Cuộc thảo luận về quá trình khử cacbon đã đưa ra ánh sáng một nhóm nguyên liệu thô trước đây gần như bị bỏ qua. Ngày nay, nếu không có dòng chảy ổn định của những nguồn tài nguyên này, sẽ không thể triển khai năng lượng tái tạo, số hóa nền kinh tế hay điện khí hóa giao thông vận tải, vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu được những gì ẩn sau chuỗi giá trị của chúng. Tóm lại, chúng ta đang nói về các loại khoáng sản có nhu cầu tăng vọt trong khi nguồn cung ngày càng phức tạp vì nhiều lý do, từ các yếu tố địa chất đến căng thẳng thương mại và chính trị. Sự "không phù hợp" giữa những gì thị trường đòi hỏi và những gì thực sự đạt được trong ngành Đó chính là cốt lõi của vấn đề.
Mối quan tâm này không chỉ đơn thuần là về mặt kỹ thuật: còn có sự phụ thuộc bên ngoài, rủi ro địa chính trị và tác động môi trường không thể bỏ qua. Các chính phủ và công ty trên khắp thế giới đã thực hiện các bước để đảm bảo quyền tiếp cận các vật liệu này và thực hiện một cách có trách nhiệm. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để đảm bảo nguồn cung an toàn, bền vững và có tính cạnh tranh. trong thời gian cần thiết do tình trạng khẩn cấp về khí hậu, mà không phải chịu những chi phí không công bằng cho cộng đồng và hệ sinh thái địa phương.
Khoáng sản quan trọng nghĩa là gì?
Nói một cách đơn giản, các nguyên tố quan trọng là những nguyên tố tự nhiên có nhu cầu cao và chuỗi cung ứng dễ bị tổn thương, do tình trạng khan hiếm về mặt địa chất, tập trung về mặt địa lý hay tình trạng tắc nghẽn trong quá trình xử lý. Tính quan trọng không phải là tĩnh: nó thay đổi theo nhu cầu xã hội và nguồn lực sẵn cóvì vậy, một vật liệu có thể chuyển từ chiến lược sang quan trọng và ngược lại khi công nghệ và thị trường phát triển.
Không có định nghĩa nào được chấp nhận rộng rãi, và các thuật ngữ này có sự chồng chéo: chúng ta thường nghe nói đến khoáng sản chiến lược, khoáng sản chuyển đổi năng lượng, hay nguyên liệu thô quan trọng. Mỗi quốc gia hoặc khối kinh tế đều xây dựng danh sách ưu tiên riêng. Ví dụ, Liên minh châu Âu đã công bố danh mục các vật liệu thiết yếu vào năm 2020. bao gồm coban, indi, magie, vonfram, liti hoặc stronti.
Trong số những tên được nhắc lại thường xuyên nhất là nhôm, crom, coban, đồng, than chì, indi, sắt, chì, lithium, niken, kẽm và nhóm được gọi là đất hiếm. Chúng là thành phần thiết yếu cho các công nghệ có tiềm năng tăng trưởng mạnh mẽ và không có sản phẩm thay thế rõ ràng. trong nhiều mục đích sử dụng, điều này làm tăng rủi ro nếu nguồn cung bị gián đoạn.
Ngày nay chúng được sử dụng để làm gì?
Các tính chất hóa học, từ tính và quang học của nó cho phép sản xuất mọi thứ từ điện thoại di động và máy tính đến loa và máy tính bảng, mang lại những cải tiến về hiệu quả, hiệu suất, tốc độ, độ bền và độ ổn định nhiệt. Thiết bị điện tử tiêu dùng và cơ sở hạ tầng kỹ thuật số dựa vào những vật liệu này trong vô số thành phầntừ vi mạch đến nam châm vĩnh cửu.
