Mangel på neodymium risikerer at tage pusten fra klimaindsatsen
Kina dominerer produktionen af komponenter, der skal bruges til den grønne omstilling. Det betyder også, at Kina fremover selv skal bruge endnu flere af verdens råstoffer. © ISTOCK/Jenson
Grundstoffet neodymium indgår i de stærkeste magneter, vi kender. Magneter som er essentielle i vindmøller og elbiler. Men Kina er en altafgørende flaskehals med næsten total kontrol over produktion og forsyningskæder
Produktion af energi i form af elektricitet og eltransport er tæt koblet til magnetisme.
Vindmøllers bevægelsesenergi bliver omsat til elektricitet vha. magneter i generatorer, og i elbiler omdannes elektricitet til bevægelse via magnetholdige elektromotorer.
Fremtidens energi- og klimafokuserede initiativer er derfor i høj grad afhængige af, at vi har adgang til stærke og effektive magneter.
Her kan du godt glemme magneterne af jern. Her taler vi om legeringer med udgangspunkt i ’sjældne jordartsmetaller’.
Blandt denne gruppe er der flere kandidater, men med det 60. grundstof i det periodiske system som et af de væsentligste – neodymium.
Nøglen til lettere og stærkere magneter
De sjældne jordartsmetaller får stigende industriel betydning, fx til produktion af permanente magneter. Fordi disse magneter er de stærkeste magneter, man kender, kan de også produceres mindre – og dermed er de lettere end andre magneter.
En magnet af neodymium på én kubikcentimeter kræver en trækstyrke på næsten fire kg for at løsnes fra en metalplade. En magnet af samme størrelse, baseret på jernlegeringer (ferrit), har en trækstyrke på under et halvt kilo, og den er tungere.
Elbiler er afhængige af magneter med kraftig magnetisme for at kunne omsætte batteriets energi til fart, og det kendetegner neodymiummagneter.
”Vestlige samfund er fremmedgjorte i forhold til processer og produkter. Vi tænker ikke over alle de led – fra efterforskning og minedrift, forarbejdning og produktion – der skjuler sig bag de produkter, vi bruger, og som er forudsætningen for at vores samfund fungerer,” siger cand.scient. og forsker (emeritus) Per Kalvig fra Videncenter for Mineralske Råstoffer og Materialer (MiMa) ved GEUS.
”Dette skyldes bl.a., at hovedparten af forsyningskæderne til råstofproduktionen og fremstilling af varerne finder sted uden for Danmark – herunder Kina,” fortsætter han.
Vesten uddelegerede – Kina greb muligheden
Fakta er, at Kina fik chancen for at sætte sig på magnetproduktionen, da Vesten flyttede industriproduktionen til Asien.
Kina forarbejder også ca. 97 pct. af verdens produktion af neodymium. Fx forbruger moderne vindmøller omkring et ton neodymium for hver megawatt, møllen kan yde. Hybridbiler har et kilo neodymium i elmotoren.
Før vi kan stå med et kilo neodymium i hånden, skal den brudte råmalm gennem mange processer som knusning, sortering, oprensning, kemisk adskillelse og raffinering.
Inden det kan blive til en magnet, skal det yderligere legeres, og magneterne fremstilles. Forudsætningen for disse forsyningskæder er, at forskellige, højt specialiserede virksomheder indgår, og det er bl.a. på disse led, Kina har opbygget stærke kompetencer, som Vesten har svært ved at bryde.
Udover minebrydning, hvor Kina ’kun’ står for 60 pct. af den globale minedrift, har de mellem 75 og 100 pct. kontrol over de efterfølgende forsyningskæder af fx neodymium.
Minedrift er kompleks
Mange ting skal passe sammen, for at en mine fungerer. De sjældne jordartsmetaller forekommer kun i ganske få pct. af den malm, som brydes.
Malmen indeholder ikke kun neodymium, den indeholder alle 17 sjældne jordartsmetaller.
”Mange af disse efterspørges af andre industriområder. De virksomheder, som udfører separationen, kan ikke leve af kun at producere neodymium. De er nødt til også at finde afsætning for de andre metaller – hvoraf de fleste er betydeligt billigere end neodymium – fx cerium,” betoner Per Kalvig og fortsætter:
”Det betyder, at mange forskellige virksomheder er involveret i processerne omkring produktion og forarbejdning af sjældne jordartsmetaller.”
