הפצת מינרלים קריטיים והשפעתם על הטכנולוגיה המודרנית

לכל אחד מהמינרלים הללו יש ריכוז גיאוגרפי ייחודי, יצירת פרצות ספציפיות.הפרעה באזור אחד יכולה לעגל באמצעות רשתות אספקה גלובליות.

הפצה גלובלית של מינרלים קריטיים

ההפצה של מינרלים קריטיים אינה אקראית - היא נשלטת על ידי גיאולוגיה.קובאט-עשירים פיקדונות בצורת אקלים טרופי; ליתיום מתרכזת בחדות מלח (שלס) של האנדים וב pegmatites רוק קשה של אוסטרליה; אדמה נדירה נמצאים בפחמניאטים ומצעים ion-adsorptions, במיוחד בדרום סין.

קביעה גיאולוגית זו פירושה ש קומץ מדינות שולטות ברוב הרזרבות והייצור.הסעיפים הבאים מפורטים את דפוסי הריכוז של המינרלים המשפיעים ביותר.

ליתיום: הנפט "לבן" של המאה ה-21

ליתיום נקרא לעתים קרובות שמן חדש בשל תפקידו המרכזי במעבר האנרגיה.ה-FLT:0Lithium TriangleFLT:1 המכס חלקים מצ'ילה, ארגנטינה, ובוליביה מחזיק כ-60% מהמאגרים של ליתיום גלובליים.עם זאת, הייצור הנוכחי נשלט על ידי אוסטרליה (הכרה של רוק-רוק spodumene) וצ'ילה (התתתתולבת).

בשנת 2023, אוסטרליה היווה כ-47% מהייצור העולמי של ליתיום, ואחריו צ'ילה (30%), סין (14%), וארגנטינה (5%) בינתיים, בוליביה יש משאבים לא צפויים, אך מבחינה פוליטית וטכנית יש ייצור מוגבל.

הסוכנות לאנרגיה הבינלאומית (IEA) מתכננת את LILT:1 (הביקוש העולמי לליתיום יכול להגדיל את פי 40 על ידי 2040 תחת תרחיש אפס נטו.זה מציב לחץ עצום על מכרות קיימות ומזרז את חקר בתחומים חדשים כגון מקסיקו, גרמניה וארצות הברית.

קובלט: השפעת ה-DRC

הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו (DRC) היא לחגור מה סעודיה לנפט. בשנת 2022, ה-DRC הפיק כ-73% מהקובלט בעולם, עם הרוב המכריע מגיע מכרות נחושת בקנה מידה גדול במחוז קאטנגה הדרומי. יותר מ 15% מיוצר גם על ידי מכורים אמנותיים בתנאים מסוכנים לעתים קרובות.

ריכוז זה נושא סיכונים משמעותיים.(FLT:0 Human Rights Abuses, כולל ילדים עובדים FLT:1, תועדו בכרייה של קובלט-גזעי.ג'ו-פוליטית ב-DRC – כולל סכסוכים מזוינים באזורים המזרחיים – יכולים לשבש אספקה בכל עת.סין שולטת בשלב העיבוד: חברות סיניות בעלות או להפעיל את רוב הזיכוכים הכפופים בעולם.

יצרני סוללות גדולים כמו טסלה, Panasonic, ו LG Chem עובדים כדי להפחית את התוכן cobalt בקטדות שלהם (העברה ל-Lithium ברזל pupt או כימאים גבוהים), אבל הביקוש של ה- EV עדיין מחוץ למאמץ החלפת.

יסודות נדירים: השליטה הסינית שלי למגנט

יסודות נדירים של כדור הארץ אינם נדירים באמת – הם בשפע גיאולוגי אך רק לעתים רחוקות מרוכזים בפקדות שניתן לכרות כלכלית. יותר חשוב, העיבוד וההפרדה של ריבס לפחמות גבוהה דורשות כימיה מורכבת שסין הפכה למושלם במשך עשורים.

סין שולטת בכ-70% מהכריית כדור הארץ הנדירה בעולם ו-90% מיכולת העיבוד של אדמה נדירה כבדה (למשל, דיפרפרוזיום, terbium) בשימוש במנועי EV ובגנרטורים ברוח.שאר העולם היה איטי לפתח שרשראות אספקה חלופיות: הר מעבר מוקשים בקליפורניה פועל כעת שוב תחת בעלות אמריקאית, אך מתרכזים עדיין נשלחים למעבדה של סין לדרגה חדשה, אך ורק לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כך הודיעה על ידי עיבוד של 1FENFEN, אשר יבוטל, אך ורק לאחרונה, על ידי עיבוד חדש, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, על ידי עיבוד של 1.

