IA Washington Karin Louzada, meer informatie: www.agentschapnl.nl/ianetwerk Zeldzame aardmetalen in Noord-Amerika De onzekere aanvoer van zeldzame aardmetalen (Rare Earth Elements) uit China voor de hightechindustrie vormt in de VS een hindernis voor innovatie en voor de hightech maakindustrie. Met name in permanente magneten voor duurzame energieopwekking en energieopslagsystemen voor bijvoorbeeld elektrische auto s worden veel zeldzame aardmetalen verwerkt. Ook andere sectoren zoals de defensie-industrie staan onder druk. De federale overheid en bedrijven in de VS maken van de gelegenheid gebruik om onderzoek naar de recycling, vermindering van het gebruik en alternatieven voor, zeldzame aardmetalen te stimuleren. Canada ziet de onzekere aanvoer en slinkende reserves in de VS en elders als een economische kans. Het land kan tot nu toe onrendabele voorkomens van de waardevolle materialen gaan ontwikkelen. Zowel in de VS als in Canada is het aantal exploratieprojecten in de mijnbouw aanzienlijk gegroeid. Introductie Zeldzame aardmetalen zijn niet zo zeldzaam. Ze werden oorspronkelijk zo genoemd omdat zij in hun elementaire vorm onbekend waren en omdat ze in gesteenten in lage concentraties voorkomen. Dat maakt het moeilijk om ze uit ertsen te extraheren. Relatief grote hoeveelheden van deze materialen komen lokaal voor. China produceert momenteel ruim 97% van alle zeldzame aardmetalen [1,2]. Exportlimieten uit China zorgen voor een minder betrouwbare beschikbaarheid voor andere landen. Ook de VS ziet de limieten als hindernissen voor innovatie en fabricage in de hightech-industrie en in de bedrijvigheid voor duurzame energie. De politieke aandacht voor de beschikbaarheid van deze materialen en de relaties met landen waaruit de metalen afkomstig zijn, is de afgelopen jaren sterk toegenomen. De VS, de Europese Unie en Japan hebben in 2012 een zaak tegen de Chinese overheid aangespannen bij de World Trade Organisation over de exportpraktijken rond zeventien zeldzame aardmetalen, molybdeen en wolfraam [3,4]. Het Department of Energy in de VS onderzocht recent het korte- en langetermijngebruik en de beschikbaarheid van enkele zeldzame aardmetalen in met name de cleantech sector [5]. Met name de elementen dysprosium, terbium, europium, neodymium en yttrium werden als kritiek gelabeld voor de ontwikkeling van onder andere duurzame energietechnologie. De elementen cerium, indium, lanthanum en tellurium gelden in deze analyse als 'near-critical'. Zeldzame aardmetalen worden gebruikt in een scala van toepassingen, zoals sterke magneten. De sectoren die deze materialen gebruiken zijn zeer breed, van laser- en radarsystemen en geleide raketten in de wapenindustrie tot batterijen, zonnepanelen, windturbines en verlichting in andere sectoren. Daarnaast worden enkele zeldzame aardmetalen gebruikt als katalysatoren en voor het kraken van onder andere aardolie [6]. Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT) De innovatiestrategie van de VS voor zeldzame aardmetalen heeft drie doelen. De eerste is de diversificatie van de global supply chains, de tweede de ontwikkeling van alternatieven voor rare earth metals en materialen en de derde verminderd gebruik, hergebruik en recycling [5]. Het Advanced Research Projects Agency Energy (ARPA-E), de high-risk/high-gain innovatietak van het Department of Energy, investeerde sinds 2011 een bedrag van 22,1 miljoen dollar in verkennend
onderzoek naar alternatieve technologieën voor opwekking en opslag in de energiesector [7]. Het Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT) programma omvat dertien programma's. Negen daarvan zijn gericht op magneettechnologie. Twee projecten gaan over supergeleidende bedrading voor windturbines en twee gaan over EV-motoren. Bij de alternatieven gaat het om goedkopere metalen zoals mangaan en nikkel. Een eis is, dat alternatieve technologieën de huidige evenaren of overtreffen. Grafeen in Lithiumbatterijen Een voorbeeld van een project dat het REACT-programma steunt is: 'Graphene Nanostructures for Lithium Batteries' [8, 