Dai rifiuti industriali ai minerali strategici

Il fango rosso, un prodotto di scarto tossico dell'industria di fusione dell'alluminio, viene rivalutato dagli Stati Uniti come risorsa mineraria strategica. Nella corsa al controllo della catena di approvvigionamento globale, gli Stati Uniti stanno sperimentando la possibilità di recuperare molti metalli rari nascosti in questo "scarti".

L'industria globale dell'alluminio genera oltre 150 milioni di tonnellate di fanghi rossi all'anno. (Fonte: Discovery Alert)

Nell'odierna competizione tecnologica, il vantaggio di una nazione non risiede solo nel prodotto finale, come chip, satelliti, radar o attrezzature per la difesa. Dietro questi prodotti si cela un fondamento meno evidente ma cruciale: i materiali.

Senza materiali adeguati, anche i progetti più avanzati faticano a entrare in produzione. Senza un approvvigionamento stabile, una linea di produzione ad alta tecnologia può subire interruzioni. Pertanto, metalli critici come il gallio, lo scandio e alcuni elementi delle terre rare sono sempre più considerati elementi essenziali per la sicurezza economica e industriale.

Perché il gallio e lo scandio sono importanti?

Il gallio e lo scandio non sono metalli noti al grande pubblico, ma svolgono un ruolo speciale nelle filiere produttive dell'alta tecnologia.

Il gallio è utilizzato nei composti semiconduttori, in particolare nell'arseniuro di gallio e nel nitruro di gallio, materiali con applicazioni nell'elettronica, nelle telecomunicazioni, nei LED, nelle celle solari e in molti altri sistemi ad alta tecnologia. In alcune applicazioni, i composti di gallio superano le prestazioni del silicio tradizionale grazie alla loro capacità di operare ad alte frequenze, ad alta potenza o in ambienti difficili.

Lo scandio sta nuovamente attirando l'attenzione nel campo delle leghe. Se combinato con l'alluminio, lo scandio crea una lega leggera e resistente con un grande potenziale nel settore aerospaziale e in applicazioni che richiedono un elevato rapporto resistenza/peso. In particolare, secondo il sito web Discovery Alert , la produzione globale di ossido di scandio si attesta attualmente a sole 10-15 tonnellate all'anno, una cifra molto bassa rispetto alla domanda in rapida crescita, creando una carenza strutturale di approvvigionamento. Il valore dello scandio risiede quindi non nel suo elevato volume di consumo, ma nella sua capacità di migliorare le proprietà dei materiali e nella sua insostituibile scarsità.

Questa è una caratteristica comune a molti minerali strategici: pur non essendo utilizzati in quantità enormi, sono difficili da rimpiazzare. Una piccola quantità di materiale può determinare le prestazioni di un intero sistema. Per settori come quello dei semiconduttori, delle telecomunicazioni, delle energie rinnovabili e della difesa, la stabilità dell'approvvigionamento di materiale è una condizione fondamentale.

colli di bottiglia nella catena di approvvigionamento

Per gli Stati Uniti, il problema principale è la mancanza di un approvvigionamento interno sufficientemente consistente per alcuni materiali critici. Nel caso del gallio, l'offerta globale è fortemente concentrata in Cina. Anche per lo scandio, gli Stati Uniti non dispongono di una significativa capacità di estrazione mineraria o di recupero commerciale a livello nazionale.

Questa dipendenza non è solo una questione economica. Nel contesto della competizione tecnologica e commerciale tra le grandi potenze, l'approvvigionamento di minerali può diventare uno strumento di pressione. Quando un materiale critico è soggetto a controlli sulle esportazioni, le imprese che ne dipendono rischiano aumenti di prezzo, carenze o la necessità di trovare fonti alternative nel breve termine.

Per molti anni, la globalizzazione ha portato a catene di approvvigionamento ottimizzate in termini di costi. Ma con l'intensificarsi della competizione geopolitica , questo approccio si è rivelato insufficiente. Una fonte di approvvigionamento economica ma eccessivamente concentrata può diventare rischiosa. Una catena di approvvigionamento efficiente, dipendente da un singolo Paese, può risultare vulnerabile in caso di cambiamenti politici.

