توربين الرياح، أما بقية العالم فقد كان بطيئاً في تطوير سلاسل الإمداد البديلة: فإن منجم تصاريح الجبال في كاليفورنيا يعمل الآن مرة أخرى تحت ملكية الولايات المتحدة، ولكن تركيزاته لا تزال ترسل إلى الصين لتجهيزها النهائي.

نكل وغرافيت: سيدان من عملة البطارية

إن نيكل حرج بالنسبة للبطاريات الكثيفة الطاقة، وقد برزت إندونيسيا بوصفها أكبر منتج للنيكل في العالم بفضل الودائع الكبيرة في وقت لاحق، ومصانع التجهيز التي تدعمها الصين والتي تنتج ماتا النيكل وفترات الهيدروكسيد المختلطة، غير أن تعدين النيكل في إندونيسيا أثار شواغل بيئية بشأن إزالة الغابات والتلوث.

إن أكبر عنصر من البطاريات الليثيومية التي توردها الصين بالوزن، وهي تمثل نحو 65 في المائة من الرسوم البيانية الملغومة ونحو 100 في المائة من الرسوم البيانية المستخدمة في الأنوف البطارية، ولا يوجد في الولايات المتحدة وأوروبا إنتاج محلي من الرسوم البيانية، مما يجعلها تعتمد كليا على الواردات.

الأثر على تطوير التكنولوجيا

ويؤثر التركيز الجغرافي للمعادن الحرجة تأثيرا مباشرا ومتناميا على تكلفة الابتكار التكنولوجي وسرعةه واتجاهه، ويتخذ الإمداد بهذه المعادن أساسا قيدا على مدى سرعة نشر تكنولوجيات الطاقة النظيفة، أو تحسين الحوسبة، أو تصنيع الإلكترونيات الاستهلاكية.

المركبات الكهربائية وتكاليف البطاريات

أكثر تأثيرات الكهرباء وضوحاً، إنّ عبوات البطارية تمثل ما بين 30 و40 بالمئة من مجموع تكلفة الـ(إي في)

وتتطور كيميائيات البطاريات استجابة لضغوط العرض، إذ إن التحول من تركيبات النيكل - مانغنيز - الكوبالت إلى تركيبات الليثيوم - الفوسفات في العديد من البطاريات ذات النطاق العادي هو استجابة مباشرة لندرة الكوبالت والنيكل، ولا تستخدم البطاريات المميتة الفلورية أي خيارات بديلة وأقل نفقة في الصين، ولكنها تعاني من نقص في الطاقة.

وفيما عدا الكيمياء، يستثمر المصنعون في تكنولوجيات البطاريات البديلة مثل بطاريات الصوديوم - الأسيون، والسوديوم وافٍ ومتوافر على نطاق واسع، ولكن خلايا الصوديوم -يون لديها كثافة طاقة أقل - قد تكون مقبولة لتخزين الشبكة أو المركبات القصيرة المدى.() وقد تم تسويق بطاريات الصوديوم - الأيون في عام 2023 [الضغوط في إنتاجها]، وإذا كان بالإمكان أن تخفض الإمدادات.

البنية التحتية للطاقة المتجددة

كما أن التوربينات الريحية واللوحات الشمسية تعتمد على المعادن الحرجة، كما أن المغناطيسات الدائمة في توربينات الرياح المباشرة تتطلب النيوديمويوم، والبراسيوم، والديسوبروسيوم، وكل الأرض النادرة، وكل ميغاوات من طاقة الرياح البحرية تستخدم ما يتراوح بين ٦٠٠ و ٨٠٠ كيلوغرام من هذه المواد المغناطيسية، وإذا ما قي َّدت الصين صادرات مزرعة ريما، فإنها يمكن أن تعطل فورا.

وتعتمد الألواح الضوئية الشمسية على الفضة في الاتصالات الكهربائية (معكرة السلفر) والنحاس في الأسلاك، وقد انخفضت كثافة الخلايا الفلطية الفضية بنحو 80 في المائة منذ عام 2010، ولكن الطلب من الطاقة الشمسية لا يزال يدفع جزءا كبيرا من الاستهلاك العالمي للفضة، ومن المتوقع أن ينمو الطلب على البنى التحتية للشمس والأشعة السينية بأكثر من مليوني طن سنويا بحلول عام 2030.

