Tehnologija koja je suštinski deo čiste energije i buduće ekonomije u velikoj meri se oslanja na kritične minerale. Električna vozila (EV), računari, turbine na vetar, pa čak i odbrambena tehnologija zahtevaju velike količine minerala, što izaziva zabrinutost zbog stabilnosti lanaca snabdevanja i sposobnosti da se zadovolje rastuća potražnja.
Izveštaj IEA objavljen 2021. predviđa da će potražnja za kritičnim mineralima eskalirati u naredne dve decenije, uz povećanje od „40 procenata za bakrene i retke zemljane elemente, 60 do 70 procenata za nikl i kobalt i skoro 90 procenata za litijum.“
Ovaj pomak ka energetskim sistemima i tehnologijama zasnovanim na mineralima predstavljaće drugačiji skup izazova od onih koje predstavlja današnji energetski sistemzasnovan na fosilnim gorivima. Trenutno, primarna briga za rastuću potražnju za kritičnim mineralima je održavanje ponude kako bi se ispunio očekivani bum, posebno kada se uzmu u obzir ambiciozni klimatski ciljevi, i to na bezbedan, pouzdan i održiv način. IEA predviđa da će za ispunjavanje buduće potražnje biti potrebno udvostručiti trenutne mineralne inpute za tehnologiju čiste energije do 2040. Ipak, za postizanje net-nula ciljeva za 2050. biće potrebno šest puta veća količina koja se trenutno koristi na globalnom nivou.
Premošćivanje jaza između potražnje i ponude skrenulo je pažnju na mogućnost
recikliranja kritičnih minerala iz sekundarnih izvora. Dok će tranzicija čiste energije nesumnjivo zahtevati veće eksploatacije, reciklaža će igrati ulogu u održavanju budućeg snabdevanja mineralima. Kao i fosilna goriva, minerali su inherentno ograničeni, tako da će pronalaženje inovativnih načina da se smanji oslanjanje na rudarenje sirovih minerala biti ključno za ispunjavanje budućih zahteva za čistom energijom.
Ali kako će se to postići? Najviše obećavaju dva sekundarna izvora minerala: reciklaža iz otpadnih proizvoda i reciklaža iz jalovine rudničkog otpada.
Recikliranje proizvoda na kraju životnog veka
Primena reciklaže minerala iz proizvoda na kraju životnog veka o kojima se najviše raspravlja jesu baterije za električna vozila. Do 2030. godine, „priliv“ istrošenih baterija iz električnih vozila stvoriće potrebu za snažnom industrijom reciklaže koja bi njima upravljala.
Međutim, izgradnja efikasnih programa za reciklažu električnih vozila mora da prevaziđe značajne prepreke. Postojeće EV baterije rade u ciklusu od 10 do 20 godina, tako da bi moglo potrajati nekoliko decenija dok ih ne bude dovoljno da se stvori dovoljno zaliha za industriju reciklaže. Pored toga, varijabilnost u dizajnu i sastavu baterija, nedostatak postojeće infrastrukture za prikupljanje i proizvodnju i nedostatak podataka o kvalitetu ponovo korišćenih baterija otežava povećanje procesa reciklaže.
Proces reciklaže baterija je takođe još uvek u fazi razvoja. Ekstrakcija minerala iz
korišćenih litijum-jonskih baterija se često dešava kroz hidrometalurgiju – koja uključuje stavljanje katode baterije u rastvor za izdvajanje minerala, ili pirometalurgiju – korišćenjem visokih temperatura za postizanje istog cilja. Relativna složenost i zahtevi ovih procesa znače da je, trenutno, još isplativije iskopavanje novih minerala nego njihovo recikliranje. Preokretanje ove skale zahtevalo bi široku industrijalizaciju procesa reciklaže i velike političke podsticaje. Pored toga, dok se kobalt i nikl mogu stalno ponovo koristiti, još uvek je neizvesno da li će reciklaža umanjiti kvalitet drugih kritičnih minerala.
Ipak, čak i prevazilaženje barijera za ekstrakciju, IEA predviđa da bi „do 2040.
reciklirane količine bakra, litijuma, nikla i kobalta iz istrošenih baterija mogle da smanje kombinovane potrebe primarnog snabdevanja ovim mineralima za oko 10 procenata“.
Ove barijere mogu se pokazati još izazovnijim u drugim oblastima potrošačke
tehnologije gde je recikliranje na kraju životnog veka nedovoljno razvijeno, kao što su slušalice, pametni telefoni, televizori i neodimijumski magneti koji se koriste u vetroturbinama. Postoji velika varijabilnost u količini i kvalitetu ovih sekundarnih izvora minerala. I, kao i EV baterije, ove tehnologije nisu dizajnirane da se recikliraju, što otežava ekstrakciju.
Uprkos preprekama, potrošačka tehnologija ima potencijal da bude veliki sekundarni izvor minerala retkih zemalja (REE), kao i drugih kritičnih minerala.
Trenutno, globalna reciklaža REE i litijuma iznosi oko 0,2 posto i 0,5 posto, respektivno, što je znatno ispod ostalih minerala. Ovi brojevi će rasti kako recikliranje na kraju životnog veka bude dobijalo na snazi i kako tehnologija i proizvodnja budu napredovali, ali politički podsticaji će biti presudni za prevazilaženje ovih početnih prepreka rastu recikliranja na kraju životnog veka.
Recikliranje nusproizvoda procesa rudarenja
Dok je reciklaža minerala na kraju životnog veka dobila najveću pažnju, sve je više istraživanja u vezi sa reciklažom minerala iz rudarske jalovine, sitnozrnastog materijala proizvedenog kao nusproizvod rudarstva. Pojavila se upotreba rudarske jalovine u oblastima kao što su građevinarstvo i proizvodnja cementa, poljoprivreda i druge svrhe, uključujući potencijal za dobijanje kritičnih minerala iz jalovine.