Vai trò của chúng thậm chí còn quan trọng hơn trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Chúng rất cần thiết cho các tấm pin quang điện, tua-bin gió, và trên hết là pin và hệ thống lưu trữ cho xe điện. Mỗi công nghệ đòi hỏi sự kết hợp và số lượng khác nhau.Năng lượng mặt trời sử dụng nhiều nhôm và đồng; năng lượng gió, sắt và kẽm; năng lượng địa nhiệt, niken và crom; pin điện, than chì, niken và coban.
Nếu chúng ta mở rộng trọng tâm, các công nghệ tương lai khác sẽ phát huy tác dụng: máy điện phân hydro, mạng truyền dữ liệu, máy bay không người lái, robot tiên tiến, điện tử công suất hoặc vệ tinh. Các nghiên cứu gần đây dự đoán mức tăng trưởng hàng năm hai con số cho đến năm 2030 Ở nhiều lĩnh vực này, có sự phụ thuộc đáng kể vào các vật liệu như indi và gali (đèn LED hiệu suất cao), silic (chất bán dẫn) hoặc nhóm kim loại bạch kim — iridi, paladi, bạch kim, rhodi và rutheni— (chất xúc tác và pin nhiên liệu).
Chúng được khai thác từ đâu và ai là người xử lý chúng?
Các mỏ đáng kể được phân bố trên toàn thế giới. Có đồng ở Chile và Peru; lithium ở Úc và Chile; niken ở Indonesia và Philippines; coban ở Cộng hòa Dân chủ Congo; và một lượng lớn các nguyên tố đất hiếm ở Trung Quốc. Sự phân bổ không đồng đều này làm phức tạp thêm vấn đề an ninh nguồn cung và tăng nguy cơ chịu rủi ro địa chính trị..
Khai thác chỉ là một phần của câu chuyện. Quá trình chế biến và tinh chế thậm chí còn tập trung hơn: Trung Quốc dẫn đầu về chế biến nhiều nguyên liệu quan trọng và chiếm hơn 80% sản lượng đất hiếm toàn cầu. Việc kiểm soát liên kết trung gian này làm cho đất nước trở thành trung tâm thần kinh thực sự của thương mại toàn cầu và giải thích những khó khăn mà ngành công nghiệp phải gánh chịu khi dòng chảy bị gián đoạn.
Điều đáng nhớ là những thị trường này thường nhỏ hơn, tập trung hơn về mặt địa lý và ít cạnh tranh hơn so với thị trường hydrocarbon. Thanh khoản thấp hơn làm tăng tính biến động và độ nhạy cảm với các cú sốc quy định hoặc ngoại giao.
Châu Âu và Tây Ban Nha: điểm khởi đầu
Ở châu Âu, sản lượng nội địa các nguyên tố đất hiếm và các vật liệu quan trọng khác còn hạn chế, ngoại trừ một số trường hợp. Đức cung cấp khoảng 8% lượng gali của thế giới; Phần Lan cung cấp khoảng 10% lượng germani; Pháp cung cấp khoảng 59% lượng hafni; và Tây Ban Nha cung cấp khoảng 31% lượng stronti. Bất chấp những đặc điểm chuyên môn hóa này, năng lực của châu Âu vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu của thị trường trong nước..
Để giảm sự phụ thuộc, EU đang thúc đẩy các kế hoạch phát triển một ngành công nghiệp khai thác, chế biến và tái chế khả thi và bền vững. Tại Tây Ban Nha, lòng đất mang đến nhiều cơ hội: tài nguyên lithium đã được xác định ở Cáceres và tài nguyên đất hiếm ở Ciudad Real. Tuy nhiên, thủ tục cấp phép và sự phản đối của xã hội đối với các mỏ mới đang cản trở các dự án.Tuy nhiên, đã có những sáng kiến công và tư tìm kiếm sự đồng thuận để tiến triển.