Consumer Electronics and Semiconductors

ومثل هذه الهواتف المحمولة وأجهزة البيانات تستخدم كوكتيل من المعادن الحيوية، وتعتمد صناعة شبه الموصلات على الصالة، والألمانية، والسيلكون مع النقاء فوق العالي، وقد وضعت الصين مؤخراً ضوابط تصديرية على رقائق الجاليوم والألمانيوم في عام 2023، مما يبرز ضعف سلاسل الإمداد العالمية.

التحديات والفرص في سلسلة الإمدادات المعدنية الحرجة

ويطرح التوزيع الحالي للمعادن الحرجة ثلاثة تحديات رئيسية هي: التركيز الجغرافي السياسي، والتكاليف البيئية والاجتماعية، وعدم وجود هياكل أساسية لإعادة التدوير، غير أن هذه التحديات نفسها تهيئ فرصا للابتكار والتنويع ونظم أكثر مرونة.

المخاطر الجيوسياسية والقدرة على مواجهة سلسلة الإمدادات

البلدان التي تعتمد بشدة على واردات المعادن الحرجة معرضة للمنازعات التجارية وحصص التصدير وعدم الاستقرار السياسي في الدول الموردة، وقد قامت الصين بتجهيز السلع الأساسية وتحكمها في تجهيز النيكل الإندونيسي (عن طريق الشركات الصينية مثل تسينغشان وهويو) بإعطاءها نفوذا استراتيجيا، واستجابة لذلك، أطلقت الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي مبادرات مثل [FLT:]Minerals Security

على سبيل المثال، يوفر معهد الموارد المعدنية في أمريكا الشمالية ائتمانات ضريبية للبطاريات التي تجمع في أمريكا الشمالية مع المعادن المصدرة من شركاء التجارة الحرة، وهذا ما يدفع بالفعل الاستثمار في مشاريع الليثيوم الأمريكي (مثلاً، تصاريح مرور ثاكر، نيفادا؛ ومرفق كاليفورنيا في ليثيوم) وإعادة تدوير المواد مثل مواد الحطب.

الآثار البيئية والاجتماعية للتعدين

ويمكن أن تترتب على التعدين المعادن الحرجة عواقب بيئية شديدة: نضوب المياه في مسطحات أملاح أتاكاما المستخدمة لاستخراج رشاشات الليثيوم، وإزالة الغابات في إندونيسيا لأغراض تعدين النيكل، والخلفيات السامة الناجمة عن التجهيزات الأرضية النادرة، وفي جمهورية الكونغو الديمقراطية، يرتبط تعدين الكوبالت بالنزاع المسلح وعمل الأطفال.

وتستجيب الصناعة لأساليب استخراج أكثر استدامة، كما أن تكنولوجيات استخراج الليثيوم المباشرة التي تستخدم أجهزة امبراطورية انتقائية أو راتنجات تبادلية لليون يمكن أن تستعيد الليثيوم من الراقصات التي تقل استهلاك المياه وتسرع التجهيز، وهناك عدة محطات تجريبية تابعة للدمى تعمل في الأرجنتين والولايات المتحدة، بالإضافة إلى ذلك، تعتمد شركات التعدين نظماً للإدارة البيئية ISO 14001 وتسعى للحصول على شهادة من Initiance for Responsible MinT.

وعلى الصعيد الاجتماعي، تتعرض الشركات للضغط لضمان عدم استخدام عمال المناجم الحرفيين لعمل الأطفال، والاستفادة من إيرادات التعدين في المجتمعات المحلية.() ويعزز التحالف الكوبالتي في الهواء والمبادرات المماثلة الاستعانة بمصادر مسؤولة.