Per gli Stati Uniti, la sfida non consiste solo nel trovare più minerali. La parte più difficile è costruire l'intera filiera: estrazione, raffinazione, lavorazione, standardizzazione e integrazione dei materiali nei sistemi industriali. Senza risorse e capacità di lavorazione, una nazione rimane dipendente da fonti esterne.

In questo contesto, il fango rosso, un prodotto di scarto generato durante la raffinazione dell'allumina dal minerale di bauxite, viene rivalutato dagli Stati Uniti, in quanto potrebbe diventare una fonte secondaria di diversi metalli strategici come il gallio e lo scandio.

Dai rifiuti alle potenziali risorse

Il fango rosso è un sottoprodotto della produzione di allumina, una materia prima intermedia per la produzione di alluminio. A causa della sua complessa composizione e dell'elevata alcalinità, il fango rosso viene generalmente stoccato in serbatoi o siti di smaltimento specializzati.

Per decenni, i fanghi rossi sono stati considerati principalmente un problema ambientale: devono essere gestiti in modo sicuro, prevenendo perdite ed evitando l'inquinamento del suolo e delle acque. L'industria globale dell'alluminio scarica circa 150 milioni di tonnellate di fanghi rossi all'anno, ma il tasso di riutilizzo si attesta attualmente solo intorno al 2%.

Ma il fango rosso non è semplicemente uno scarto. Al suo interno potrebbe contenere proprio i metalli di cui gli Stati Uniti sono carenti. In un'intervista con l'ecosistema informativo AL Circle ... A maggio, la professoressa Greeshma Gadikota della Columbia University ha affermato che il gallio nei fanghi rossi si trova tipicamente a livelli di 50-80 ppm (il che significa che in 1 tonnellata di fanghi rossi...). Conterrà approssimativamente dai 50 agli 80 grammi di metallo (gallio), scandio in una concentrazione compresa tra 70 e 120 ppm ed elementi delle terre rare in una quantità variabile da 400 a 2.000 ppm, a seconda della provenienza della bauxite.

Bacino di fango rosso numero 4 presso la raffineria di allumina Atalco a Gramercy, Louisiana, USA. (Fonte: Louisiana Illuminator)

Studi indipendenti hanno inoltre indicato che le concentrazioni di scandio nei fanghi rossi possono raggiungere valori compresi tra 100 e 800 ppm, superando la maggior parte dei giacimenti primari attualmente sfruttati a livello mondiale. Il biossido di titanio è presente in una percentuale variabile tra l'1 e il 10%, mentre lo scandio è stato identificato come responsabile fino al 95% del valore economico totale degli elementi delle terre rare presenti nei fanghi rossi.

Anziché limitarsi alla ricerca di nuovi giacimenti, i ricercatori e le aziende americane stanno iniziando a considerare le fonti secondarie già esistenti. Secondo il professor Gadikota, la discarica di Gramercy in Louisiana, l'unica raffineria di allumina negli Stati Uniti, contiene oltre 30 milioni di tonnellate di fanghi rossi. Se il contenuto di scandio raggiungesse circa 80 ppm, la quantità totale di scandio stoccata potrebbe arrivare a 2.400 tonnellate. Il contenuto potenziale stimato di ossido di titanio è di 0,6 milioni di tonnellate, pari al 40-60% della domanda annua totale di biossido di titanio degli Stati Uniti.

Questo è anche il motivo per cui il Dipartimento della Difesa statunitense ha investito 29,9 milioni di dollari nella società di estrazione e lavorazione di minerali ElementUSA per costruire un impianto pilota a Gramercy, mentre la società ha annunciato l'intenzione di costruire un impianto commerciale da 850 milioni di dollari.

A gennaio, Atlantic Alumina, azienda produttrice e raffinatrice di allumina, ha annunciato una partnership strategica da 450 milioni di dollari con il governo federale per la costruzione del primo impianto di produzione di gallio su larga scala negli Stati Uniti. Questi sono chiari segnali che la questione del fango rosso si è spostata oltre i laboratori.

