Verden er afhængig af sjældne jordarters metaller som neodymium, men man fandt for ti år siden ud af, at den afhængighed var gået hen og blevet meget uheldig. Danske forskere er med i kapløbet om at udvikle nye alternativer, men det er svært, når man kæmper mod et materiale, der bare er bedre.
Da en kinesisk fisker blev arresteret af japanske myndigheder i 2010 for at besejle et område, som både Japan og Kina mener er deres, hævnede Kina sig ved at lukke for eksport af sjældne jordartsmetaller til Japan. Det satte gang i en verdensomspændende dominoeffekt, der på ganske kort tid fik prisen på sjældne jordartsmetaller til at stige voldsomt.
Neodymium, der bruges i alverdens apparater, motorer i elbiler, harddiske i computere og alt muligt andet, gik fra at koste ca. 15.000 dollars pr. ton til over 250.000 dollars. Altså over halvanden million kroner.
Hændelsen kendes i teknologi- og industrikredse som REE-krisen (Rare Earth Elements-krisen), og selvom det nok ikke var noget, den gennemsnitlige dansker opdagede, så
ændrede det selvforståelsen hos en stor del af verdens magtfulde stater og industrigiganter. Alle var uden undtagelse, og uden sådan rigtig at være klar over det, gået hen og blevet
fuldstændig afhængige af leverancen af sjældne jordartsmetaller fra Kina, som havde satset stort på industrien i flere årtier.
Læs også: Fra mine til magnet og tilbage igen
Op mod 95 procent af hele verdens forbrug af sjældne jordartsmetaller blev udvundet i Kina, forarbejdet i Kina eller begge dele.
En verden i chok
“Det var virkelig en krise. Firmaer verden over kunne ikke få de her vigtige metaller, og flere af de store virksomheder besluttede derfor at stoppe brugen af de sjældne jordartsmetaller i flere produkter. For ikke at være afhængige af Kina og deres forgodtbefindende.”
Sådan fortæller Mogens Christensen, der er lektor i kemi og nanoscience ved Aarhus Universitets Institut for Kemi.
Han arbejder blandt andet med at udvikle alternativer til neodymiummagneter – et forskningsfelt, der pludselig kom fuldt drøn på efter 2011, da alle skulle bruge nye magneter nu og her.
“Vi arbejder med såkaldte keramiske magneter, som vi håber kan være med til at erstatte neodymiummagneterne på nogle områder,” siger han og fremhæver, at det er med tryk på ‘nogle områder’.
Læs også: De sjældne jordartsmetaller hjemme hos dig
“Vi kan ikke lave noget, der er lige så godt som neodymiummagneterne. Slet ikke. Neodymiummagneter kan gøres meget mindre end andre materialer og stadig have en stærk ydeevne, hvor f.eks. ferritmagneter (de keramiske, som han arbejder på, red.) skal være
væsentligt større for at yde det samme. Specielt i biler, mobiltelefoner osv. vil man helst have magneterne så små og lette som muligt, og her kan man bare ikke hamle op med neodymium.”
” Neodymiummagneterne er bare et bedre materiale, det må man erkende”
Mogens Christensen (Foto: Maria Randima, Aarhus Universitet)
Hvis en af de alternative magneter af ferrit (Mogens Christensen arbejder med strontium-hexaferrit) eller almindeligt stål skal være lige så effektiv som en neodymiummagnet på et kilo, skal de henholdsvis veje 13 og 21 kilo, fortæller han.
Vaskemaskiner og elruder
Der er dog en lang række af vores tekniske produkter, hvor man godt kan skifte neodymium ud med de lidt tungere og større alternativer, uden at det går ud over funktionen.
“Det er ikke lige så vigtigt, om en magnet i en vaskemaskine eller et køleskab er nogle hundrede gram tungere og større end ellers, da de jo ikke behøver at blive båret rundt hele
tiden,” forklarer Mogens Christensen.
“Du kan også tage elruder i biler. De er måske i alt aktive i et kvarter af hele bilens levetid, så her er det måske okay, hvis magneten ikke har markedets allerbedste ydeevne.”
Han og kollegerne prøver derfor at lave alternative magneter, som ingeniørerne rundt omkring kan have i værktøjskassen til der, hvor det giver mening.