De 17 sjældne jordartsmetaller
De sjældne jordartsmetaller er en fælles betegnelse for 17 grundstoffer, som kemisk og fysisk ligner hinanden meget og altid findes sammen i de mineraler, hvorfra de udvindes.
Navnet er misvisende, da grundstofferne hverken er sjældne eller jordarter – navnet skyldes alene historiske forhold i 1700-tallet, da de første blev identificeret.
Advarselstegnet som blev ignoreret
Da en kinesisk fisker blev arresteret af japanske myndigheder i 2010 for at besejle et område, som både Japan og Kina mener er deres, hævnede Kina sig ved at lukke for eksport af sjældne jordartsmetaller til Japan. Det satte gang i en verdensomspændende dominoeffekt, der på kort tid fik prisen til at stige voldsomt.
Neodymium, som allerede på dette tidspunkt var vitalt i produktion af vindmøller, elapparater, elbiler mv., gik fra at koste ca. 15.000 dollar pr. ton til over 250.000 dollar.
”EU erkendte problemet allerede i 2007, men trods mange politiske tiltag er rollefordelingen ikke ændret væsentligt. Bl.a. fordi politiske initiativer i Vesten ikke kan udstedes som dekreter til industrien. De bliver kun implementeret, hvis industrien kan se de forretningsmæssige fordele."
"Dette er i modsætning til Kinas politiske system, hvor det er muligt at igangsætte politiske målsætninger og handleplaner, så snart de er vedtaget,” siger Per Kalvig.
Kinas politiske valg
Det kinesiske kommunistparti (CCP) har et komplekst sæt løftestænger, der sikrer strategiske investeringer. Sandsynligheden for statslig indgriben varierer, men den foretrukne styringsform er at udstede generelle politikker, der tilskynder virksomhederne til at bidrage til de statslige mål.
Fx har Kina en industripolitik for udvikling af ’strategiske nye industrier’ – et sæt af ni højteknologiske industrisektorer, der anses for afgørende for at drive økonomisk vækst og investeringer i fremtiden.
Avancerede sjældne jordartsmetaller og produkter herfra er blevet identificeret som afgørende for flere af disse industrier.
Samtidig har den kinesiske regering kategoriseret sjældne jordartsmetaller som både ’strategiske mineraler’ og ’fordelagtige mineraler’ pga. den næsten monopolagtige rolle, Kina har opbygget omkring forsyningskæderne.
Minedrift og råstofforarbejdning reguleres derfor af et kvotesystem, som kun fire, store statsejede konsortier har adgang til.
”Vestlige mineselskaber er fortsat afhængige af kinesiske faciliteter og ekspertise til forarbejdning af sjældne jordartsmetaller. Tilsvarende forsyningskæder eksisterer næsten ikke i Vesten,” understreger Per Kalvig.
Alle vores æg til den grønne omstilling har vi lagt i den kinesiske kurv.
Under patenternes åg
Hverken minernes beliggenhed eller mineselskabets nationalitet har i sig selv betydning for, hvor råmaterialerne skal forarbejdes. De brydes i ét land og bliver efterfølgende oparbejdet, forarbejdet og anvendt i andre lande.
For hvert forarbejdningstrin øges produktværdien og forudsætter både større og mere specialiseret arbejdskraft.
”Udfordringerne for forsyningssikkerheden er sjældent knyttet til det land, hvor mineralerne udvindes, men i højere grad til evt. flaskehalse i de lande og industrier som ligger længere nede i forsyningskæderne,” understreger Per Kalvig.
Ud fra et forsyningssikkerhedsperspektiv er kinesisk ejerskab eller kontrol over forsyningskæderne, muligvis under CCP’s vejledende hånd, en sikkerhedsmæssig udfordring for Vesten.
”Alle vores æg til den grønne omstilling har vi lagt i den kinesiske kurv,” siger Per Kalvig.
Den gamle kolonitid er vendt på hovedet
USA bryder 13 pct. af den globale neodymiumproduktion i egne miner, men Kina forarbejder og oprenser råstofferne.
”Man kan sige, at den gamle kolonitid er vendt på hovedet som følge af Vestens outsourcing af industriel produktion til lavtlønsområder. Hvor Vesten tidligere hentede råstofferne i ’kolonierne’ og brugte dem i Vesten, er det i dag Kina, som står for råstofforarbejdning af Vestens nøgleråstoffer og den højteknologiske produktion. En lille del af minedriften og råstofproduktionen har Kina outsourcet til Vesten.
