Od průmyslového odpadu ke strategickým nerostem

Červený kal, toxický odpadní produkt z hliníkárenského průmyslu, je USA přehodnocován jako strategický nerostný zdroj. V závodě o kontrolu nad globálním dodavatelským řetězcem USA experimentují s možností získávání mnoha vzácných kovů ukrytých v tomto „šrotu“.

Globální hliníkářský průmysl ročně vyprodukuje přes 150 milionů tun červeného kalu. (Zdroj: Discovery Alert)

V dnešní technologické konkurenci nespočívá výhoda národa jen v konečném produktu, jako jsou čipy, satelity, radary nebo obranné vybavení. Za těmito produkty stojí méně vnímaný, ale klíčový základ: materiály.

Bez vhodných materiálů je obtížné uvést do výroby i pokročilé návrhy. Bez stabilních dodávek může být narušen provoz high-tech výrobní linky. Proto jsou kritické kovy, jako je galium, skandium a některé prvky vzácných zemin, stále častěji považovány za součást ekonomické a průmyslové bezpečnosti.

Proč jsou galium a skandium důležité?

Gallium a skandium nejsou kovy známé široké veřejnosti, ale hrají zvláštní roli v high-tech výrobních řetězcích.

Gallium se používá v polovodičových sloučeninách, zejména v arsenidu galia a nitridu galia, materiálech s uplatněním v elektronice, telekomunikacích, LED diodách, solárních článcích a mnoha dalších high-tech systémech. V některých aplikacích sloučeniny galia překonávají tradiční křemík díky své schopnosti pracovat při vysokých frekvencích, vysokém výkonu nebo v náročných podmínkách.

Skandium opět získává na pozornosti v oblasti legování. V kombinaci s hliníkem vytváří skandium lehkou a pevnou slitinu s velkým potenciálem v leteckém průmyslu a aplikacích vyžadujících vysoký poměr pevnosti k hmotnosti. Je pozoruhodné, že podle webových stránek Discovery Alert dosahuje celosvětová produkce oxidu skandia v současnosti pouze 10–15 tun ročně, což je ve srovnání s rychle rostoucí poptávkou velmi malé číslo, které vytváří strukturální nedostatek dodávek. Hodnota skandia proto nespočívá v jeho velkém objemu spotřeby, ale v jeho schopnosti zlepšovat vlastnosti materiálů a v jeho nenahraditelné vzácnosti.

Toto je společná vlastnost mnoha strategických nerostů: nemusí se používat v enormním množství, ale je obtížné je nahradit. Malé množství materiálu může ovlivnit výkon celého systému. Pro odvětví, jako jsou polovodiče, telekomunikace, čistá energie a obrana, je stabilita dodávek materiálu základní podmínkou.

úzká místa v dodavatelském řetězci

Pro USA je hlavním problémem to, že některé kritické materiály nemají dostatečně silné domácí dodávky. V případě galia jsou globální dodávky silně koncentrovány v Číně. V případě skandia USA také postrádají významnou domácí těžební kapacitu nebo komerční kapacitu pro jeho získávání.

Tato závislost není jen ekonomickým problémem. V kontextu technologické a obchodní konkurence mezi velmocemi se dodávky nerostných surovin mohou stát nástrojem k vyvíjení tlaku. Pokud je kritický materiál předmětem kontrol vývozu, podniky, které jsou na něm závislé, čelí riziku růstu cen, nedostatku nebo nutnosti hledat alternativní zdroje v krátkodobém horizontu.

Globalizace po mnoho let vedla k nákladově optimalizovaným dodavatelským řetězcům. S rostoucí geopolitickou konkurencí se však tento přístup stal nedostatečným. Levný, ale příliš koncentrovaný zdroj dodávek by se mohl stát rizikovým. Efektivní dodavatelský řetězec závislý na jediné zemi by mohl být zranitelný, pokud se změní politika.