Et spørgsmål om vægt
Hvis en elbil skulle have udskiftet sine neodymiummagneter med ferritmagneter, ville de i stedet for 5 kilo til sammen veje 65 kilo. Det ville kunne mærkes på bilens rækkevidde pr. opladning.
Ensrettede nanokrystaller
De keramiske magneter, som Mogens Christensen og hans kolleger arbejder på, kaldes helt præcist strontiumhexaferrit-nanomagneter (SrFe12O19). De er altså en blanding af strontium-, jern- og ilt-atomer, som forskerne prøver at sammensætte, så deres fælles magnetiske felt bliver stærkere.
Holdet har lige udviklet en patenteret metode, hvor fremstillingen af magneterne bliver nemmere. Normalt er man nødt til at varme massen op gentagne gange under magnetiseringen af materialet, men holdet har fundet ud af at omgå de gentagne opvarmninger.
“Det betyder kort fortalt, at det er nemmere at ensrette nanokrystallerne i materialet og dermed få en bedre magnetisme ud af det,” forklarer han.
Kina spøger stadig
Holdet har fået metoden til at virke, men nu gælder det om at teste, om den også virker, hvis man skal lave et ton magnetisk strontium-hexaferrit i stedet for ti gram. Og så er der det evige spørgsmål om, hvad det kommer til at koste.
“Det skal jo kunne betale sig, før der kan startes en rigtig produktion op, og det er nogle gange der, videnskaben og ‘virkeligheden’ taler forbi hinanden,” siger Mogens Christensen.
Selvom det virker, er det altså ikke sikkert, at det kommer til at blive brugt, hvis noget andet – for eksempel neodymium – fortsat er bedre og billigere. Hvilket det er i dag. Men måske ikke i fremtiden, tilføjer han:
“Neodymiummagneterne er bare et bedre materiale, det må man erkende. Men kineserne er stadig dominerende på markedet for sjældne jordartsmetaller, og de kommer selv til at skulle bruge meget, meget mere i de kommende år i forbindelse med en kæmpe skift fra benzin- til elbiler. Så spørgsmålet er, hvor meget de vil sende ud til os andre om bare et par år.”
EU melder sig ind i kampen
Netop den problemstilling er da også noget, man er smerteligt opmærksom på i EU-Kommissionen. Hele 98 procent af EU’s sjældne jordartsmetaller kommer lige nu fra Kina, og da metallerne indtil videre er nødvendige for at lave elbiler og vindmøller, er den europæiske omstilling altså mere eller mindre afhængig af en forudsigelig og konstant leverance fra Kina. Noget, EU-Kommissionen ikke er videre pjattede med.
Som om det ikke var nok, gjorde coronapandemien det også sværere at skaffe de nødvendige sjældne jordartsmetaller.
“Vi er nødt til at tænke mere strategisk og forvente mulige uregelmæssigheder (i forsyningen, red.) i fremtiden,” sagde EU’s kommissær for det indre marked, Thierry Breton, i september 2020 ved lanceringen af European Raw Materials Alliance. Et tiltag, som EU-Kommissionen søsatte netop for at styrke det europæiske samarbejde mod at få en mere alsidig, stabil forsyning af blandt andet sjældne jordartsmetaller.
” Vi har ikke råd til at være fuldt afhængige af andre lande “
EU’s kommissær for det indre marked, Thierry Breton
Alliancen er første trin i en omfattende aktionsplan for råstof-uafhængighed, som EU-Kommissionen udgav kort forinden ved navn ‘Critical Raw Materials Resilience: Charting a Path towards greater Security and Sustainability’. I forbindelse med rapportens udgivelse
understregede Thierry Breton, at EU også selv må på banen med miner og forarbejdningsindustri.
“Vi har ikke råd til at være fuldt afhængige af andre lande – for nogle sjældne jordartsmetaller endda af et enkelt land (Kina, red.). Ved at sprede forsyningen ud på flere
lande og udvikle EU’s egen kapacitet for udvinding, forarbejdning, genanvendelse, raffinering og separation af sjældne jordartsmetaller kan vi blive mere modstandsdygtige og bæredygtige.”
Nye sælgere, flere alternativer
Dog er det ifølge EU-Kommissionen ikke sandsynligt, at der bliver åbnet nye europæiske miner eller forarbejdningsstationer før starten af 2030, så indtil da skal vi altså satse på flere heste i sjældne jordartsmetaller-løbet. Blandt andre Australien og USA er gode bud på alternativer, kan man læse i rapporten, da de er ved at opskalere deres produktion.
