Podstawy zielonego przemysłu

Pracownicy techniczni pobierają próbki na potrzeby badań nad ekstrakcją. (Źródło: Instytut Technologii Pierwiastków Ziem Rzadkich)

Posiadając drugi na świecie pod względem potencjału zasobów pierwiastków ziem rzadkich, Wietnam stoi przed „złotą szansą” na znaczące uczestnictwo w globalnym łańcuchu dostaw zaawansowanych technologii.

Jednak na rynku, na którym podaż i technologia stają się przedmiotem globalnej uwagi, kluczem do ochrony interesów narodowych nie jest wydobycie i sprzedaż surowej rudy, ale zdolność do technologicznej niezależności w zakresie głębokiego przetwarzania i rafinacji, przy jednoczesnym opanowaniu łańcucha wartości.

„Witamina” gospodarki

Pierwiastki ziem rzadkich obejmują 17 pierwiastków chemicznych (15 lantanowców oraz itr i skand). Nazywa się je „rzadkimi” nie tylko ze względu na ich niewielką ilość w skorupie ziemskiej, ale także ze względu na ich rozproszenie oraz ekstremalną złożoność i wysoki koszt technologii ich wydobycia i oczyszczania.

W nowoczesnej erze przemysłowej pierwiastki ziem rzadkich nazywane są przez naukowców „witaminami” gospodarki – fundamentalnymi materiałami w wielu branżach zaawansowanych technologii. Urządzenia technologiczne wykorzystują jedynie niewielkie ilości pierwiastków ziem rzadkich, mierzone w gramach lub kilogramach, ale są to materiały kluczowe, które decydują o wydajności, trwałości i miniaturyzacji sprzętu. W obecnej transformacji energetycznej rola pierwiastków ziem rzadkich jest przypisana do trzech głównych grup zastosowań:

Po pierwsze, branża pojazdów elektrycznych (EV) i energii odnawialnej: jest największym konsumentem pierwiastków ziem rzadkich i odnotowuje fenomenalny wzrost. Pierwiastki z grupy metali lekkich, takie jak neodym i prazeodym, są kluczowymi komponentami do produkcji supermocnych magnesów trwałych (NdFeB). W przeciwieństwie do magnesów konwencjonalnych, magnesy NdFeB generują niezwykle silne pola magnetyczne w bardzo małych rozmiarach. Samochód elektryczny potrzebuje około jednego do trzech kilogramów (kg) tych magnesów do montażu silnika. W przypadku turbin wiatrowych, zwłaszcza morskich turbin wiatrowych o ogromnej mocy od 10 MW do 15 MW, agregaty prądotwórcze z napędem bezpośrednim wymagają ton magnesów trwałych.

W szczególności, aby zapewnić stabilną pracę tych silników w wysokich temperaturach bez utraty ich właściwości magnetycznych, konieczne jest dodanie cennych ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, takich jak dysproz i terb.

Po drugie, technologia energooszczędna: Pierwiastki takie jak itr, europ i terb odgrywają niezastąpioną rolę jako materiały luminescencyjne w produkcji oświetlenia LED, wyświetlaczy ciekłokrystalicznych i urządzeń mobilnych. Dzięki pierwiastkom ziem rzadkich żarówki LED mogą emitować światło o wysokiej intensywności, zużywając zaledwie jedną dziesiątą energii elektrycznej w porównaniu z tradycyjnymi żarówkami, co znacząco przyczynia się do zmniejszenia obciążenia globalnej sieci energetycznej.

Po trzecie, przemysł obronny i lotniczy: Chociaż pierwiastki ziem rzadkich stanowią niewielką część całkowitej produkcji, są one kluczowe dla bezpieczeństwa narodowego głównych mocarstw. Są wykorzystywane w systemach naprowadzania laserowego, radarach, systemach kontroli pocisków manewrujących, noktowizorach i stopach kadłubów samolotów stealth.

