W obliczu napięć geopolitycznych, utrudnionego wydobycia i rosnącego popytu, Europa powinna znaleźć sposoby na skuteczny odzysk metali ziem rzadkich oraz redukcję potrzeby ich wydobycia.
Czym są metale ziem rzadkich i dlaczego są tak ważne?
Metale ziem rzadkich (ang. rare-earth elements), wbrew obiegowym opiniom, wcale nie są rzadkie w skorupie ziemskiej. Do tej grupy zalicza się skand, itr, lantan, cer, prazeodym, neodym, promet, samar, europ, gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb i lutet. Swoją REE nazwę zawdzięczają występowaniu w złożach o niedużej koncentracji. Niska zawartość metali z tej grupy w minerałach podnosi koszty ich wydobycia i przetwarzania, co z kolei przekłada się na małą dostępność rynkową.
Problem pogłębia fakt, że większość ich zasobów zlokalizowana jest w obszarach niestabilnych politycznie (Afganistan, kraje afrykańskie czy stająca się przedmiotem sporu między Amerykanami a Duńczykami Grenlandia) lub na terenie państw będących głównymi graczami w globalnym wyścigu gospodarczym i militarnym (Chiny, Rosja, Indie i USA).
Pierwsze zakłócenia dostaw mogą wystąpić już niedługo. Chiny ogłosiły bowiem, że od 8 listopada zaczną obowiązywać ograniczenia w eksporcie holmu, erbu, tulu, europu i iterbu. Restrykcje mają objąć technologie i materiały wykorzystywane do przetwarzania tych pierwiastków w celi produkcji m.in. magnesów czy akumulatorów.
Ograniczona podaż metali ziem rzadkich idzie w parze z rosnącym popytem na pierwiastki z tej grupy. Zapotrzebowanie generują wiodące i szybko rozwijające się branże – automotive (zwłaszcza sektor elektrycznych samochodów), lotnictwo, elektronika, energetyka i obronność.
Zastosowanie metali ziem rzadkich w nowoczesnym przemyśle
Metale ziem rzadkich są niezbędne dla działania nowoczesnej energetyki. Neodym i dysproz odgrywają ważną rolę w produkcji magnesów do generatorów turbin wiatrowych. W fotowoltaice itr, lantan i cer są aś stosowane w ceramicznych kondensatorach oraz w powłokach paneli fotowoltaicznych, poprawiając ich wydajność i trwałość. REE wykorzystuje się ponadto systemach magazynowania nadwyżek energii z OZE. Popyt na metale ziem rzadkich w tym sektorze do 2040 może wzrosnąć nawet siedmiokrotnie.
W branży IT metale ziem rzadkich są niezbędne do produkcji wielu urządzeń elektronicznych. Neodym jest powszechnie używany w magnesach do dysków twardych, głośników i mikrofonów. Europ i terb umożliwiają z kolei produkcję wyświetlaczy LED i LCD o wysokiej jakości obrazu oraz oświetlenia energooszczędnego. W komunikacji światłowodowej i systemach obliczeniowych REE są stosowane w celu poprawy przewodnictwa i odporności na zakłócenia.
Równie duże znaczenie REE mają w elektromobilności. W silnikach pojazdów elektrycznych (EV) wykorzystywane są do produkcji magnesów neodymowych zapewniających odpowiednią efektywność i moment obrotowy. Lantan i cer stosuje się w bateriach NiMH (niklowo-metalowo-wodorkowych). W 2024 roku zapotrzebowanie na REE w branży EV przekroczyło 830 tysięcy ton, a prognozy na kolejne lata wskazują na dalszy wzrost.
Recykling metali ziem rzadkich – nowy fundament gospodarki surowcowej?
Recykling metali ziem rzadkich nie tylko zmniejsza uzależnienie od importu (głównie z Chin, kontrolujących ponad 90 proc. rynku), ale także minimalizuje wpływ na środowisko. Wydobycie metali ziem rzadkich z rud, czyli minerałów takich jak bastnazyt czy monacyt, jest ponadto procesem skomplikowanym i bardzo kosztownym. Wymaga eksploracji wciąż nowych złóż, co wiąże się z wysokimi nakładami inwestycyjnymi. Rozwój nowej kopalni może kosztować setki milionów dolarów i trwać lata, przyczyniając się do degradacji lokalnego ekosystemu.
Pozyskanie REE z rud wiąże się z generowaniem dużych ilości odpadów niebezpiecznych. Koszty rosną także ze względu na rosnące regulacje środowiskowe i geopolityczne napięcia, czyniąc ten model coraz mniej zrównoważonym.
