Как построить экономику замкнутого цикла за редкие

Юн Гэн — профессор экологического менеджмента в Школе экологических наук и инженерии Шанхайского университета Цзяо Тонг, Шанхай 200240, Китай.

Вы также можете найти этого автора в PubMed Google Scholar.

Джозеф Саркис — профессор менеджмента Вустерского политехнического института, Вустер, Массачусетс, США, и заведующий кафедрой TEC-LOGd в Политехническом университете Верхней Франции в Валансьене, Франция.

Вы также можете найти этого автора в PubMed Google Scholar.

Раймунд Бляйшвиц — научный директор Центра тропических морских исследований Лейбница (ZMT), Бремен, Германия.

Вы также можете найти этого автора в PubMed Google Scholar.

Редкоземельные элементы можно извлечь из электронных отходов. Фото: Кристоф Аршамбо/AFP через Getty

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

Существует ключевая химическая связь между многими технологиями, которые будут способствовать гонке за нулевыми выбросами углекислого газа. Солнечные элементы используют неодим, диспрозий и тербий для эффективного преобразования солнечного света в энергию. Люминесценция светоизлучающих диодов зависит от европия и диспрозия. Неодим и самарий входят в состав мощных магнитов, используемых в ветряных турбинах и электродвигателях. Все эти элементы входят в группу из 17 «редкоземельных элементов» — 15 лантаноидов в периодической таблице, от лантана до лютеция, а также скандия и иттрия.

Спрос на редкоземельные элементы (РЗЭ) быстро растет. Например, для производства одного мегаватта ветровой энергии требуется около 170 килограммов РЗЭ1, чего достаточно для снабжения около 900 домов на северо-востоке США. По прогнозам, глобальное использование этих элементов вырастет в 5 раз с примерно 60 000 тонн в 2005 году до 315 000 тонн в 2030 году1.

Однако их доступность ограничена. Китай, США и Россия контролируют 56% мировых запасов РЗЭ и 76% их производства (см. go.nature.com/3h1aeji и «Редкоземельные элементы растут»). На протяжении более десяти лет геополитика, последствия пандемии Covid-19, а теперь и война нарушили глобальные цепочки поставок и привели к нестабильности цен. В 2020 и 2021 годах цены на некоторые РЗЭ выросли в три или пять раз после почти десятилетия относительной стабильности.

ИСТОЧНИК: Геологическая служба США.

Идет геополитическая гонка за контроль над ресурсами РЗЭ и за вытеснение других стран. Рынок РЗЭ представляет собой игру с «нулевой суммой», в которой выигрыш одной страны или компании является проигрышем для другой, без какой-либо чистой выгоды.

Зеленые отрасли промышленности в США и Европе сталкиваются с нехваткой этих важнейших материалов, поскольку они отказываются от китайского и российского экспорта по политическим причинам. Многие страны наращивают внутреннюю разведку и добычу полезных ископаемых, одновременно ограничивая источники импорта. Например, в 2022 году Министерство обороны США (DoD) заключило контракт на сумму 35 миллионов долларов США с компанией MP Materials Corporation, базирующейся в Лас-Вегасе, штат Невада, на переработку тяжелых редкоземельных элементов на производственной площадке компании в Калифорнии. В январе 2023 года шведская государственная горнодобывающая компания LKAB объявила, что обнаружила огромное месторождение РЗЭ, которое сейчас является крупнейшим в Европе.

Рынки РЗЭ также рассредоточены и неэффективны. Эти элементы представляют собой нишевые товары, производимые и используемые в небольших количествах, в основном малыми и средними, в основном государственными предприятиями, а не крупными конгломератами, которые контролируют, например, производство стали или алюминия. РЗЭ необходимы для многих технологий, таких как смартфоны, однако стоимость мирового рынка РЗЭ составляет всего 0,18% от стоимости сырой нефти, что отпугивает инвесторов (см. go.nature.com/43avjku). В некоторых частях мира, например в Мьянме, РЗЭ торгуются незаконно (см. go.nature.com/43e4tzx).

Еще одна сложность заключается в том, что РЗЭ не добываются напрямую, а обычно извлекаются из минералов, которые являются побочными продуктами других видов добычи, таких как боксит и железная руда. Однако значительная часть полезных отходов горнодобывающей промышленности остается непереработанной. Цепочка создания стоимости РЗЭ потребляет огромное количество энергии и воды, а также выделяет загрязняющие вещества и выбросы углекислого газа (см. «Экономика замкнутого цикла в редкоземельных элементах»). При переработке одного килограмма оксида РЗЭ образуется 40–110 кг углекислого газа (в эквиваленте)2. При переработке одной тонны оксида РЗЭ можно получить 1,4 тонны радиоактивных отходов, 2000 тонн отходов и 1000 тонн сточных вод, содержащих тяжелые металлы3.