Pro USA není výzvou jen najít více rudy. Složitější je vybudovat celý řetězec: těžbu, rafinaci, zpracování, standardizaci a integraci materiálů do průmyslových systémů. Bez zdrojů a zpracovatelských kapacit zůstává národ závislý na externích zdrojích.

V této souvislosti USA přehodnocují červený kal, odpadní produkt vznikající při rafinaci oxidu hlinitého z bauxitové rudy, protože by se mohl stát sekundárním zdrojem několika strategických kovů, jako je galium a skandium.

Od odpadu k potenciální nabídce

Červený kal je vedlejším produktem při výrobě oxidu hlinitého, což je meziprodukt pro výrobu hliníku. Vzhledem ke svému komplexnímu složení a vysoké zásaditosti se červený kal obvykle skladuje ve specializovaných nádržích nebo na úložištích.

Červený kal byl po desetiletí vnímán především jako environmentální problém: je nutné s ním nakládat bezpečně, předcházet únikům a znečišťovat půdu a vodu. Celosvětový hliníkářský průmysl vypouští ročně přibližně 150 milionů tun červeného kalu, ale míra opětovného použití v současnosti činí pouze asi 2 %.

Červený kal ale není jen odpad. Uvnitř může také obsahovat právě ty kovy, kterých v USA chybí. V rozhovoru pro informační ekosystém AL Circle ... V květnu profesor Greeshma Gadikota z Kolumbijské univerzity uvedl, že galium v ​​červeném kalu se obvykle nachází v koncentracích 50–80 ppm (což znamená, že v 1 tuně červeného kalu...). Bude obsahovat přibližně 50 až 80 gramů kovu (gallia), 70–120 ppm skandia a prvky vzácných zemin v rozmezí od 400 do 2 000 ppm v závislosti na zdroji bauxitu.

Červený kalový bazén č. 4 v rafinerii oxidu hlinitého Atalco v Gramercy v Louisianě v USA. (Zdroj: Louisiana Illuminator)

Nezávislé studie rovněž ukázaly, že koncentrace skandia v červeném kalu mohou dosáhnout 100–800 ppm, což překračuje většinu primárních ložisek, která se v současnosti těží po celém světě. Obsah oxidu titaničitého se pohybuje v rozmezí 1–10 %, zatímco skandium bylo identifikováno jako látka představující až 95 % celkové ekonomické hodnoty prvků vzácných zemin v červeném kalu.

Američtí vědci a firmy se místo pouhého hledání nových ložisek začínají zabývat stávajícími sekundárními zdroji. Podle profesora Gadikoty obsahuje skládka Gramercy v Louisianě, jediná rafinerie oxidu hlinitého v USA, více než 30 milionů tun červeného kalu. Pokud obsah skandia v této lokalitě dosáhne přibližně 80 ppm, celkové množství uskladněného skandia by mohlo dosáhnout 2 400 tun. Odhadovaný potenciální obsah oxidu titaničitého je 0,6 milionu tun, což odpovídá 40–60 % celkové roční poptávky po oxidu titaničitém v USA.

I proto americké ministerstvo obrany investovalo 29,9 milionu dolarů do těžební a zpracovatelské společnosti ElementUSA na výstavbu pilotního závodu v Gramercy, zatímco společnost oznámila plány na výstavbu komerčního zařízení v hodnotě 850 milionů dolarů.

V lednu společnost Atlantic Alumina, producent a rafinér oxidu hlinitého, oznámila strategické partnerství s federální vládou v hodnotě 450 milionů dolarů na výstavbu prvního amerického závodu na výrobu galia ve velkém měřítku. To jsou jasné signály, že příběh o červeném kalu se přesunul za hranice laboratoře.