9, 10]. Dit project wordt gezamenlijk uitgevoerd door het federale lab Pacific Northwest National Laboratory, het bedrijf Vorbeck Materials Corp. en Princeton University. Het graat om de ontwikkeling van Li-ion batterij-elektroden. Deze elektroden maken gebruik van Vorbeck s grafeen. Vor-x TM is een gepatenteerd grafeenmateriaal dat ontwikkeld is op Princeton University door de vakgroep van professor Ilhan Aksay. Grafeen bestaat uit één laag koolstofatomen - een 'sheet' - die het materiaal bijzondere eigenschappen geven. Doordat de sheets van Vor-x TM gekreukt zijn, wordt voorkomen dat ze zich stapelen en dus meerdere lagen koolstofatomen vormen, waarbij de bijzondere eigenschappen verloren gaan. Door het feit dat Vor-x TM niet stapelt kan het materiaal als droog poeder worden toegepast. In 2009 bracht Vorbeck Vor-ink op de markt, een grafeengebaseerde geleidende inkt. Het bedrijf werkt nu aan de verdere productie en toepassingen van dit bijzondere materiaal in de vorm van sheets. In Vor-x zijn grafeenlagen volledig van elkaar gescheiden. Vanwege de gekreukte morfologie kunnen de individuele sheets niet meer in de normale structuur van grafeen aggregeren. Bron: www.vorbeck.com. Door grafeen toe te passen op elektroden kunnen oplaadbare batterijen veel sneller laden; in een aantal minuten in plaats van uren. Ook biedt het materiaal de belofte dat het bij toepassing in hybride accusystemen het bereik van elektrische auto s vergroot. Het doel is om deze nieuwe batterijtechnologie op de markt te krijgen. Vorbeck heeft hiervoor al een relatie met Targray Technology International. Amerikaanse en Canadese winning van zeldzame aardmetalen De afhankelijkheid van Chinese exporten en exportbeperkingen heeft er toe geleid dat bedrijven in andere landen lokale vindplaatsen beginnen te ontwikkelen. De Amerikaanse mijn Mountain Pass was tot de sluiting in 2002 de grootste leverancier van zeldzame aardmetalen in de wereld en is recent opnieuw in bedrijf gesteld. De mijn wordt zelfs uitgebreid met het Phoenix Project [11], een nieuwe faciliteit waarin uiteindelijk het hele verwerkingsproces plaats zal vinden, van breken tot vermaling en separatie. De overname van het Canadese bedrijf Neo Materials Technologies heeft Molycorp tot het meest verticale geïntegreerde bedrijf gemaakt op het gebied van Ultra-High-Purity Rare Earth Processing.
Canada is een grote grondstoffenleverancier. Het land wil zich positioneren als een betrouwbare aanvoerpartner van zeldzame aardmetalen [1], met name voor de Amerikaanse markt. Daarvoor komt nu nog negentig procent van de geïmporteerde metalen uit China. De reserves aan zeldzame aardmetalen in Canada worden geschat op een waarde van ongeveer 163 miljard euro. Het winnen en verwerken van zeldzame aardmetalen kan zeer schadelijk zijn voor het milieu. Economisch rendabele afzettingen van zeldzame aardmetalen komen meestal voor in ertsen waarin ook de radioactieve elementen thorium en uranium voorkomen. Zeldzame aardmetalen worden geëxtraheerd en gescheiden met behulp van zuren, waarna een radioactief en toxisch slib overblijft. Dit afval kan grote milieuproblemen veroorzaken wanneer het niet zorgvuldig wordt verwerkt. In Canada zijn komen zeldzame aardmetalen vooral voor in zwarte schalies, bijvoorbeeld zoals die in het Alberta Black Shale Project. Deze afzettingen waren eerder niet bruikbaar. Winning zou zeer schadelijk zijn voor het milieu vanwege de grote hoeveelheden cyanide en arsenicum die nodig waren voor het extraheren. Tegenwoordig bestaat er een milieuvriendelijker en kosteneffectievere technologie die gebruik maakt van water, lucht en microbiële activiteit, genaamd 'bioheap leaching' [12]. Deze methode kan een oplossing bieden voor het milieuprobleem, maar de technologie wordt nog niet breed toegepast. Op meerdere plekken in Canada vindt exploratie plaats met het oog op de winning van zeldzame metalen. Veel projecten vinden plaats met Japanse partners uit overheid of industrie. Bedrijf Project Status Avalon Rare Metals Nechalacho Rare Earth Element Project, Thor