Nhu cầu và kịch bản trong tương lai
Nếu chúng ta thực sự muốn một hệ thống năng lượng phát thải thấp, chúng ta sẽ cần nhiều khoáng sản hơn, chứ không phải ít hơn. Các dự báo được trích dẫn thường xuyên nhất cho thấy mức tăng hơn 40% về đồng và các nguyên tố đất hiếm, 60-70% về niken và coban, và gần 90% về lithium. Nhìn chung, đến năm 2040, tổng nhu cầu về khoáng sản quan trọng có thể tăng gấp bốn đến sáu lần. trên mức hiện tại.
Trong khi đó, UNCTAD cảnh báo rằng nhu cầu đồng liên quan đến năng lượng tái tạo có thể tăng gấp đôi trong những thập kỷ tới. Với tốc độ sản xuất hiện tại, nó sẽ không đủ để đáp ứng tất cả các nhu cầugây nguy hiểm cho mục tiêu hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 1,5°C nếu đầu tư, đổi mới và hiệu quả vật liệu không được đẩy nhanh.
Công nghệ chính và sự phụ thuộc vào vật liệu
Pin, tua-bin gió, tấm pin mặt trời, máy điện phân và lưới điện công suất cao không được sản xuất từ đầu: bên trong, chúng là một bức tranh khảm các vật liệu chuyên dụng. Indium và gallium hỗ trợ đèn LED tiết kiệm năng lượng; silicon là nền tảng của vi mạch; kim loại nhóm bạch kim đóng vai trò là chất xúc tác và điện cực. Sự phụ thuộc chéo giữa công nghệ và vật liệu Nó giải thích tại sao những sai sót trong kim loại có thể gây nguy hiểm cho toàn bộ chuỗi công nghiệp.
Ngoài các biểu tượng truyền thông (lithium và coban), phạm vi ứng dụng còn rất rộng. Trong số các khoáng chất được trích dẫn thường xuyên nhất trong bối cảnh kim loại chuyển tiếp là bô-xít, cadmium, crom, thiếc, gali, germanium, than chì, indium, mangan, molypden, niken, selen, silic, telua, titan, kẽm và các nguyên tố đất hiếm, cũng như đồng và chì. Sự đa dạng của vật liệu làm phức tạp việc thay thế và buộc chúng ta phải suy nghĩ về các giải pháp cho các ứng dụng cụ thể..
Tính quan trọng được xác định như thế nào?
Để đánh giá tính thiết yếu của một nguyên liệu thô, ba biến số chính được xem xét. Thứ nhất, mức dự trữ và tốc độ bổ sung. Thứ hai, khả năng thực sự thay thế nguyên liệu thô bằng các nguyên liệu khác có hiệu suất tương đương. Thứ ba, tính thiết yếu của nguyên liệu thô trong các lĩnh vực chiến lược và rủi ro gián đoạn chuỗi cung ứng. Khi sự khan hiếm, thiếu các lựa chọn thay thế và sự phụ thuộc cao vào các ngành trùng hợp, rủi ro tăng vọt.
Các nhà hoạch định chính sách công nghiệp châu Âu đã tóm tắt một cách rõ ràng: nếu không có nguồn cung cấp nguyên liệu thô quan trọng an toàn và bền vững, sẽ không có công nghiệp hóa xanh hay số hóa cạnh tranh. Đó chính là logic đằng sau những luật lệ, liên minh và quỹ mới. nhằm bảo vệ quyền tiếp cận các nguồn tài nguyên này.
Tìm dữ liệu đáng tin cậy ở đâu
Thông tin tốt là điều cần thiết để đưa ra quyết định sáng suốt. Cổng dữ liệu mở châu Âu trả về hàng chục nghìn kết quả khi tìm kiếm nguyên liệu thô quan trọng, và bằng cách tinh chỉnh bộ lọc, có thể xác định được các tập hợp liên quan. Đánh giá năm 2020 của Trung tâm Nghiên cứu Chung (JRC) về Nguyên liệu thô Quan trọng đặc biệt đáng chú ý. Thông qua hệ thống RMIS (Hệ thống thông tin nguyên liệu thô), bạn có thể truy cập vào các phân tích được liệt kê trước về nguyên liệu chiến lược, quan trọng và không quan trọng., cùng với việc sử dụng nó trong các công nghệ hỗ trợ.
