Zeldzame aarden, ook wel zeldzame-aarde-elementen (REE) genoemd, zijn een groep van 17 chemische elementen, waaronder 15 elementen uit de lanthanidenfamilie, samen met scandium (Sc) en yttrium (Y).
In de algemene beleving roept de naam zeldzame aarde vaak een extreem schaarse en kostbare grondstof op, zoals goud. Geologen en materiaalkundigen zijn echter tot een heel andere conclusie gekomen.
Deze groep elementen is daadwerkelijk overal in de aardkorst aanwezig. Sommige elementen komen in grotere hoeveelheden voor dan koper (Cu) of zink (Zn). Wat zeldzame aardmetalen bijzonder maakt, is niet hun schaarste, maar de complexe processen van vorming, distributie, winning en raffinage.
De groep zeldzame aarde-elementen bestaat uit 17 chemische elementen in de lanthaangroep, samen met scandium en yttrium (foto: Getty).
De naam is ontstaan uit een historisch misverstand.
De naamgeving van zeldzame aarden is gebaseerd op de historische omstandigheden aan het einde van de 18e eeuw, toen Europese wetenschappers voor het eerst speciale metaaloxiden isoleerden uit vreemd uitziende mineralen, die vaak opdoken in smalle en ontoegankelijke geologische gebieden.
Destijds werden metaaloxiden van onbekende aard vaak aarden genoemd. Mineralen die deze oxiden bevatten, kwamen niet veel voor, dus de toenmalige wetenschappelijke gemeenschap gaf ze de naam zeldzame aarden.
Deze naam wordt nog steeds gebruikt, maar is misleidend. Zeldzame aardmetalen zijn niet zeldzaam in reserves, maar zeldzaam in de vorm van rijke ertsen die economisch gewonnen kunnen worden. Deze elementen zijn wijdverspreid, maar in lage concentraties. Ze hopen zich zelden op in grote afzettingen zoals ijzer of bauxiet.
Volgens analyses van het Duitse Geologische Onderzoeksinstituut GFZ worden zeldzame aardmetalen vaak in veel verschillende mineralen gemengd en komen ze zelden in hoge concentraties voor.
Zeldzame aardmetalen komen in lage concentraties voor, waardoor exploratie en mijnbouw duur zijn. Wereldwijd worden er echter grote reserves geschat (Foto: Getty).
Hierdoor is het onderzoeken en lokaliseren van zeldzame aardvoorkomens een kostbare en tijdrovende aangelegenheid.
Zelfs wanneer er afzettingen worden gevonden, bedraagt de daadwerkelijke winning vaak slechts een paar procent of minder. Deze spreiding maakt zeldzame aardmetalen, ondanks hun overvloed aan wereldwijde reserves, een moeilijk toegankelijke hulpbron.
Een reeks obstakels van mijnbouw tot raffinage
De grootste uitdaging voor zeldzame aarden ligt in het scheidings- en zuiveringsproces. Vanwege hun vergelijkbare elektronenstructuren zijn zeldzame aarden moeilijk te scheiden. Het scheiden van neodymium van praseodymium of zware zeldzame aarden van lichte aarden vereist honderden herhaalde extractiestappen.
Uit onderzoek van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) blijkt dat het raffineren van zeldzame aardmetalen een van de meest complexe processen in de moderne metallurgie is. Het proces verbruikt veel sterke zuren en organisch materiaal en genereert grote hoeveelheden vast afval en giftige oplossingen.
In veel mijnen worden zeldzame aardmetalen gemengd met thorium en uranium, die van nature radioactief zijn. Bij een onjuiste afvoer vormt dit afval op lange termijn een risico op bodem- en waterverontreiniging.
Milieuoverwegingen vormen de reden waarom veel landen de winning van zeldzame aardmetalen beperken, ondanks hun grote reserves. Slechts enkele landen beschikken over zowel de technologie als de mogelijkheid om de verwerkingskosten te dragen. Dit heeft geleid tot een concentratie van de toeleveringsketen van zeldzame aardmetalen in een beperkt aantal landen, wat geopolitieke en wereldwijde handelsrisico's met zich meebrengt.
Een onderzoeksteam van Penn State en het Lawrence Livermore National Laboratory heeft een biologische methode ontwikkeld die gebruikmaakt van bacteriële eiwitten om zeldzame aardmetalen te extraheren en te scheiden uit industrieel afval en elektronische apparaten (illustratiefoto).
