Fra industriavfall til strategiske mineraler

Rødt slam, et giftig avfallsprodukt fra aluminiumsindustrien, blir revurdert av USA som en strategisk mineralressurs. I kappløpet om å kontrollere den globale forsyningskjeden eksperimenterer USA med muligheten for å gjenvinne mange sjeldne metaller som er gjemt i dette «skrapet».

Den globale aluminiumsindustrien genererer over 150 millioner tonn rødt slam årlig. (Kilde: Discovery Alert)

I dagens teknologiske konkurranse ligger en nasjons fortrinn ikke bare i sluttproduktet, som brikker, satellitter, radar eller forsvarsutstyr. Bak disse produktene ligger et mindre bemerket, men avgjørende fundament: materialer.

Uten egnede materialer er selv avanserte design vanskelige å bringe i produksjon. Uten stabile forsyninger kan en høyteknologisk produksjonslinje bli forstyrret. Derfor blir kritiske metaller som gallium, scandium og visse sjeldne jordartsmetaller i økende grad sett på som en del av økonomisk og industriell sikkerhet.

Hvorfor er gallium og scandium viktige?

Gallium og scandium er ikke metaller som er kjent for allmennheten, men de spiller en spesiell rolle i høyteknologiske produksjonskjeder.

Gallium brukes i halvlederforbindelser, spesielt galliumarsenid og galliumnitrid, materialer med anvendelser innen elektronikk, telekommunikasjon, LED-lys, solceller og mange andre høyteknologiske systemer. I noen bruksområder overgår galliumforbindelser tradisjonelt silisium på grunn av deres evne til å operere ved høye frekvenser, høy effekt eller tøffe miljøer.

Scandium får nok en gang oppmerksomhet innen legeringsfeltet. Kombinert med aluminium skaper scandium en lett og sterk legering med stort potensial innen luftfart og applikasjoner som krever et høyt styrke-til-vekt-forhold. Ifølge nettstedet Discovery Alert er den globale scandiumoksidproduksjonen for tiden bare 10–15 tonn per år, et svært lite tall sammenlignet med den raskt økende etterspørselen, noe som skaper en strukturell forsyningsmangel. Verdien av scandium ligger derfor ikke i det store forbruksvolumet, men i dets evne til å forbedre materialegenskaper og dets uerstattelige knapphet.

Dette er et vanlig kjennetegn ved mange strategiske mineraler: de brukes kanskje ikke i enorme mengder, men de er vanskelige å erstatte. En liten mengde materiale kan avgjøre ytelsen til et helt system. For industrier som halvledere, telekommunikasjon, ren energi og forsvar er stabiliteten i materialforsyningen en grunnleggende forutsetning.

Flaskehalser i forsyningskjeden

For USA er hovedproblemet at noen kritiske materialer mangler tilstrekkelig sterk innenlandsk forsyning. Når det gjelder gallium, er den globale forsyningen sterkt konsentrert i Kina. Når det gjelder scandium, mangler USA også betydelig innenlandsk gruvedrift eller kommersiell utvinningskapasitet.

Denne avhengigheten er ikke bare et økonomisk spørsmål. I sammenheng med teknologisk og handelsmessig konkurranse mellom stormakter kan mineralforsyning bli et verktøy for å utøve press. Når et kritisk materiale er underlagt eksportkontroll, står bedrifter som er avhengige av det overfor risikoen for prisøkninger, knapphet eller at de må finne alternative kilder på kort sikt.

I mange år førte globalisering til kostnadsoptimaliserte forsyningskjeder. Men etter hvert som den geopolitiske konkurransen økte, ble denne tilnærmingen utilstrekkelig. En billig, men altfor konsentrert forsyningskilde kan bli risikabel. En effektiv forsyningskjede avhengig av ett enkelt land kan være sårbar når politikken endres.

For USA er ikke utfordringen bare å finne mer malm. Den vanskeligste delen er å bygge hele kjeden: utvinning, raffinering, prosessering, standardisering og integrering av materialene i industrielle systemer. Uten ressurser og prosesseringskapasiteter forblir en nasjon avhengig av eksterne kilder.

I denne sammenhengen blir rødt slam, et avfallsprodukt som genereres under raffinering av alumina fra bauxittmalm, revurdert av USA, ettersom det kan bli en sekundær kilde til flere strategiske metaller som gallium og scandium.

Fra avfall til potensiell forsyning

Rødt slam er et biprodukt av aluminaproduksjon, et mellomliggende råmateriale for aluminiumproduksjon. På grunn av sin komplekse sammensetning og høye alkalinitet lagres rødt slam vanligvis i spesialiserte reservoarer eller deponier.

I flere tiår har rødt slam først og fremst blitt sett på som et miljøproblem: det må håndteres på en sikker måte, for å forhindre lekkasjer og unngå jord- og vannforurensning. Den globale aluminiumsindustrien slipper ut omtrent 150 millioner tonn rødt slam årlig, men gjenbruksraten er for tiden bare på omtrent 2 %.

Men rød gjørme er ikke bare avfall. Inni kan den også inneholde akkurat de metallene som USA mangler. I et intervju med informasjonsøkosystemet AL Circle ... I mai uttalte professor Greeshma Gadikota ved Columbia University at gallium i rødt gjørme vanligvis er på nivåer på 50–80 ppm (som betyr at i 1 tonn rødt gjørme...). Den vil inneholde omtrent 50 til 80 gram metall (gallium), scandium 70–120 ppm og sjeldne jordartsmetaller fra 400 til 2000 ppm, avhengig av bauxittkilden.