ניקל וגרפנט: שני צדים של מטבע הסוללה

ניקל הוא קריטי עבור סוללות בעלות אנרגיה גבוהה.אינדונזיה התפתחה כמפיק ניקל הגדול בעולם הודות לפקדות מאוחרות גדולות וצמחי עיבוד סינים שמפיקים צ'אט ודלקת hydroxide מעורב.עם זאת, כריית ניקל באינדונזיה העלו חששות סביבתיים על פני פיזור זיהום וזיהום.

גרפיטי - המרכיב הגדול ביותר של סוללה ליתיום-יון על ידי משקל - מסופק מאוד על ידי סין.סין חשבונות עבור כ-65% של גרפן ממוקש וכמעט 100% של הגרפן הספירי המשמש ברקמות סוללות.ארה"ב ואירופה אין ייצור מקומי של גרפיט מפופרי, מה שהופך אותם להסתמכות לחלוטין על יבוא.

השפעה על פיתוח טכנולוגיה

הריכוז הגיאוגרפי של מינרלים קריטיים יש השפעה ישירה והולכת וגוברת על העלות, המהירות והכיוון של חדשנות טכנולוגית.בעיקר, אספקת מינרלים אלה פועלת כמגבלה על כמה מהר אנחנו יכולים לפרוס טכנולוגיות אנרגיה נקיות, מחשוב מראש או לייצר אלקטרוניקה לצרכנים.

מכוניות חשמליות ועלויות סוללה

ההשפעה הגלויה ביותר היא על כלי רכב חשמליים.חבילות סוללה מייצגות כ -30-40% מהעלות הכוללת של EV. Lithium, cobalt, וחשבון ניקל עבור חלק משמעותי של עלות זו.כאשר מחיר של ליתיום פחמיון ירד ליותר מ 80,000 דולר לטון בינוני בסוף 2022, עלות הבנייה של EV עלות בהתאם, מה שחייב את הרכב להעלות מחירים או להפחית את שולי.

כימיה סוללה מתפתחת בתגובה למגבלות אספקה.השינוי מ- ניקל-מנדנגאן-קובלט (NMC) לנוסחאות ל-Lethium-iron-Plock (LFP) ב-TS סטנדרטיות רבות הוא תגובה ישירה למחסור בקובאט ניקל (NMC) לסוללות LFP אין שימוש בסוללות ל-Cobalt ו-Laer ניקל פחות, אך הן סובלות מדחיסות אנרגיה נמוכה יותר.

מעבר לכימיה, יצרנים משקיעים בטכנולוגיות סוללות חלופיות כגון סוללות נתרן-יון.סוליום הוא בשפע וזמין נרחב, אבל תאי נתרן-יון יש צפיפות אנרגיה נמוכה יותר - אשר עשויים להיות מקובלים על אחסון רשת או כלי רכב לטווח קצר.ה-Sodium:0 הראשון סוללות נתרן-יון היו ממוסחרים ב-2023FLT:1, ואם בקנה מידה הייצור, הם יכולים להפחית את הלחץ על ליתיום ואספקה משותפת.

תשתיות אנרגיה מתחדשת

טורבינות רוח ופאנלים סולאריים תלויים גם במינרלים קריטיים.מגנטים קבועים בטורבינה רוחית ישירה דורשים ניאודימיום, praseodymium, dysprosium ו-terbium - כל אדמה נדירה.כל מגהוואט של יכולת רוח offshore משתמש בערך 600 עד 800 ק"ג של חומרים מגנטיים אלה.אם סין מגבילה REE, זה מיד יכול לעכב מתקני רוח ברחבי העולם.

לוחות פוטו-וולטאיים סולאריים (PV) מסתמכים על כסף עבור מגעים חשמליים (Silver paste) ונחושת עבור חיפוש.עוצמת הכסף של תאי PV מופחתת בכ-80% מאז 2010, אך הביקוש מהשמש עדיין מניע חלק משמעותי של צריכת כסף גלובלית. הביקוש לשומן סולארי וטעינה תשתית EV צפוי לגדול על ידי יותר מ 2 מיליון טון בשנה עד 2030.