Získávání kovů z červeného kalu má dva současné důsledky: snižuje zátěž na životní prostředí, pokud lze část odpadu zpracovat a znovu použít, a otevírá možnost doplnění domácích dodávek pro high-tech průmyslová odvětví, aniž by se bylo nutné spoléhat výhradně na novou těžbu, která často trvá mnoho let a čelí environmentálním požadavkům, povolením a negativní reakci veřejnosti.

Sekundární zdroje, jako je červený kal, samozřejmě nemohou zcela nahradit tradiční doly, ale mohou se stát součástí diverzifikační strategie. Ne všechna ložiska červeného kalu jsou však stejná. Složení závisí na zdroji bauxitu, technologii rafinace a podmínkách prostředí. Výzkumné projekty musí začít analýzou vzorku, stanovením obsahu, vyhodnocením těžebního potenciálu a výpočtem nákladů, než se zabývají otázkou, zda získaný produkt splňuje průmyslové standardy a je konkurenceschopný s dováženými zdroji.

Očekávání by se neměla přehánět.

Je zásadní nebrat příběh s červeným kalem jako hotové řešení. Od nápadu ke komerční výrobě je dlouhá cesta s nejméně čtyřmi hlavními výzvami.

Z technologického hlediska vyžaduje získávání kovů z červeného kalu složitý proces. Pokud se používají silné chemikálie, je nutné sekundární čištění odpadu; pokud se spotřebuje příliš mnoho energie, může být zpochybněna environmentální účinnost.

Z ekonomického hlediska by nízký obsah kovů a vysoké náklady na těžbu mohly produkt prodražit oproti dováženým zdrojům, což by bránilo komercializaci projektu.

Z hlediska rozsahu úspěšný experiment s několika kilogramy vzorku nezaručuje úspěch s miliony tun červeného kalu. Průmyslové měřítko vyžaduje zcela jiné vybavení, kapitál a bezpečnostní standardy.

Pokud jde o trh, i když se kov získá zpět, podniky stále potřebují průmyslové zákazníky, standardy kvality a dlouhodobé smlouvy.

Proto je vhodné vnímat červený kal jako potenciální zdroj, nikoli jako „zaručený poklad“. Může přispět ke snížení rizik v dodavatelském řetězci, ale zatím nemůže nahradit celý současný minerální systém.

Příběh materiální soutěže

Z pohledu červeného kalu se můžeme širšě podívat na konkurenci v oblasti materiálů mezi hlavními ekonomikami. V éře high-tech materiály slouží nejen jednomu odvětví, ale nacházejí se na průsečíku mnoha oblastí: čisté energie, elektronika, telekomunikace, letectví, obrana a umělá inteligence.

To mění chápání zdrojů. Dříve byly ropa a plyn ústředním bodem energetické bezpečnosti. Dnes se lithium, kobalt, prvky vzácných zemin, galium, skandium a mnoho dalších materiálů staly součástí technologické bezpečnosti, které nenahrazují tradiční zdroje energie, ale přidávají novou vrstvu konkurence.

USA, Evropa, Japonsko a Jižní Korea se snaží snížit svou závislost na vysoce koncentrovaných zdrojích dodávek prostřednictvím recyklace, obnovy, hromadění zásob, vývoje alternativních materiálů a navazování partnerství se zeměmi, které mají spolehlivé zdroje. V této souvislosti je červený kal ukázkovým příkladem tohoto nového myšlení: Nepřehlížejte druhotné zdroje.

Příběh červeného kalu ilustruje paradox high-tech věku: nejvyspělejší průmyslová odvětví se mohou spoléhat na materiály, které byly dříve považovány za odpad. Vzhledem k tomu, že se galium, skandium a další kritické kovy stávají úzkými hrdly v dodavatelském řetězci, červený kal již není jen environmentálním problémem, ale mohl by se stát součástí materiálové strategie. Tento směr se však teprve uvidí.

Zdroj: https://baoquocte.vn/tu-chat-thai-cong-nghiep-den-khoang-san-chien-luoc-396981.html