Il recupero dei metalli dai fanghi rossi ha una duplice implicazione simultanea: riduce la pressione ambientale se parte dei rifiuti può essere trattata e riutilizzata, e apre la possibilità di integrare l'approvvigionamento interno per le industrie ad alta tecnologia senza dipendere interamente da nuove attività estrattive, che spesso richiedono molti anni e sono soggette a requisiti ambientali, permessi e proteste da parte dell'opinione pubblica.

Naturalmente, le fonti secondarie come il fango rosso non possono sostituire completamente le miniere tradizionali, ma possono diventare parte di una strategia di diversificazione. Tuttavia, non tutti i giacimenti di fango rosso sono uguali. La composizione dipende dalla fonte di bauxite, dalla tecnologia di raffinazione e dalle condizioni ambientali. I progetti di ricerca devono iniziare con l'analisi dei campioni, determinando il contenuto, valutando il potenziale di estrazione e calcolando i costi prima di affrontare la questione se il prodotto recuperato soddisfi gli standard del settore e sia competitivo rispetto alle fonti importate.

Non bisogna nutrire aspettative eccessive.

È fondamentale non considerare la storia del fango rosso come una soluzione preconfezionata. Dall'idea alla produzione commerciale è un lungo percorso, costellato da almeno quattro sfide principali.

Dal punto di vista tecnologico, il recupero dei metalli dai fanghi rossi richiede un processo complesso. Se si utilizzano sostanze chimiche aggressive, è necessario un trattamento secondario dei rifiuti; se si consuma troppa energia, l'efficacia ambientale potrebbe essere messa in discussione.

Dal punto di vista economico, il basso contenuto di metalli e gli elevati costi di estrazione potrebbero rendere il prodotto più costoso rispetto alle fonti importate, ostacolando la commercializzazione del progetto.

In termini di scala, un esperimento riuscito con pochi chilogrammi di campione non garantisce il successo con milioni di tonnellate di fango rosso. La scala industriale richiede attrezzature, capitali e standard di sicurezza completamente diversi.

In termini di mercato, anche se il metallo viene recuperato, le aziende hanno comunque bisogno di clienti industriali, standard di qualità e contratti a lungo termine.

Pertanto, la prospettiva appropriata è quella di considerare il fango rosso come una risorsa potenziale, non come un "tesoro garantito". Può contribuire a ridurre i rischi della catena di approvvigionamento, ma non può ancora sostituire l'intero sistema minerario attuale.

La storia della competizione materiale

Partendo dal fango rosso, possiamo ampliare la nostra prospettiva sulla competizione per le materie prime tra le principali economie. Nell'era dell'alta tecnologia, i materiali non servono più a un singolo settore industriale, ma si trovano all'intersezione di molteplici ambiti: energie rinnovabili, elettronica, telecomunicazioni, aviazione, difesa e intelligenza artificiale.

Questo cambia la concezione delle risorse. In precedenza, petrolio e gas erano fondamentali per la sicurezza energetica. Oggi, litio, cobalto, elementi delle terre rare, gallio, scandio e molti altri materiali sono entrati a far parte della sicurezza tecnologica, non sostituendo le fonti energetiche tradizionali, ma aggiungendo un nuovo livello di competizione.

Stati Uniti, Europa, Giappone e Corea del Sud stanno tutti cercando di ridurre la loro dipendenza da fonti di approvvigionamento altamente concentrate attraverso il riciclo, il recupero, lo stoccaggio, lo sviluppo di materiali alternativi e la creazione di partenariati con paesi che dispongono di risorse affidabili. In questo contesto, il fango rosso è un ottimo esempio di questo nuovo approccio: non bisogna trascurare le risorse secondarie.

La vicenda del fango rosso illustra un paradosso dell'era dell'alta tecnologia: le industrie più avanzate possono dipendere da materiali un tempo considerati rifiuti. Poiché gallio, scandio e altri metalli critici stanno diventando colli di bottiglia nella catena di approvvigionamento, il fango rosso non è più solo un problema ambientale, ma potrebbe diventare parte di una strategia per i materiali. Tuttavia, resta da vedere se questa direzione verrà intrapresa.

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