מוצרי אלקטרוניקה ו Semiconductors

סמארטפונים, מחשבים ניידים ומרכזי נתונים משתמשים בקוקטייל של מינרלים קריטיים.תעשיית המוליכים למחצה מסתמכת על הריבון, גרמניה, נתרן וסיליקון עם טוהר גבוה יותר.סין הציבה לאחרונה בקרדי יצוא על גליום וגרמניה ב-2023, תוך הדגשת הפגיעות של רשתות אספקה שבבים.גליום הוא תוצר לוואי של אלומיניום, וסין מייצרת כ-80% מהגליום של מערכות הגלריות בעולם יכול להפריע להגבלות של פחמן, שבבים, שבבים, שבבים, שבבים, שבבים, מוליכים למחצה.

אתגרים והזדמנויות בשרשרת האספקה המינרלית הקריטית

ההפצה הנוכחית של מינרלים קריטיים מציגה שלושה אתגרים עיקריים: ריכוז גיאופוליטי, עלויות סביבתיות וחברתיות, וחוסר תשתית מחזורית.עם זאת, אתגרים אלה יוצרים הזדמנויות לחדשנות, לגוון ולמערכות נוספות.

סיכונים גאופוליטיים וחוסנות שרשרת אספקה

(המדינות הנתמכות בכבדות על יבוא של מינרלים קריטיים הן פגיעות לסכסוכים, לכסות יצוא ולחוסר יציבות פוליטית במדינות הספק.הקרוב למונופול על עיבוד REE ועל שליטתה על עיבוד ניקל אינדונזי (באמצעות חברות סיניות כמו Tsingshan ו-Huaah You) נותן לו מינוף אסטרטגי של ארה"ב והאיחוד האירופי פתחו יוזמות כמו LTF:0alsreasivation Partnership (F) ו-Fductionsiveation in the Council to Reduction and the Reduction and the Council to Reduction and EU)

לדוגמה, ה-IRA מספק זיכויים מס עבור סוללות שנאספו בצפון אמריקה עם מינרלים שמקורם שותפים מסחריים חינם.זה כבר מניע השקעות בפרויקטים ליתיום בארה"ב (למשל, Thacker Pass, נבדה; Lithium Americas' California Factory) ומחזור סטארט-אפים כמו Redwood Materials.

השפעות סביבתיות וחברתיות של Mining

מינון מינרלים קריטיים יכול להיות השלכות סביבתיות חמורות: מים מתפלים בדירה מלח אטאקמה המשמש לייצור ליתיום ריאה, פיזור באינדונזיה עבור כריית ניקל, ו זנבות רעילים מעיבוד נדיר של כדור הארץ.

התעשייה מגיבה עם שיטות מיצוי בר קיימא יותר.טכנולוגיות ליתיום ישירות (DLE) המשתמשות במזכרים סלקטיבית או ion-exchange resins יכול לשחזר ליתיום מלוטש עם צריכת מים נמוכה יותר ועיבוד מהיר יותר. כמה צמחי טייס DLE פועלים בארגנטינה ובארצות הברית בנוסף, חברות כריית מאמצות מערכות ניהול סביבתי ISO 14001 ומחפשים הסמכה מ-Fal Reponsive for Resurative (MAFal Reponsative Resurance for Reduction for Revision) עבור 1.

חברות נמצאות תחת לחץ להבטיח כי מכורים לא ישתמשו בעבודת ילדים וכי קהילות מקומיות נהנה מהכנסות כרייה.

מחזור וכלכלה מעגלית

כיום, רק כ-1% מהמינרלים הקריטיים ממוחזרים.קצב המיחזור הנמוך נובע מיעילות איסוף, חוסר תהליכים יעילים בעלות, ומגוון כימאים של סוללות.עם זאת, מחזור יכול להפחית באופן דרמטי את הצורך בכריית בתולות.מחקרים מראים כי עד 2040, מחזור מחזור יכול לעמוד עד 25% של הביקוש ליתיום ו -35% של צריכת הכפלה אם מחזור מחדש של תשתיות כראוי.