Odzysk REE z odpadów takich jak zużyte baterie, magnesy czy elektronika, jest pozbawiony tych wad. Eksperci szacują, że do 2050 recykling z e-odpadów może zredukować potrzebę nowego wydobycia nawet o 40 proc. Procesy hydrometalurgiczne i pirometalurgiczne umożliwiają odzysk do 95 proc. metali przy niższym zużyciu energii (nawet 180 MJ mniej energii na kg). Recykling odpadów elektronicznych i baterii powinien więc – tak jak w przypadku opakowań – stać się jednym z fundamentów zielonej transformacji unijnej gospodarki.
Co powstaje z recyklingu metali i jak wygląda ten proces?
Nowoczesne metody recyklingu pozwalają odzyskać nie tylko REE, ale też metale szlachetne. Źródłem tych drugich jest przede wszystkim elektronika, biżuteria i części samochodowe (np. katalizatory). Sam proces jest prostszy i bardziej opłacalny niż w przypadku metali ziem rzadkich. Złoto, srebro czy platyna występują w wyższych stężeniach i są łatwiejsze do separacji, a technologie takie jak hydrometalurgia (rozpuszczanie w kwasach) i pirometalurgia (topienie w wysokich temperaturach) umożliwiają odzysk nawet 99 proc. materiału.
Dzięki recyklingu metali szlachetnych i REE pozyskuje się surowce wykorzystywane później w produkcji różnych komponentów. Z odzyskanego neodymu i dysprozu produkuje się magnesy neodymowe do silników elektrycznych i turbin wiatrowych. Recykling baterii pozwala odzyskać kobalt, nikiel i lit, które są używane do produkcji nowych ogniw.
Wyzwania technologiczne i ekonomiczne recyklingu metali ziem rzadkich
Recykling metali ziem rzadkich jest bardziej wymagający ze względu na ich niskie stężenia w odpadach i podobieństwo chemiczne utrudniające separację. REE odzyskuje się głównie z e-odpadów, baterii litowo-jonowych i silników elektrycznych. Konieczne jest więc zastosowanie zaawansowanych procesów separacji, takich jak chromatografia czy elektroliza. W Polsce rozwijane są metody odzysku REE z baterii umożliwiające odzyskanie do 95 proc. metali zawartych w odpadach.
Problemem okazują się także fluktuacje cen REE i brak infrastruktury i łańcuchów dostaw. Poza Europą sieć zbierania odpadów i przetwarzania nie działa zbyt skutecznie, co skutkuje niską globalną stopą recyklingu (poniżej 10 proc.), a uzależnienie od importu z Chin zwiększa podatność gospodarek od wahań geopolitycznych.
Potencjał Polski w odzysku i recyklingu metali ziem rzadkich
Na tle Europy i świata potencjał Polski w odzysku i recyklingu metali ziem rzadkich wypada naprawdę dobrze. W naszym kraju działa m.in. Battery & E-Scrap Recycling Park. Należący do Wastes Service Group obiekt w dolnośląskim Wszemirowie to jeden z najnowocześniejszych zakładów recyklingu w Europie Środkowej. Specjalizuje się w odzysku metali krytycznych z akumulatorów i baterii oraz sprzętu elektronicznego, a nowoczesny park maszynowy i zastosowanie technologii Przemysłu 4.0 gwarantują bezpieczeństwo i efektywność procesów.
Bezpieczeństwo polskiego przemysłu i energetyki w obliczu geopolitycznych napięć zapewnią też inne inwestycje – np. projekt recyklingowy POLVOLT. Efektywność zbiórki odpadów zawierających najważniejsze metale zapewniają krajowe i unijne regulacje, nakładające na producentów i konsumentów obowiązki zapobiegające ich ubywaniu z systemu. Należą do nich np. prowadzenie ewidencji w Bazie Danych o Odpadach oraz Rozszerzona Odpowiedzialność Producenta.
Metale ziem rzadkich to jeden z fundamentów współczesnej gospodarki. Rozwój skutecznych metod odzysku w najbliższych dekadach staje się więc coraz ważniejszy. Dla Polski to ogromna szansa – inwestycje w nowoczesny recykling, technologie separacji i budowę krajowego łańcucha wartości REE pozwolą uniezależnić się od importu, zwiększyć bezpieczeństwo surowcowe i wzmocnić pozycję w europejskiej transformacji energetycznej.