Utvrđeno je da jalovina iz rudnika uglja, gvožđa, uranijuma i boksita sadrži koncentracije kritičnih minerala ekstrahovanih kao nusproizvod procesa rudarenja. Primarna motivacija za traženje minerala iz ove rudničke jalovine je da su troškovi njihove ponovne prerade mnogo niži od sirove ekstrakcije, a ukupan proces za to je mnogo brži.
Postoje obećavajuća istraživanja koja unapređuju identifikaciju ovih sekundarnih
naslaga. U napuštenim rudnicima gvožđa na njujorškim planinama Adirondak, naučnici su analizirali i jalovinu i rudu, otkrivši koncentracije REE do 2,2 odsto za jalovinu i 4,8 odsto za rudu. S obzirom da je odnos otpada i ekstrakcije veliki za retke zemlje, ovi procenti nisu zanemarljivi. Pored toga, istraživanja o reciklaži rudničkog otpada su takođe u toku u Južnoj Africi, Australiji i Švedskoj. Procene se razlikuju, ali vrednost minerala u skladištima jalovine širom sveta je blizu 3,4 triliona dolara.
Ipak, javlja se nekoliko zabrinutosti kada je u pitanju nabavka REE iz rudarske jalovine.
Prvo, kritični minerali koji se nalaze u jalovini su često niskog kvaliteta i variraju u količini. Drugo, metode ekstrakcije kao što su bio i hidrometalurgija, iako su do sada bile uspešne, tek treba da se široko primenjuju. Treće, ne postoji primenljiv sistem za nabavku minerala iz rudarske jalovine, što sprečava da se ova praksa komercijalizuje.
Da bi jalovina iz rudnika bila efikasan sekundarni izvor kritičnih minerala, potrebna su značajna istraživanja i razvoj da bi se razumela njihova ekonomska održivost. Na sreću, ove investicije se pojavljuju u nekim oblastima, uključujući investiciju Ministarstva energetike od 140 miliona dolara u prvu u vrsti rafineriju rudničkog otpada.
Recikliranje u svom globalnom kontekstu
Globalna ulaganja u reciklažu rastu. Vlada SAD je obezbedila zajmove za podsticanje reciklaže, uključujući skoro 2 milijarde dolara Redwood Materials-u za izgradnju svog trenutnog programa, kao i zajam od 375 miliona dolara za fabriku za reciklažu baterija u Njujorku. Južna Koreja, Japan i Kina takođe čine značajne korake ka industrijskoj reciklaži minerala, a EU povećava svoje kapacitete za sakupljanje otpada i reciklažu minerala.
Ipak, dok potreba za recikliranjem minerala raste, što podstiče istraživanje i razvoj koji će pomoći u smanjenju budućeg rudarenja sirovih minerala, to nije panaceja. Kao što je Duncan Wood, potpredsednik za strategiju i nove inicijative u Willson centru, primetio u svom svedočenju pred Senatom SAD, rastuća potražnja će zahtevati veći unos sirovih minerala. Rast industrije reciklaže je, dakle, blisko vezan za rast rudarstva minerala. Ali sadašnja nesposobnost recikliranja kritičnih minerala da zadovolji rast potražnje ne čini to zanemarljivom praksom.
Neizbežni razvoj globalnih mineralnih resursa takođe će doneti značajne ekološke i društvene uticaje, što čini napore da se smanji oslanjanje na eksploataciju sirovih minerala još važnijim. Ekstrakcija minerala sa sobom nosi brojne opasnosti po zdravlje, kao što je zagađenje vazduha rudničkom prašinom ili izloženost opasnim materijalima koji mogu uticati na lokalne zajednice. Rudarstvo takođe ima ekološke posledice, kao što su promena korišćenja zemljišta i zagađenje ekosistema.
Štaviše, rudarenje minerala, posebno neodimijuma i litijuma, zahteva vodu. Prema IEA, preko 50 procenata trenutnih depozita litijuma nalazi se na mestima koja su podložna vodenom stresu, što čini pristup vodi još dinamičnijim u već ranjivom globalnom lancu snabdevanja litijumom. Kako proliferacija kritičnog rudarenja minerala raste, ekološki i društveni uticaji povezani sa rudarstvom će verovatno rasti u tandemu.
Rudarstvo je takođe globalno razvojno pitanje. Razvoj resursa neke zemlje nije uvek vodio širem ekonomskom rastu, održavajući „prokletstvo resursa“. Rast rudarske industrije zemalja u razvoju takođe će ih opteretiti velikim količinama otpada. Samo za REE, svaka izvađena tona takođe stvara 2.000 tona otpada i oko 1 tonu radioaktivnog materijala.
Implementacija kružnih metoda i efikasne politike post-ekstrakcije za rešavanje
rudničkog otpada biće kritična za izbegavanje prethodnih globalnih zamki razvoja
resursa. Čak i marginalno smanjenje eksploatacije sirovih minerala na duži rok moglo bi smanjiti opasnosti sa kojima se suočavaju zemlje koje nabavljaju kritične minerale za globalnu ekonomiju.
Kako se svet kreće ka čistoj energiji, ključno je prepoznati da će rast u reciklaži
minerala samo pratiti fantastično veliki rast rudarstva. Čak i ako reciklaža ne može da reši probleme sa rastućom potražnjom za kritičnim mineralima, ona može poboljšati margine tranzicije na čistu energiju smanjenjem oslanjanja na rudarstvo i samim tim smanjenjem troškova povezanih sa ekstrakcijom.