Một nguồn thiết yếu khác là Cơ sở hạ tầng dữ liệu địa chất châu Âu (thường được gọi là EDGI), với các danh mục và dịch vụ địa chất bao gồm bản đồ về sự xuất hiện của lithium, coban hoặc than chìNhiều bộ dữ liệu này đến từ dự án FRAME, trong đó có sự tham gia của một số tổ chức châu Âu như IGME của Tây Ban Nha và cho phép tải xuống dữ liệu ở các định dạng như GeoJSON. Đây là những nguồn tài nguyên có giá trị để hiểu được vị trí của các nguồn tài nguyên và chúng xuất hiện trong bối cảnh địa chất nào.
Ở cấp độ quốc tế, Cơ quan Năng lượng Quốc tế cung cấp Bộ dữ liệu nhu cầu khoáng sản quan trọng, một cơ sở dữ liệu có thể tải xuống giúp lập các kịch bản và cân bằng cung cầu liên quan đến quá trình chuyển đổi năng lượng. Các nguồn kết hợp này hỗ trợ chẩn đoán mạnh mẽ hơn và có thể so sánh được cho các công ty và cơ quan hành chính.
Tác động môi trường và khai thác mỏ với tiêu chí khí hậu
Khai thác và chế biến có tác động tiêu cực: khai thác lộ thiên tạo ra đá thải, có thể làm ô nhiễm tầng chứa nước bằng kim loại nặng và phá vỡ hệ sinh thái vốn đã mong manh. Hơn nữa, quá trình tinh chế tiêu tốn nhiều năng lượng và nước. Khi sản xuất tập trung ở các quốc gia có quy định về môi trường ít nghiêm ngặt hơn, tác động có xu hướng trở nên tồi tệ hơn.
Trong bối cảnh này, ý tưởng về khai thác "thông minh với khí hậu" đang nổi lên: các kỹ thuật và hoạt động giúp giảm thiểu dấu chân sinh thái và làm cho nhu cầu về khoáng sản phù hợp với việc bảo vệ môi trường. Đây không phải là nhãn hiệu tiếp thị; nó liên quan đến việc thiết kế lại quy trình, đo lường tác động và yêu cầu truy xuất nguồn gốc. trong toàn bộ chuỗi.
Tái chế, kinh tế xoắn ốc và thay thế
Công nghệ hỗ trợ đắc lực. Các quy trình thủy luyện, nhiệt luyện và lọc sinh học đang được mở rộng để tăng tỷ lệ thu hồi và độ tinh khiết, trong khi thiết kế sinh thái hướng đến việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo dỡ và truy xuất nguồn gốc. Việc thay thế vật liệu có chọn lọc cũng đang ngày càng trở nên quan trọng, chẳng hạn như việc chuyển sang hóa chất pin LFP (lithium sắt phosphate) tránh niken và coban, hoặc phát triển pin natri-ion cho các ứng dụng cụ thể.
Quy mô của thách thức này là rất lớn: Ngân hàng Phát triển Quốc tế (IDB) ước tính cần khoảng 3.000 tỷ tấn khoáng sản để hoàn thành quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế ít carbon. Nếu không có những cải tiến đáng kể trong việc tái chế, hiệu quả vật liệu và thay thế, áp lực khai thác sơ cấp sẽ rất cao.