Wartość ekonomiczna pierwiastków ziem rzadkich w dużej mierze zależy od łańcucha dostaw. Strukturalnie, przetwarzanie pierwiastków ziem rzadkich dzieli się na wiele złożonych i zamkniętych etapów: wydobycie rudy, wzbogacanie rudy, hydrometalurgia (rozbijanie struktury rudy w celu przekształcenia jej w roztwór), separacja i oczyszczanie (wyodrębnianie poszczególnych pierwiastków z mieszaniny), metalurgia (produkcja metali i stopów) oraz produkcja materiałów (produkcja magnesów, proszków fluorescencyjnych, materiałów katalitycznych, ceramiki).

Co istotne, większość zanieczyszczeń środowiska (chemikalia, odpady radioaktywne) koncentruje się w procesach upstream (górnictwo, przeróbka minerałów, hydrometalurgia). Tymczasem 80–90% marży zysku i wartości dodanej przypada na etapy downstream, a mianowicie na technologię separacji i rafinacji minerałów w celu uzyskania wysokiej czystości (ponad 99,9%) oraz technologię metalurgii i produkcji magnesów.

Proces dostępu do technologii i jej opanowywania w Wietnamie.

Możliwości są ogromne, ale niezmiennym i konsekwentnym kierunkiem działania Partii, Państwa i Rządu jest: zdecydowanie nie eksportować rudy surowej; eksploatacja minerałów musi iść ręka w rękę z ochroną środowiska i być ściśle powiązana z głębokim przetwórstwem w celu stworzenia maksymalnej wartości dodanej dla gospodarki narodowej.

Aby osiągnąć ten cel, kluczowa jest rola badań naukowych. Instytut Technologii Pierwiastków Ziem Rzadkich (podlegający Wietnamskiemu Instytutowi Energii Atomowej – Ministerstwu Nauki i Technologii) jest jedną z wiodących jednostek badawczych, która od blisko 40 lat prowadzi badania i wdraża projekty dotyczące procedur przetwarzania pierwiastków ziem rzadkich.

Po pierwsze, kluczowe jest opanowanie technologii hydrometalurgicznej: rudy pierwiastków ziem rzadkich w Wietnamie charakteryzują się unikalnymi właściwościami, składającymi się głównie z lekkich pierwiastków ziem rzadkich: rudy bastnazytu z kopalń Dong Pao i Nam Xe (prowincja Lai Chau) oraz rudy monacytu występującej w złożach aluwialnych. Naukowcy z powodzeniem zbadali zaawansowane procesy hydrometalurgiczne (rozkład w wysokiej temperaturze z użyciem kwasów/zasad) w celu rozbicia struktury koncentratu rudy, usunięcia zanieczyszczeń, oczyszczenia odpadów radioaktywnych i odzyskania komercyjnie opłacalnych tlenków pierwiastków ziem rzadkich na skalę półprzemysłową.

Po drugie, badania nad technologią separacji i oczyszczania: Jak wynika z analizy, technologia separacji jest kluczową technologią w łańcuchu wartości pierwiastków ziem rzadkich. Oddzielenie identycznych pierwiastków wymaga procesu zwanego „wieloetapową ekstrakcją rozpuszczalnikową”. Ten schemat technologiczny może wymagać setek kolejnych etapów ekstrakcji z niezwykle zaawansowaną kontrolą parametrów fizykochemicznych w celu oddzielenia poszczególnych pierwiastków ziem rzadkich. Zespół ekspertów Instytutu opracował oprogramowanie do obliczania, symulowania i efektywnej obsługi systemu ekstrakcji rozpuszczalnikowej, który umożliwia skuteczną separację pierwiastków strategicznych, takich jak neodym, prazeodym, samar i dysproz o czystości ponad 99%. Jest to obowiązkowa norma dla materiałów wsadowych do produkcji magnesów do turbin wiatrowych i pojazdów elektrycznych.

Po trzecie, kontrola i bezpieczne postępowanie ze środowiskiem radioaktywnym: Większość kopalni pierwiastków ziem rzadkich na świecie i w Wietnamie zawiera naturalnie występujące pierwiastki radioaktywne. Jeśli przetwarzanie pierwiastków ziem rzadkich nie będzie kontrolowane, substancje te przedostaną się do wód gruntowych i gleby, powodując długotrwałe katastrofy ekologiczne. W rzeczywistości wiele krajów rozwiniętych musiało zamknąć kopalnie pierwiastków ziem rzadkich, ponieważ nie były w stanie rozwiązać tego problemu środowiskowego.