Hvis EU, og resten af verden for den sags skyld, vil have den bedste chance for at få en grøn omstilling med flere elbiler og vindmøller og stadig have smartphones og earbuds, så skal der også ifølge Mogens Christensen til at rykkes på alle fronter. Ellers frygter han, at vi styrer mod en ny, og værre, 2011-krise.
“Der kommer problemer, hvis man ikke gør noget. Situationen, som den er i dag, kan ikke fortsætte. Enten skal der hurtigt startes nye miner og forarbejdningsanlæg i den vestlige verden, eller også skal der udvikles flere nye alternativer. Formentlig begge dele.”
Hvad så med at genanvende magneterne?
Svaret er, selvfølgelig, at det er kompliceret. Det skal kunne betale sig for firmaerne at bruge genbrugte råstoffer, og tit vil arbejdet med at udvinde og oprense det fra de udtjente varer og apparater gøre dem meget dyre sammenlignet med bare at købe en ny ladning neodymium. Det er også derfor, at der i EU bliver genbrugt så lille en andel af de sjældne jordartsmetaller, som det er tilfældet.
Hvilke råstoffer der er vigtige for samfundet kan variere. Derfor opdateres EU’s liste over såkaldt ‘kritiske råstoffer’ også indimellem, eksempelvis i 2020, da der kom fire nye på listen (bauxit, lithium, titanium og strontium). Dermed er der 30 stoffer, som er nødvendige for samfundet i EU, men hvis leverance er usikker.
‘Kritisk råstof’ bruges i EU om ressourcer, der er nødvendig for europæisk økonomi og hverdag, samtidig med at leverancen af den af forskellige grunde kan være usikker.
De sjældne jordartsmetaller er også på (vist med *), men som delt i to grupper: de lette og de tunge, så de udgør kun to punkter på listen (og for at gøre det endnu mere forvirrende, er det kun de 15 af dem, der er nævnt på genanvendelseslisten herunder, da de to sidste ikke er industrielt vigtige).
Af neodymium og praseodymium, som er de to vigtigste sjældne jordartsmetaller til teknologi og grøn omstilling, genbruges hhv. 1 og 10 procent (se graf). Det skyldes især, at de magneter, de bruges i, er et blandingsprodukt af flere metaller, og det er besværligt at skille dem ad og genbruge de enkelte metaller.
Selve magneterne kan også være svære at genanvende, blandt andet fordi den teknologiske udvikling går så hurtigt, at en magnet fra en 10 år gammel vindmølle eller elbil ikke kan bruges i en ny.
Der skal tages ‘action’
I andre tilfælde er delene, som de sjældne jordartsmetaller indgår i, så små, at det er vanskeligt at indsamle og genanvende dem effektivt. For eksempel i telefoner og hovedtelefoner. Yttrium og europium, hvoraf vi genbruger henholdsvis 31 og 38
procent i EU, er nemmere at have med at gøre, da de ofte bruges i lyskilder som et
såkaldt oxid, og her er de forholdsvis nemme at ‘tage ud’ og bruge et andet sted.
Målet er mere genanvendelse EU-Kommissionen har i efteråret 2020 formuleret otte såkaldte ‘actions’, som skal gøre unionen mindre afhængig af andre lande i forbindelse med at skaffe tilstrækkeligt af de kritiske råstoffer. Altså skal flere råstoffer sådan set gøres ‘ikke
kritiske’, i og med at forsyningen af dem skal være mere sikker fremover. Flere af dem handler netop om genanvende af de materialer, vi allerede har.
For eksempel skal der allerede i 2021 igangsættes forskningsprojekter, der afdækker muligheder og udfordringer i genbrugskæden. I 2022 skal der være identificeret steder
i kæden, hvor man bedst kan genbruge råstofferne, og konkrete projekter skal sættes i gang.
Derudover skal der kortlægges, hvor der eventuelt kan være sjældne jordartsmetal-miner i EU, hvordan de bliver en realitet, og – meget vigtigt – hvordan malmen forarbejdes
videre til egentlige produkter.
Mød eksperten
Mogens Christensen
Lektor i nanoscience og kemi ved Aarhus Universitet