I dag domineres EU’s industristruktur af virksomheder, der skruer komponenter sammen, som vi ikke selv producerer.
”EU-Kommissionen er på det rene med, at der skal gøres noget, men mulighederne er små. Hvis EU får held til at etablere de øvre dele af forsyningskæderne, og disse råstoffer skal forarbejdes yderligere, vil de blive mødt med afgifter. Kina har nemlig beskyttet sin industri rigtig godt og bygget en beskyttende mur om landet med en stor mængde internationalt gældende patenter, som er forudsætninger for fremstilling af de højteknologiske magneter,” betoner Per Kalvig.
Figur: Udvikling i de sjældne jordartsmetallers reserver. Kilde: USGS (2001 til 2021). De påviste reserver er meget store og vil være tilstrækkelige til flere hundrede års forbrug.
Vi ser her bagsiden af medaljen for den vestlige markedsorienterede politik. Økonomiens frie bevægelighed har gjort, at Vesten i disse år er udfordret på råstofforsyninger til den grønne omstilling.
”Vesten efterspørger ikke neodymium og andre sjældne jordartsmetaller – de efterspørger forædlede produkter såsom magneterne. Så spørgsmålet er, om vi i Vesten kan opbygge en egentlig magnetindustri, som er konkurrencedygtig med den kinesiske?”
Kan vi bryde Kinas dominans?
Der er forskellige muligheder for at bryde Kinas dominans, men det kræver en bred tilgang til problemerne. De to væsentligste potentialer er genanvendelse og biproduktion.
”For at tage biproduktion først. Sjældne jordartsmetaller som neodymium er til stede i flere af de typer jernmalm, der allerede brydes i miner over hele verden. De bliver på nuværende tidspunkt ikke udvundet og anvendt – de bliver simpelthen dumpet, fordi processerne til at udvinde de sjældne jordartsmetaller fra restmalmen stadig er på testniveau flere steder."
"Hvis denne del lykkes, skal der være forsyningskæder i Vesten, som kan omdanne metallerne til råmaterialer og fremstilling af magneter. I modsat fald vil råmaterialerne sandsynligvis skulle afsættes i Kina,” pointerer Per Kalvig.
”Fordelen er, at der er en eksisterende mineproduktion. Men vi mangler at udvikle nye processer, der kan udtrække de sjældne jordartsmetaller. Flere store jernminer forsøger for øjeblikket at udvikle disse processer.”
Sjældne jordartsmetaller findes også i forbindelse med visse fosfatforekomster, og eksempelvis i Norge undersøger man mulighederne for en biproduktion.
”Et land som Grønland kan få en rolle i forsyningen med neodymium, men det vil ikke rykke ved magtforholdene.”
”Det er helt normalt på verdensplan, at minerne findes ét sted, forarbejdningen foregår et andet sted og anvendelsen et tredje sted. Selvfølgelig kunne Grønland få værditilførsel og arbejdspladser, men Kina ville stadig sidde på de efterfølgende, nødvendige processer frem mod slutproduktet – magneterne.”
”Og så er der jo lige tidsperspektivet. Det tager mindst ti år at starte en mine op, ” betoner Per Kalvig.
Genanvendelsens udfordringer
Det store problem med genanvendelse er, at jordartsmetallerne indgår i legeringer, som – da magneten i sin tid blev produceret – var den optimale legering.
Magnetteknologien er dynamisk, og sammensætningerne af legeringerne varierer i takt hermed. Det er derfor næppe de samme legeringer, der vil blive indsamlet i dag, som dem industrien efterspørger.
Genanvendelse vil derfor kræve smeltning og separering. Det har man efterhånden metoder til, men problemet her er, at i et voksende marked vil der aldrig kunne hentes nok råstoffer via genanvendelse.
”Det stille håb er, at genanvendelse sammen med andre strømme i råstofforsyningerne kan være med til at reducere Kinas dominans,” siger Per Kalvig og slutter:
”Der skal skabes et forretningskoncept, som er hensigtsmæssigt og forsvarligt. Så vil produktionen komme i gang. Og heldigvis praktiseres der meget forskning i EU og USA med fokus på optimale produktionsprocesser og genanvendelse.”
”En tredje mulighed er nye teknologier. Materialeforskningen er veludviklet, og måske afløses neodymium-magneterne af helt andre metaller. Og så må vi bare håbe, at Vesten får bedre adgang til at etablere forsyningskæder for disse.”