Jako wiodąca krajowa instytucja badawcza w dziedzinie energii atomowej i bezpieczeństwa radiologicznego, Instytut Technologii Pierwiastków Ziem Rzadkich z powodzeniem wdrożył procesy technologiczne umożliwiające bezpieczny odzysk, izolację i przetwarzanie izotopów promieniotwórczych związanych z rudami pierwiastków ziem rzadkich. Pełna kontrola nad odpadami promieniotwórczymi pochodzącymi z procesu hydrometalurgicznego pomaga w realizacji koncepcji „zielonego górnictwa i przetwórstwa” – warunku niezbędnego dla zaawansowanych technologicznie przedsiębiorstw z bezpośrednimi inwestycjami zagranicznymi (BIZ) (z USA, Japonii i Europy) do inwestowania w Wietnamie bez naruszania rygorystycznych międzynarodowych standardów środowiskowych, społecznych i ładu korporacyjnego (ESG).

Tworzenie ekosystemu przemysłowego

Wietnam ma ogromną szansę na wykorzystanie wartości swoich zasobów mineralnych dla rozwoju gospodarczego. Jednak eksploatacja zasobów nie będzie zrównoważona, jeśli kraj skupi się wyłącznie na eksporcie surowców kosztem środowiska.

W rzeczywistości technologia separacji i rafinacji pierwiastków ziem rzadkich oraz metalurgiczna produkcja magnesów są uważane za kluczowe tajemnice technologiczne przez kraje, które je posiadają. Jest wysoce nieprawdopodobne, aby zagraniczni partnerzy byli skłonni przekazać całą tę wrażliwą technologię. Dlatego wyzwaniem dla Wietnamu jest promowanie samowystarczalności i samowystarczalności oraz jak najszybsze inwestowanie w krajowe badania technologiczne.

Strategia rozwoju przemysłu pierwiastków ziem rzadkich w Wietnamie musi opierać się na fundamencie nauki i technologii. Obszerne osiągnięcia badawcze na przestrzeni lat są dobitnym dowodem na to, że Wietnam jest w pełni zdolny do przyswajania, opanowywania i wspólnego rozwijania technologii rafinacji tego najbardziej złożonego minerału na świecie.

Głębokie zaangażowanie badawcze Instytutu Technologii Ziem Rzadkich i innych krajowych instytucji naukowych pozwoli na uzyskanie kluczowych danych, które pomogą agencjom zarządzającym w ocenie zagranicznych projektów inwestycyjnych i wyborze zaawansowanych, przyjaznych dla środowiska technologii.

Gdy Wietnam stopniowo osiągnie samowystarczalność w zakresie zaawansowanych technologii przetwórczych, pozwalających na produkcję tlenków metali ziem rzadkich spełniających międzynarodowe standardy, zamiast po prostu sprzedawać surowce, będziemy mogli wykorzystać je jako przewagę konkurencyjną. Na przykład, możemy zaprosić do Wietnamu globalne korporacje high-tech, kierując w ten sposób kapitał bezpośrednich inwestycji zagranicznych (FDI) na budowę fabryk produkujących podzespoły elektroniczne, silniki do pojazdów elektrycznych, urządzenia do pozyskiwania energii odnawialnej itp., tworząc w ten sposób zamknięty ekosystem przemysłowy high-tech w samym kraju.

Opanowanie technologii głębokiego przetwarzania pierwiastków ziem rzadkich to nie tylko rozwiązanie problemów ekonomicznych, ale również strategiczny krok w kierunku ochrony bezpieczeństwa energetycznego kraju. To podniesienie Wietnamu na wyższy poziom w globalnym łańcuchu wartości technologii i wniesienie wartościowego wkładu w proces tworzenia zielonej i zrównoważonej przyszłości.

Dr Tran Chi Thanh

(Dyrektor Wietnamskiego Instytutu Energii Atomowej)

Źródło: https://nhandan.vn/nen-tang-cua-cong-nghiep-xanh-post959320.html