إعادة التدوير والاقتصاد الدائري

وفي الوقت الراهن، لا يعاد تدوير سوى 1 في المائة من المعادن الحيوية، ويعود انخفاض معدل إعادة التدوير إلى عدم كفاءة جمع المعادن، وعدم وجود عمليات فعالة من حيث التكلفة، وتنوع كيميائيات البطاريات، غير أن إعادة التدوير يمكن أن تقلل بشكل كبير من الحاجة إلى التعدين العذري، وتظهر الدراسات أن إعادة التدوير يمكن أن تلبي بحلول عام 2040 نسبة تصل إلى 25 في المائة من الطلب على الليثيوم و 35 في المائة من طلب الكوبالت إذا ما كان من مقياسات لإعادة تدوير الهياكل الأساسية مناسبا.

شركات مثل مواد الخشب الأحمر (تدعمها الأمازون وفورد) و(لي سيكل) و(أوميكوري) تبني عمليات هيدروميتالوريجينية لاستعادة الليثيوم والكوبالت والنيكل والنحاس من البطاريات المستنفدة، وتطالب شركة ريدوود بأن تستعيد أكثر من 95٪ من المعادن في عبوة البطاريات الليثيوم - الأيون القادمة أيضاً:

استبدال المواد والابتكار

وربما تكون الفرصة الأقوى الطويلة الأجل هي الإحلال، ويقوم الباحثون بوضع مواد جديدة للاستعاضة عن المعادن الشحيحة.

  • Solid-state batteries] could use less or no graphite, increasing energy density while enabling lithium metal anodes.
  • Sodium-ion batteries eliminate lithium entirely, though they have lower energy density.
  • Iron-based superconductors] and ]magnesium diboride] could reduce reliance on rare earths for magnets.
  • Aluminum-air batteries] are being explored for long-range aviation.
  • Carbon nanotube composites could replace copper in some wiring applications.

هذه البدائل ليست مجدية تجارياً بعد على نطاق واسع ولكنها تقلل من المخاطر الاستراتيجية المتمثلة في الإفراط في الاعتماد على معدن واحد أو مورد واحد، والبحوث الممولة من الحكومة (مثل مركز الابتكار للمواد الحرجة التابع لوزارة الطاقة بالولايات المتحدة) تعجل بهذه التطورات.

الطريق: التنوع والدبلوماسية والتصميم

ولا يوجد حل وحيد للتحدي الذي يواجه المعادن الحرجة، بل يلزم الجمع بين الاستراتيجيات:

  1. Diversify supply sources] by opening new mines in geopolitically stable countries (Canada, Australia, Brazil, the U.S., and parts of Africa). This includes invest in exploration and licensing reform.
  2. Build processing capacity] outside of China. Australia is building rare earth processing plants; the U.S. has started constructing lithium refineries; India and South Korea are invest in nickel and cobalt processing.
  3. Strengthen recycling infrastructure] through legislation and public-private partnerships. Countries should mandate bat-back and incentivize closed-loop systems.
  4. Invest in alternative materials] and next-generation battery chemistries. Long-term RD can reduce mineral intensity per wat-hour.
  5. ]Engage in international cooperation ] via trade agreements and resource diplomacy. The Minerals Security Partnership and the EU's agreement with Chile and Namibia are steps in the right direction.

خاتمة

والمعادن الحرجة هي العمود الفقري غير المرئي للتكنولوجيا الحديثة، حيث إن توزيعها العالمي غير المتساوي يخلق الضعف والفرصة على حد سواء، فالكوبالت من سلطات جمهورية الكونغو الديمقراطية التي تملكها هاتفك؛ الليثيوم من شيلي يحرك سيارتك؛ والأرض النادرة من الصين تدور في التوربينات التي تولد الكهرباء النظيفة، ونظراً إلى أن الطلب يرتفع على المركبات الإلكترونية والمتجددة والإلكترونيات، فإن الحاجة إلى سلاسل إمداد آمنة ومستدامة ومتنوعة لم تكن أبداً أكبر.

والبلدان والشركات التي ستنجح هي تلك التي لا تضمن الوصول إلى هذه الموارد فحسب، بل ستستثمر أيضا في إعادة التدوير والاستعاضة والتعدين المسؤول، والمسار إلى الأمام معقد، ولكنه قابل للملاحة، ولا يتعين أن يملي توزيع المعادن الحيوية مصير التكنولوجيا، بل يمكن أن يدار بدلا من ذلك عن طريق الابتكار والتعاون.