Lake, Northwest Territories. [LREE en HREE]. Productie op volle capaciteit in 2015. Great Western Minerals Group Ltd. Midland Exploration Pele Mountain Resources Matamec Explorations Quest Rare Earth Mineral Ltd. Cache Exploration Hoidas Lake Project, noord Saskatchewan. [neodymium] Plus Red Wine Property, Labrador [HREE] en twee andere sites. Ontwerpfase, start productie in 2015 2016. Ytterby, Quebec. Exploratie gestart 2011. Eco Ridge Mine, Elliot Lake, Ontario. [Uranium and Rare Earth Elements] Zeus, Quebec. [HREE] Focus op duurzame ontwikkeling. Exploratie. Strange Lake en Misery Lake, Quebec. Onbekend. [HREE] Welsford, New Brunswick en Cross Exploratie. Hills en Louil Hills, Newfoundland. Kirrin Resources Meerdere projecten in Newfoundland, Exploratie. Labrador en Quebec. Forum Uranium Corp. North Thelon Project, Nunavut. Veelbelovend. LREE = Cerium groep elementen: La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, en Gd. HREE = Yttrium groep elementen: Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, en Y. Conclusies De politieke en economische problematiek rond de betrouwbare aanvoer van zeldzame aardmetalen in de VS en Canada leeft sterk. De klacht van Japan, de VS, en de EU tegen China bij de WTO is pas
recent ingediend. De royale voorkomens van zeldzame aardmetalen in Canada zouden de druk op de markt kunnen verlichten, mits de milieueffecten van het winnen van de metalen kunnen worden beperkt. Desalniettemin zet de VS in op de ontwikkeling van alternatieve technologieën en het verminderen van het gebruik van zeldzame aardmetalen in de hightech industrie. Het is duidelijk dat deze ontwikkelingen in de komende jaren zullen moeten worden doorgezet. [streamer] De royale voorkomens van zeldzame aardmetalen in Canada zouden de druk op de markt kunnen verlichten, mits de milieueffecten van het winnen van de metalen kunnen worden beperkt. Voor meer informatie: [1] The Canadian Chamber of Commerce - Canada s Rare Earth Deposits Can Offer A Substantial Competitive Advantage, april 2012: http://www.chamber.ca/images/uploads/reports/2012/201204rareearthelements.pdf of http://tinyurl.com/cs5vucf. [2] US Geological Survey Mineral Commodity Surveys: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/ [3] CNN - Obama announces WTO case against China over rare earths, 13 maart 2012: http://www.cnn.com/2012/03/13/world/asia/china-rare-earths-case/index.html of http://tinyurl.com/d2wnbqq. [4] The Wall street Journal - WTO to Probe China's Rare-Earth Policies, 24 juli 2012: http://online.wsj.com/article/sb10000872396390444025204577546342101354960.html of http://tinyurl.com/c7yga6d. [5] Verenigde Staten: Critical Materials Strategy 2011 Suzanne de Groot en Karin Louzada: http://www.agentschapnl.nl/content/verenigde-staten-critical-materials-strategy-2011 of http://tinyurl.com/cw8taqg. [6] Interactief periodiek tabel met informatie over zeldzame metalen en aarden: http://avalonraremetals.com/rare_earth_metal/ [7] US Department of Energy - REACT - ALTERNATIVES TO CRITICAL MATERIALS IN MAGNETS: http://arpae.energy.gov/portals/0/documents/fundedprojects/react%20slicks/react_programslick_final.pdf of http://tinyurl.com/c26rdpg. [8] Pacific Northwest National Laboratory - Battery research could lead to shorter recharge time for cell phones, 13 juli 2012: http://www.pnl.gov/news/release.aspx?id=807 of http://tinyurl.com/2fmhcp5. [9] BusinessWire - Vorbeck Materials announces collaboration with PNNL to develop graphene product for batteries, 13 juli 2012 - http://www.businesswire.com/portal/site/home/permalink/?ndmviewid=news_view&newsid=2010 0713006946&newsLang=en of http://tinyurl.com/cuf6qdv. [10] Vorbeck Materials: http://vorbeck.com/functionalized.html
[11] Molycorp Project Phoenix: http://www.molycorp.com/about-us/project-phoenix of http://tinyurl.com/cdrqy9d. [12] Aura Energy - bio-heap leaching animation: http://www.auraenergy.com.au/animationsandvideo-bioheapleachinganimation.html of http://tinyurl.com/bsz3l5f. keywords: Verenigde Staten, chemie, high tech systemen en materialen, energie