In het rapport van het Internationaal Energieagentschap (IEA) uit 2023 worden zeldzame aardmetalen geclassificeerd als belangrijke mineralen voor schone energie, samen met lithium, kobalt en nikkel.
Het rapport benadrukt dat het risico van aanbodafhankelijkheid veel groter is dan het risico van natuurlijke reserves. Dit is ook de reden waarom zeldzame aardmetalen worden beschouwd als een strategische troefkaart in de technologische concurrentiestrijd tussen de grootmachten.
Strategische waarde in moderne technologie
Zeldzame aardmetalen spelen een cruciale rol in veel hightechsectoren. Met name permanente magneten op basis van neodymium, praseodymium en dysprosium zijn hierbij een belangrijke factor.
Deze magneten hebben een lage dichtheid, maar genereren extreem sterke magnetische krachten. Ze zijn essentiële componenten van motoren van elektrische voertuigen, windturbines, industriële robots, drones en harde schijven. Ook andere elementen hebben belangrijke toepassingen.
Zeldzame aardmetalen zijn het 'strategische wapen' van de grootmachten vanwege hun belangrijke rol in geavanceerde technologie (Foto: Getty).
Cerium wordt gebruikt in katalysatoren voor de behandeling van uitlaatgassen en bij het polijsten van optisch glas. Lanthaan wordt aangetroffen in cameralenzen en in de nikkel-metaalhydridebatterijen die ooit veel voorkwamen in hybride auto's. Europium en terbium waren de twee belangrijkste luminescerende materialen voor vroege kleurenschermen en veel leds.
In de biomedische sector is gadolinium een belangrijk contrastmiddel bij magnetische resonantiebeeldvorming (MRI). Verbindingen die zeldzame aardmetalen bevatten, worden ook gebruikt in onderzoek naar kankerbehandelingen dankzij hun vermogen om karakteristieke energie uit te zenden.
Uit een wetenschappelijk overzicht dat is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Reviews Materials blijkt dat zeldzame aardmaterialen nieuwe mogelijkheden bieden voor kwantumtechnologie en nano-elektronica.
De grote vraag vanuit de groene-energie- en digitale industrie maakt zeldzame aardmetalen tot een onmisbare grondstof. Elektrische voertuigen vereisen grote hoeveelheden permanente magneten. Windturbines op zee zijn er sterk afhankelijk van om stabiele prestaties te behouden. Kunstmatige intelligentietechnologie, slimme apparaten en moderne defensiesystemen maken allemaal gebruik van zeldzame aardmetalen op veel belangrijke locaties.
Zeldzame aardmetalen spelen een belangrijke rol in veel moderne technologie- en energiesectoren (Illustratie: Getty).
De discrepantie tussen de naam zeldzame aardmetalen en hun overvloed wordt verklaard door twee factoren: Ten eerste maakt hun geologische verspreiding ze economisch moeilijk te ontginnen. Ten tweede vormt hun complexe en dure raffinageproces een belangrijke barrière die de wereldwijde aanvoer beperkt.
Als natuurlijke reserves de enige maatstaf zijn, zijn zeldzame aardmetalen geen zeldzame grondstoffen. Wat zeldzaam is, is de mogelijkheid om ze schoon te ontginnen, geavanceerde smelttechnologie en controle over de toeleveringsketen. Nu de wereld zich steeds meer richt op schone energie en geavanceerde technologie, wordt deze groep elementen steeds strategischer.
Veel landen hebben plannen aangekondigd om hun zelfvoorziening in zeldzame aardmetalen te vergroten. De VS, Europa, Japan en Zuid-Korea investeren fors in het recyclen van oude magneten en de ontwikkeling van nieuwe generatie scheidingstechnologie. Onderzoek aan de Universiteit van Cambridge en het Tokyo Institute of Technology toont aan dat de mogelijkheid om zeldzame aardmetalen terug te winnen uit oude batterijen en afgedankte elektronische apparaten, de weg vrijmaakt om de afhankelijkheid van primaire mijnbouw te verminderen.
Al deze inspanningen tonen aan dat zeldzame aardmetalen niet zeldzaam zijn in de natuur, maar zeldzaam in de toegankelijkheid. Daarom worden ze beschouwd als strategische grondstoffen die de toekomst van de wereldwijde technologie vormgeven.
Bron: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/su-that-phia-sau-hieu-nham-hang-the-ky-ve-vitamin-cua-nganh-cong-nghiep-20251127122516385.htm
Reactie (0)