Red Mud Pond 4 ved Atalco aluminaraffineriet i Gramercy, Louisiana, USA. (Kilde: Louisiana Illuminator)

Uavhengige studier har også indikert at scandiumkonsentrasjoner i rødt slam kan nå 100–800 ppm, noe som overstiger de fleste primærforekomstene som for tiden utvinnes over hele verden. Titandioksid varierer fra 1–10 %, mens scandium har blitt identifisert til å utgjøre opptil 95 % av den totale økonomiske verdien av sjeldne jordartsmetaller i rødt slam.

I stedet for bare å lete etter nye forekomster, begynner amerikanske forskere og bedrifter å se på eksisterende sekundærkilder. Ifølge professor Gadikota inneholder Gramercy-deponiet i Louisiana, det eneste aluminaraffineriet i USA, mer enn 30 millioner tonn rødt slam. Hvis scandiuminnholdet der når omtrent 80 ppm, kan den totale mengden lagret scandium nå 2400 tonn. Det estimerte potensielle titanoksidinnholdet er 0,6 millioner tonn, tilsvarende 40–60 % av USAs totale årlige titandioksidbehov.

Dette er også grunnen til at det amerikanske forsvarsdepartementet har investert 29,9 millioner dollar i gruve- og mineralforedlingsselskapet ElementUSA for å bygge et pilotanlegg i Gramercy, mens selskapet har annonsert planer om å bygge et kommersielt anlegg til 850 millioner dollar.

I januar annonserte Atlantic Alumina, en produsent og raffiner av alumina, et strategisk partnerskap på 450 millioner dollar med den føderale regjeringen for å bygge Amerikas første storskala galliumproduksjonsanlegg. Dette er klare signaler om at historien om rød gjørme har beveget seg utover laboratoriet.

Å utvinne metaller fra rødslam har to samtidige implikasjoner: det reduserer miljøbelastningen hvis noe av avfallet kan bearbeides og gjenbrukes, og det åpner for muligheten for å supplere innenlandsk forsyning for høyteknologiske industrier uten å være helt avhengig av ny gruvedrift, noe som ofte tar mange år og møter miljøkrav, tillatelser og offentlig tilbakeslag.

Sekundærkilder som rødslam kan selvfølgelig ikke erstatte tradisjonelle gruver fullstendig, men de kan bli en del av en diversifiseringsstrategi. Imidlertid er ikke alle rødslamforekomster like. Sammensetningen avhenger av bauxittkilden, raffineringsteknologien og miljøforholdene. Forskningsprosjekter må starte med prøveanalyse, bestemmelse av innhold, evaluering av utvinningspotensial og beregning av kostnader før man tar for seg spørsmålet om det utvunnede produktet oppfyller industristandarder og er konkurransedyktig med importerte kilder.

Forventningene bør ikke blåses opp.

Det er avgjørende å ikke behandle historien om den røde gjørmen som en ferdig løsning. Fra idé til kommersiell produksjon er en lang reise, med minst fire store utfordringer.

Fra et teknologisk synspunkt krever utvinning av metaller fra rødslam en kompleks prosess. Hvis sterke kjemikalier brukes, er sekundær avfallsbehandling nødvendig; hvis det forbrukes for mye energi, kan det stilles spørsmål ved miljøeffektiviteten.

Økonomisk sett kan lavt metallinnhold og høye utvinningskostnader gjøre produktet dyrere enn importerte kilder, noe som hindrer prosjektets kommersialisering.

Når det gjelder skala, garanterer ikke et vellykket eksperiment med noen få kilo prøve suksess med millioner av tonn rødt slam. Industriell skala krever helt andre utstyrs-, kapital- og sikkerhetsstandarder.

Når det gjelder markedet, selv om metallet utvinnes, trenger bedrifter fortsatt industrikunder, kvalitetsstandarder og langsiktige kontrakter.

Derfor er det passende perspektivet å se på rød gjørme som en potensiell ressurs, ikke en «garantert skatt». Det kan bidra til å redusere risikoer i forsyningskjeden, men det kan ennå ikke erstatte hele det nåværende mineralsystemet.

Historien om materiell konkurranse

Fra rød gjørme kan vi se bredere på konkurransen om materialer mellom store økonomier. I høyteknologiæraen tjener materialer ikke bare én enkelt industri, men befinner seg i skjæringspunktet mellom mange felt: ren energi, elektronikk, telekommunikasjon, luftfart, forsvar og kunstig intelligens.

Dette endrer forståelsen av ressurser. Tidligere var olje og gass sentralt for energisikkerhet. I dag har litium, kobolt, sjeldne jordartsmetaller, gallium, scandium og mange andre materialer blitt en del av teknologisk sikkerhet, og erstatter ikke tradisjonelle energikilder, men legger til et nytt lag med konkurranse.

USA, Europa, Japan og Sør-Korea søker alle å redusere sin avhengighet av svært konsentrerte forsyningskilder gjennom resirkulering, gjenvinning, hamstring, utvikling av alternative materialer og etablering av partnerskap med land som har pålitelige ressurser. I denne sammenhengen er rød gjørme et godt eksempel på denne nye tankegangen: Ikke overse sekundære ressurser.

Historien om den røde gjørmen illustrerer et paradoks i høyteknologialderen: de mest avanserte industriene kan stole på materialer som en gang ble ansett som avfall. Etter hvert som gallium, scandium og andre kritiske metaller blir flaskehalser i forsyningskjeden, er ikke lenger rød gjørme bare et miljøproblem, men kan bli en del av en materialstrategi. Denne retningen gjenstår imidlertid å se.

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