חברות כמו Redwood Materials (מגובה על ידי אמזון ופורד), Li-Cycle, ו- Umicore בונים תהליכים הידרומטריים כדי ליייפוךיום, cobalt, ניקל ונחושה מסוללות מובזבזות. Redwood טוען כי תהליך זה יכול לשחזר מעל 95% מהמתכות בחבילה ליתיום-יון-יון-ליי"חיטה מחדש מגיעה גם היא: ה-F החדש של האיחוד האירופי: תקנה 16%) המכילהחומר חדש, כולל תוכן ראשוני, כולל 1-85%, כולל 1-1, 0001, כולל סוללה.

החלפת חומרים וחדשנות חומרית

אולי ההזדמנות הגדולה ביותר לטווח ארוך היא החלפת חומרים חדשים כדי להחליף מינרלים נדירים.

• (FLT:0) סוללות של מדינתיות FLT:1ir יכול להשתמש פחות או לא גרפיט, צפיפות אנרגיה מוגברת תוך מתן שרידים מתכת ליתיום.
• (ב) ,0) סוללות סויום-יון (Sodium-ion סוללות FLT:1) מבטלות את ליתיום לחלוטין, אם כי יש להם צפיפות אנרגיה נמוכה יותר.
• (ב) ,0) מוליכים על-פי-על מבוססי-על-פי-על (FLT:1 ;2magnesium diborideFLT 3: 3) יכולים להפחית את ההסתמכות על אדמה נדירה עבור מגנטים.
• (ב) ,0) סוללות אלמנומנמיות אוויריות (FLT:103) נחקרות עבור תעופה ארוכת טווח.
• (ב) ,0) ,Carbon nanotube מורכב מ-FLT:1 יכול להחליף נחושת ביישומים מסוימים.

תחליף זה עדיין לא בר קיימא מבחינה מסחרית בקנה מידה, אבל הם להפחית את הסיכון האסטרטגי של תלות יתר על המידה על מינרל יחיד או ספק. מחקר במימון ממשלתי (כגון משרד הבריאות האמריקאי של משאבי אנרגיה קריטיים חדשנות Hub) מאיץ את ההתפתחויות האלה.

הדרך קדימה: פיזור, דיפלומטיה ועיצוב

אין פתרון יחיד לאתגר המינרלים הקריטיים.יש צורך בשילוב של אסטרטגיות:

1. (FLT:0) מינוף מקורות אספקה 1:1 על ידי פתיחת מכרות חדשות במדינות יציבות גיאופוליטית (קנדה, אוסטרליה, ברזיל, ארה"ב וחלקים מאפריקה) כולל השקעה ברפורמה של חקר ורשיון.
2. אוסטרליה מייצרת צמחי עיבוד נדירים; ארה"ב החלה לבנות זיכוך ליתיום 1 מחוץ לסין.
3. (FLT:0) חיזוק תשתיות מחזור 1:1) באמצעות חקיקה ושותפויות ציבוריות פרטיות.מדינות צריכות לחייב סוללות משיכת-back ולהגדיל את מערכות ה-Ap סגורות.
4. (FLT:0) Invest בחומרים חלופיים FLT:1ir ו- Next-דור סוללות כימאים.R&D לטווח ארוך יכול להפחית את עוצמת המינרלים לוואט שעות.
5. (FLT:0Engage in Internationalventing שיתופי פעולה בינלאומייםFLT:1 באמצעות הסכמי סחר ודיפלומטיה משאבים.שותפות לאבטחת מינרלים והסכם האיחוד האירופי עם צ'ילה ונמיביה הם צעדים בכיוון הנכון.

מסקנה

מינרלים קריטיים הם עמוד השדרה הבלתי נראה של הטכנולוגיה המודרנית.הההפצה העולמית שלהם יוצרת הן פגיעות והזדמנות. קובלט מ-DRC מאלץ את הטלפון שלך; ליתיום מצ'ילה מעביר את המכונית; אדמה נדירה מסין לסובבה את טורבינות שיוצרות חשמל נקי.

המדינות והחברות שהצלחתן תהיה אלה שלא רק יהיו נגישות בטוחה למשאבים אלה אלא גם להשקיע במיחזור, החלפת נכסים וכריית אחריות.הדרך קדימה מורכבת, אלא גם היא בלתי אפשרית.ההפצה של מינרלים קריטיים אינה חייבת להכתיב את גורל הטכנולוגיה – ניתן לנהל אותה באמצעות חדשנות ושיתוף פעולה.