Ứng dụng và thị trường trong quá trình chuyển đổi năng lượng
Điện mặt trời, điện gió, lưới điện và lưu trữ năng lượng là những ngành tiêu thụ nhiều năng lượng nhất, nhưng không phải là duy nhất. Ngành y tế sử dụng bạch kim trong chất xúc tác và thiết bị, than chì được sử dụng trong điện cực và vật liệu chịu lửa, và các nguyên tố đất hiếm giúp tạo ra nam châm hiệu suất cao trong động cơ và máy phát điện. Phạm vi ứng dụng giải thích tại sao nhu cầu đang tăng đồng thời trong nhiều lĩnh vực.
Trong khi đó, thị trường phản ứng với các động lực. Sự gia tăng giá lithium trong những năm gần đây đã làm nổi bật tính nhạy cảm của hệ thống và thúc đẩy đầu tư, cũng như căng thẳng địa chính trị. Phản ứng pháp lý bao gồm các thỏa thuận quốc tế nhằm ổn định chuỗi cung ứng và hài hòa các tiêu chí về môi trường và xã hội.
Quản lý và điều chỉnh có trách nhiệm
Việc giảm thiểu rủi ro đòi hỏi chuỗi cung ứng linh hoạt, quy định rõ ràng và minh bạch. Khung pháp lý phải thu hút đầu tư, phân phối lợi ích công bằng và thiết lập các tiêu chuẩn môi trường và nhân quyền có thể kiểm chứng được. Hệ thống chứng nhận và thẩm định là những thành phần quan trọng để đạt được sự công nhận về mặt xã hội và tiếp cận thị trường.
Về mặt công nghệ, ngành công nghiệp này đang hướng tới mục tiêu giảm hàm lượng coban trong một số ứng dụng nhất định từ khoảng 30% xuống mức gần 10%, thúc đẩy pin LFP và hoàn thiện các lựa chọn dựa trên natri. Càng có nhiều giải pháp kỹ thuật đáng tin cậy thì mức độ tiếp xúc với một loại vật liệu đơn lẻ sẽ càng thấp..
Về phần mình, các chính phủ đang xây dựng các liên minh như thỏa thuận về khoáng sản quan trọng giữa EU và Hoa Kỳ, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho thương mại và đảm bảo vật liệu cho công nghệ sạch. Ngoại giao kinh tế đã trở thành một yếu tố quan trọng như địa chất..
Châu Mỹ Latinh trên bản đồ chuyển đổi
Địa lý của nhiều nguồn tài nguyên này chồng lấn với các vùng lãnh thổ có sự phong phú sinh học và văn hóa cực kỳ cao. Ví dụ như Amazon hay các cánh đồng muối Andes. Một phần đáng kể của việc khai thác tập trung ở Nam bán cầuDo đó, quản trị và sự tham gia của địa phương tạo nên sự khác biệt giữa cơ hội và xung đột.
Các sản phẩm đáng chú ý trong khu vực bao gồm: Argentina (lithium), Bolivia (lithium), Chile (đồng và molypden, ngoài lithium), Brazil (nhôm, bô-xít, lithium, mangan, đất hiếm, titan), Colombia (niken), Mexico (đồng, thiếc, molypden, kẽm) và Peru (thiếc, molypden, kẽm)Chương trình nghị sự quốc tế đã làm cuộc tranh luận leo thang, với các khuyến nghị từ một nhóm chuyên gia của Liên hợp quốc về quản lý công bằng và bền vững cùng các phiên điều trần gần đây trước IACHR về tác động môi trường và xã hội.
Đất hiếm: chúng thực sự là gì
Thuật ngữ "nguyên tố đất hiếm" bao gồm 16 nguyên tố: nhóm lanthanide (từ lanthanum đến lutetium) cộng với yttri, do tính chất hóa học tương tự của chúng. Các nguyên tố này bao gồm scandium, yttri, lanthanum, xeri, praseodymi, neodymi, samari, europi, gadolinium, terbi, dysprosi, holmium, erbi, thuli, ytterbi và lutetium. Thuật ngữ "hiếm" không có nghĩa là chúng hầu như không tồn tại trong lớp vỏ Trái ĐấtThách thức là chúng thường không tập trung ở các mỏ dễ khai thác và việc phân tách chúng rất phức tạp.
Tầm quan trọng của nó nằm ở vai trò trong nam châm vĩnh cửu, phốt pho cho màn hình, chất xúc tác và nhiều ứng dụng trong điện tử và năng lượng. Chuỗi giá trị đòi hỏi quá trình xử lý và tinh chế chuyên môn caoĐiều này làm tăng rào cản gia nhập và sự phụ thuộc vào một số ít tác nhân.
Thuật ngữ chuyển tiếp và danh mục vật liệu
Ngoài những nguyên liệu đã đề cập ở trên, công nghệ năng lượng tái tạo thường bao gồm bô-xít, cadmium, crom, thiếc, gali, germani, than chì, indi, mangan, molypden, niken, selen, silic, telua, titan và kẽm, cùng với đồng, liti, coban và các nguyên tố đất hiếm. Đối với mục đích sử dụng gần đúng:
- Công nghệ năng lượng mặt trời: bô-xít, cadimi, thiếc, germani, gali, indi, selen, silic, telua, kẽm.
- Lắp đặt điện: đồng.
- Năng lượng gió: bô-xít, đồng, crom, mangan, molypden, đất hiếm, kẽm.
- Lưu trữ năng lượng: bô-xít, coban, đồng, than chì, liti, mangan, molypden, niken, đất hiếm, titan.
- Pin: coban, than chì, liti, mangan, niken, đất hiếm.
Trong chăm sóc sức khỏe và công nghệ cao, bạch kim nổi bật với khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt độ cao, được sử dụng trong chất xúc tác và thiết bị y tế. Than chì, ngoài vai trò là cực dương của pin, còn được sử dụng trong điện cực, chất bôi trơn và vật liệu chịu lửa.Sự đa dạng theo ngành này đòi hỏi phải theo dõi nhiều chuỗi giá trị song song.
Thị trường, chính sách công nghiệp và dữ liệu để quyết định
Sự kết hợp giữa tình trạng khan hiếm địa chất tương đối, sản xuất tập trung, chế biến phức tạp và nhu cầu ngày càng tăng tạo nên tính dễ bị tổn thương. Đây là lý do tại sao đầu tư và đổi mới sáng tạo đã trở thành ưu tiên chính sách kinh tế ở EU, Hoa Kỳ, Úc và các quốc gia khác. Nếu không có kế hoạch và dữ liệu mở chất lượng, các quyết định sẽ được đưa ra quá muộn hoặc dựa trên trực giác..
Hệ sinh thái dữ liệu châu Âu—với RMIS của JRC và cơ sở hạ tầng địa chất EDGI—cùng với các nguồn lực của IEA đang giúp chuẩn hóa chẩn đoán, so sánh các kịch bản và ưu tiên các điểm nghẽn. Việc có các chuỗi đồng nhất và có thể theo dõi sẽ làm giảm sự không chắc chắn dành cho cơ quan quản lý và nhà đầu tư.
Tây Ban Nha, với tiềm năng khai thác mỏ và năng lượng tái tạo, mong muốn đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng châu Âu tự chủ và bền vững hơn. Chìa khóa ở đây là phải dung hòa các cơ hội công nghiệp với các đảm bảo về xã hội và môi trường., áp dụng các tiêu chuẩn khắt khe và cơ chế tham gia tại các vùng lãnh thổ.
Quá trình chuyển đổi năng lượng không chỉ xoay quanh kilowatt xanh: nó còn đòi hỏi sự chuyển đổi về nguyên liệu thô. Với chuỗi cung ứng đa dạng, cải thiện khả năng tái chế, thay thế thông minh và hợp tác quốc tế, Có thể giảm thiểu rủi ro và đẩy nhanh quá trình khử cacbon mà không bỏ lại bất kỳ ai phía sau..
